专利名称：Ad转换电路和光检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够输出与入射光量相对应的数字值的光检测装置、 以及在这样的光检测装置中优选使用的AD转换电路。
背景技术：
光检测装置具备产生与入射光量相对应的量的电荷的光电二极 管、以及蓄积在该光电二极管产生的电荷并输出与该蓄积电荷量相对 应的电压值的积分电路。另外，光检测装置有时候具备将从积分电路 输出的电压值(模拟值)转换为数字值并输出该数字值的AD转换电 路。而且，光检测装置在多个光电二极管一维或二维地排列的情况下， 能够拍摄一维或二维图像。
在这样的光检测装置中使用的AD转换电路，已知具有如专利文 献1所述的构成的AD转换电路。该AD转换电路至少包括2N个电容 器，能够将AD转换对象，即模拟值作为差动信号而输入，并输出与 该模拟值相对应的N位的数字值。在此，N为2以上的整数。
在包括这样的AD转换电路的光检测装置中，当蓄积与向光电二 极管入射的入射光量相对应的量的电荷时，将从积分电路输出的电压 值(信号成分+杂音成分)向AD转换电路输入，并且，在电荷不蓄积 时，将从积分电路输出的电压值(杂音成分)向AD转换电路输入， 两者的电压值的差(即，只是信号成分)由AD转换电路转换为数字 值。所以，从AD转换电路输出的数字值为与向光电二极管入射的入 射光量相对应的值，且成为除去了杂音成分的高精度的值。
非专利文献1: Analog Devices公司的产品AD7641的技术数据表
发明内容
然而，上述的AD转换电路必须对应于所输出的数字值的位数N 而至少包括2N个电容器，并且，必须包括电容值非常大的电容器。因
4此，该AD转换电路和光检测装置变得大型化，在集成化的情况下， 芯片面积变大。
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种能 够小型化的AD转换电路和光检测装置。
本发明所涉及的AD转换电路的特征在于，具备(1)差动放大 部，包括具有第1和第2输入端子以及第1和第2输出端子的放大器、 第1 第4电容器、以及第1 第4开关，其中，第l开关的一端经由第 1电容器而连接于放大器的第1输入端子，第2开关的一端经由第2 电容器而连接于放大器的第2输入端子，第3开关和第3电容器并列 地设在放大器的第1输入端子和第1输出端子之间，第4开关和第4 电容器并列地设在放大器的第2输入端子和第2输出端子之间；(2) 第1可变电容部，包括具有相互不同的电容值(C，…，2n"C，…，2N"C) 的N个电容器，N个电容器的各自的一端通过第1连接切换单元而连 接于放大器的第1输出端子、第1基准电位、或者第2基准电位，N 个电容器的各自的另一端连接于第1共同点；(3)第2可变电容部， 包括具有相互不同的电容值(C，…，2n"C，…，2N—'C)的N个电容 器，N个电容器的各自的一端通过第2连接切换单元而连接于放大器 的第2输出端子、第1基准电位、或者第2基准电位，N个电容器的 各自的另一端连接于第2共同点；(4)比较部，输入第1和第2共同 点的各自的电位并进行大小比较，输出表示该比较结果的比较信号； (5)连接控制部，输入从比较部输出的比较信号，基于该比较信号， 以第1和第2共同点的各自的电位的差变小的方式，控制第1和第2 连接切换单元的各自的连接切换，并且，输出表示第1和第2连接切 换单元的各自的连接状态的N位的数字值；(6)第1反馈部，包括第 1反馈电容器和第1反馈开关，第1反馈电容器的一端经由第1反馈开 关而连接于第1共同点，第1反馈电容器的另一端连接于放大器的第1 输入端子；(7)第2反馈部，包括第2反馈电容器和第2反馈开关， 第2反馈电容器的一端经由第2反馈开关而连接于第2共同点，第2 反馈电容器的另一端连接于放大器的第2输入端子。在此，N为2以 上的整数，n为l以上N以下的整数。
在本发明所涉及的AD转换电路中，向差动放大部的第1输入端子和第2输入端子输入的电压值由差动放大部放大，并作为差动信号 从差动放大部的第1输出端子和第2输出端子输出。第1可变电容部、 第2可变电容部、比较部、以及连接控制部构成逐次比较型AD转换 电路。从差动放大部的第1输出端子和第2输出端子输出的电压值由 上述的逐次比较型AD转换电路进行AD转换，从连接控制部输出所 对应的数字值。向比较部输入的第1共同点和第2共同点的各自的电 位由第1反馈部和第2反馈部反馈至差动放大部，再由上述的逐次比 较型AD转换电路转换为数字值并输出。
在本发明所涉及的AD转换电路中，优选差动放大部还包括第5 开关和电源，电源经由第5开关而连接于第2开关和第2电容器的连 接点。在此情况下，能够扩大差动放大部的输出范围。
本发明所涉及的光检测装置的特征在于，具备光电二极管，产 生与入射光量相对应的量的电荷；积分电路，输入在光电二极管产生 的龟荷并蓄积，从输出端输出与该蓄积电荷量相对应的电压值；以及 上述的本发明所涉及的AD转换电路，其中，AD转换电路所包括的差 动放大部的第1和第2开关连接于积分电路的输出端。在该光检测装 置中，在光电二极管产生与入射光量相对应的量的电荷，向积分电路 输入该电荷并蓄积，从积分电路的输出端输出与该蓄积电荷量相对应 的电压值。从积分电路的输出端输出的电压值被输入至AD转换电路 所包括的差动放大部。而且，由AD转换电路，除去积分电路的输出 电压值所包括的失调(offset)误差等，得到S/N比优异的数字值。
依照本发明，可以提供能够小型化的AD转换电路和光检测装置。
图1是本实施方式所涉及的光检测装置1的构成图。 图2是本实施方式所涉及的AD转换电路20的电路图。 图3是说明本实施方式所涉及的光检测装置1的工作的时序图。 图4是说明本实施方式所涉及的AD转换电路20所包括的差动放 大部21的工作的时序图。
图5是说明本实施方式所涉及的光检测装置1的其它工作的时序图。
6符号说明
1光检测装置
10积分电路
20AD转换电路
21差动放大部
22A第1可变电容部
22B第2可变电容部
23比较部
24连接控制部
25A第1反馈部
25B第2反馈部
卯控制部
A放大器
C电容器
PD光电二极管
SW开关
具体实施例方式
以下，参照附图，对用于实施本发明的最佳方式进行详细的说明。 在此，在附图的说明中，对同一要素标记同一符号，省略重复的说明。
图1是本实施方式所涉及的光检测装置1的构成图。该图所示的 光检测装置1具备光电二极管PD、开关SW、积分电路IO、 AD转换 电路20、以及控制部90。并且，可以将光电二极管PD和开关SW作 为一组，并将多个组一维或二维地排列，另外，在此情况下，可以相 对于多组的光电二极管PD和开关SW，设置1组的积分电路10和AD 转换电路20。
光电二极管PD产生与入射光量相对应的量的电荷，阳极接地，阴 极连接于开关SW的一端。开关SW设在光电二极管PD和积分电路 10的输入端之间，在闭合时，向积分电路10输入在光电二极管PD中 产生的电荷。积分电路10输入在光电二极管PD中产生并经过开关SW而到达的电荷并将其蓄积，从输出端向AD转换电路20输出与该蓄积 的电荷的量相对应的电压值。AD转换电路20输入从积分电路10输出 的电压值(模拟值)并对其进行AD转换，输出与该输入电压值相对 应的数字值。
积分电路lO具备放大器An)、电容器do、以及开关SWu)。向放 大器Al。的非倒相输入端子输入基准电压。放大器A1Q的倒相输入端子 经由开关SW而连接于光电二极管PD。电容器C1Q和开关SW1()并列地 设在放大器A1Q的倒相输入端子和输出端子之间。在开关SW1()闭合时， 电容器Cu)放电，将从积分电路10输出的电压值初始化。在开关SW,o 断开时，从光电二极管PD经由开关SW而输入的电荷蓄积于电容器 Qo中，从积分电路10向AD转换电路20输出与该蓄积的电荷的量相 对应的电压值。
AD转换电路20具备差动放大部21、第1可变电容部22A、第2 可变电容部22B、比较部23、连接控制部24、第1反馈部25A、以及 第2反馈部25B。第1可变电容部22A和第2可变电容部22B具有相 互共同的构成。第1反馈部25A和第2反馈部25B具有相互共同的构 成。
控制部90控制与光电二极管PD —起设置的开关SW的开闭工作、 积分电路10所包括的开关SWh)的开闭工作、以及AD转换电路20的 AD转换工作。而且，在图1中，对于从控制部卯输出并向其它的各 构成电路输入的控制信号的配线，省略了图示。
接着，对本实施方式所涉及的AD转换电路20的电路构成进行说 明。图2是本实施方式所涉及的AD转换电路20的电路图。并且，在 此，以N值为6，进行说明。
差动放大部21具备放大器Au、第1开关SW川、第2开关SW212、 第3开关SW213、第4开关SW214、第5开关SW215、第1电容器C211、 第2电容器C犯、第3电容器C犯、第4电容器<:214、以及电源E^。 放大器A21以放大率26放大作为差动信号的向非倒相输入端子和倒相 输入端子输入的电压值，将该放大后的电压值作为差动信号，从负侧 的差动输出端子和正侧的差动输出端子输出。
开关SW211的一端经由电容器C2 而连接于放大器A21的非倒相输入端子，开关SW川另一端连接于积分电路10的输出端。开关sw212 的一端经由电容器Cw而连接于放大器A21的倒相输入端子，开关
SW2u另一端连接于积分电路10的输出端。开关sw犯和电容器c213
并列地设在放大器A21的非倒相输入端子和负侧的差动输出端子之间。 开关SWw和电容器C214并列地设在放大器A21的倒相输入端子和正侧
的差动输出端子之间。另外，电源E^经由开关SW2,5而连接于开关
SW212与电容器C212的连接点。
第1可变电容部22A具备电容器C221~ (:227和开关SW221~ SW228。
其中，6个电容器C22广C226具有相互不同的电容值，6个开关SW^ SW226构成第1连接切换单元。如果电容器C226的电容值为C，则电容
器(:221的电容值为25<:，电容器(:222的电容值为24(:，电容器(:223的电
容值为fC，电容器C224的电容值为22(3，电容器C225的电容值为2C。 另外，电容器C227的电容值为C。
电容器C221的一端，通过开关SW221而连接于放大器A21的负侧的 差动输出端子、第1基准电位Vrefl、或者第2基准电位Vref2。电容器
C222的一端，通过开关SW222而连接于放大器A21的负侧的差动输出端 子、第1基准电位V^、或者第2基准电位V^。电容器C223的一端，
通过开关SW223而连接于放大器A21的负侧的差动输出端子、第1基准
电位Vrefl、或者第2基准电位Vref2。电容器C224的一端，通过开关SW224
而连接于放大器A21的负侧的差动输出端子、第1基准电位Vrefl、或者
第2基准电位V,ef2。电容器C225的一端，通过开关SW225而连接于放
大器A2i的负侧的差动输出端子、第1基准电位V^、或者第2基准电
位V^。电容器C226的一端，通过开关SW226而连接于放大器A21的负
侧的差动输出端子、第1基准电位Vrefl、或者第2基准电位Vref2。电
容器C227的一端，通过开关SW227而连接于放大器A21的负侧的差动输 出端子或者第2基准电位V^。另外，电容器C22广C^的各自的另一 端连接于第l共同点Pp而且，经由开关SW228而连接于接地电位。
第2可变电容部22B具有与第1可变电容部22A相同的构成。但 是，在第2可变电容部22B中，6个开关SW22广SW226构成第2连接
切换单元，通过该第2连接切换单元，电容器C22广C^的各自的一端
连接于放大器A^的正侧的差动输出端子、第1基准电位Vrefl、或者第2基准电位Vwf2。电容器C227的一端，通过开关SW227而连接于放大器 A21的正侧的差动输出端子或者第2基准电位VreC。另夕卜，电容器C221 C227的各自的另一端连接于第2共同点P2，而且，经由开关SW228而连 接于接地电位。
比较部23输入第1共同点P,和第2共同点P2的各自的电位并比
较大小，向连接控制部24输出表示该比较结果的比较信号。连接控制 部24输入从比较部23输出的比较信号，基于该比较信号，以第1共 同点P,和第2共同点P2的各自的电位的差变小的方式，控制第l和第 2连接切换单元(可变电容部22A、 22B所包括的开关SW22广SW226) 的各自的连接切换，并且，输出表示第1和第2连接切换单元的各自 中的连接状态的6位的数字值。
第1反馈部25A包括缓冲放大器A25、电容器C25、以及开关SW25。
在该第1反馈部25A中，电容器C25的一端，经由开关SW25而连接于
缓冲放大器A25的输出端。缓冲放大器A25的输入端连接于第1共同点 P,。电容器C25的另一端连接于放大器A21的非倒相输入端子。
第2反馈部25B也包括缓冲放大器A25、电容器C25、以及开关SW25 。 在该第2反馈部25B中，电容器C25的一端，经由开关SW25而连接于 缓冲放大器A25的输出端。缓冲放大器A25的输入端连接于第2共同点 P2。电容器C25的另一端连接于放大器A21的倒相输入端子。
控制部90控制差动放大部21所包括的开关SW211 SW215的各自 的开闭工作、比较部23和连接控制部24的各自的工作、以及第l反 馈部25A和第2反馈部25B所分别包括的开关SW25的开闭工作。而 且，由控制部90控制的连接控制部24控制第1可变电容部22A所包 括的开关SW^ SW228的各自的开闭工作、以及第2可变电容部22B 所包括的开关SW221 SW228的各自的开闭工作。
接着，对本实施方式所涉及的光检测装置1的工作进行说明。以 下说明的工作在控制部90的控制下进行。图3是说明本实施方式所涉 及的光检测装置l的工作的时序图。使用该图，说明光电二极管PD、 开关SW、积分电路IO、以及差动放大部21的各自的工作。
在该图中，显示了 (a)积分电路10所包括的开关SW^的开闭、 (b)对应于光电二极管PD而设置的开关SW的开闭、(c)差动放大部21所包括的开关SW211的开闭、(d)差动放大部21所包括的开关 SW^的开闭、(e)差动放大部21所包括的开关SW^和开关SW214
的开闭、(f)差动放大部21所包括的开关SW2,5的开闭、(g)来自积
分电路10的输出电压值、(h)来自差动放大部21所包括的放大器A2, 的正侧的差动输出端子的输出电压值、以及(i)来自差动放大部21 所包括的放大器A2,的负侧的差动输出端子的输出电压值。并且，图中 的各时刻的前后关系为"tu<t12<t13<t14<t15<t16<t17"。
在时刻tn，积分电路IO所包括的开关SWn)闭合，电容器Cu)放 电，将来自积分电路10的输出电压值初始化。在时刻tu，差动放大部
21所包括的开关SW2,3和开关SW^闭合，电容器C2n和C2，4放电，
将来自差动放大部21的输出电压值初始化。在时刻t12，差动放大部 21所包括的开关SW2,2断开，在时刻t13，积分电路10所包括的开关 SW1Q断开，在时刻t14，差动放大部21所包括的开关SW211断开。然后， 从时刻ti5起，开关SW闭合一定期间，在光电二极管PD中产生且蓄 积于光电二极管PD的结电容部的电荷，经由开关SW而被输入至积分 电路IO。在时刻tw，差动放大部21所包括的开关SW2,3和开关SW^ 断开。在时刻tn，差动放大部21所包括的开关SW2u和开关SW2。闭 合。而且，遍及这段期间，第1反馈部25A和第2反馈部25B的各自
的开关SW25断开。
积分电路10成为能够蓄积电荷的状态的时刻是开关SW,o断开的 时刻{13。在从时刻tn至时刻^的期间，由于开关SW,o断开，因而， 积分电路10成为能够蓄积电荷的状态，然而，由于开关SW断开，因 而，不从光电二极管PD输入电荷，在电容器do中不蓄积电荷。但是， 由于失调误差等，来自积分电路10的输出电压值在时刻t。之后单调地 变化，不久后在时刻^之前的某个时刻，达到大致一定的电压值(即， 失调电压值)。
在差动放大部21中，在时刻tu，开关SW2，2从闭合状态转变为断 开状态。于是，与在时刻t,2从积分电路IO输出的电压值相对应的量的 电荷蓄积于电容器Cm中。在时刻t,2，由于积分电路IO为初始化了的
状态，因而，蓄积于电容器<:212中的电荷为与初始化了的积分电路10
的输出电压值(以下，称为"复位电压值")相对应的量。如此，复位电压值被差动放大部21获取。
在差动放大部21中，如果在时刻114，开关SW2n从闭合状态转变 为断开状态，则与在该时刻114从积分电路IO输出的电压值相对应的量 的电荷蓄积于电容器C川中。在时刻t"，由于积分电路10输出失调电 压值，因而，蓄积于电容器C211中的电荷量为与失调电压值相对应的 量。如此，失调电压值被差动放大部21获取。
从时刻k起，开关SW闭合一定期间，在光电二极管PD产生并 蓄积于光电二极管PD的结电容部的电荷经过开关SW而向积分电路 IO输入。向积分电路10输入的电荷蓄积于电容器Cu)中，从积分电路 10输出由与该蓄积于电容器Qo中的电荷的量相对应的信号电压值和 失调电压值叠加而成的电压值。
在差动放大部21中，如果在时刻t^，开关SW^断开，在时刻tn， 开关SW211闭合，则在时刻tn从积分电路IO输出的电压值被输入至电 容器C川。于是，与该电压值相对应的电荷量和已经蓄积于电容器C川 中的电荷量的差分蓄积于电容器C^中。然后，向放大器A^的非倒相 输入端子输入与蓄积于电容器C213中的电荷量相对应的电压值。该电 压值为由信号电压值和失调电压值叠加而成的电压值与失调电压值的 差，即信号电压值。如此，差动放大部21作为CDS (CorrelatedDouble Sampling、相关双采样)电路而起作用。
在差动放大部21中，如果在时刻tw，开关SW2M断开，在时刻tn，
开关SW^闭合，则电源E2,的电压值被输入至电容器C^。于是，与 电源E21的电压值相对应的电荷量和已经蓄积于电容器C212中的电荷量 的差分蓄积于电容器Cw中。然后，向放大器A^的倒相输入端子输入
与蓄积于电容器(:214中的电荷量相对应的电压值。该电压值成为与电
源E21的电压值和失调电压值的差分相对应的电压值。
在差动放大部21中，在时刻tn之后，从放大器A^的负侧的差动 输出端子和正侧的差动输出端子输出与放大器A21的非倒相输入端子 的输入电压值和倒相输入端子的输入电压值的差分相对应的电压值的
信号。在放大器A2i中设定有中心电压值，从正侧的差动输出端子和负
侧的差动输出端子输出的电压值能够由下述(1)式和(2)式表示。 在此，来自正侧的差动输出端子的输出电压值为V。+，来自负侧的差动输出端子的输出电压值为V。，，非倒相输入端子的输入电压值为vi+，
倒相输入端子的输入电压值为Vi-，放大器A21的中心电压值为Vc。m。 V0+=+(Vi+-Vi-)/2-(VE21-Vr)/2+Vcom…(1) V0_=-(Vi+-Vi-)/2-(VE21-Vr)/2+Vcom(2)
非倒相输入端子的输入电压值Vj+为信号电压值。倒相输入端子的 输入电压值Vi.为与电源E21的电压值和复位电压值的差分相对应的电 压值。在此，VE2i为电源E^的电压值，Vr为积分电路10的复位信号 电平电压。所以，上述(1)式和(2)式所表示的来自正侧的差动输 出端子的输出电压值V。+和来自负侧的差动输出端子的输出电压值V。. 为除去了失调误差等且S/N比优异的电压值。在时刻t17之后的某个时 刻从差动放大部21的负侧的差动输出端子输出的电压值被输入至第1 可变电容部22A，从差动放大部21的正侧的差动输出端子输出的电压 值被输入至第2可变电容部22B。
接着，对第1可变电容部22A、第2可变电容部22B、比较部23、 以及连接控制部24的各自的工作进行说明。它们在上述时刻tn之后， 作为6位的逐次比较型AD转换电路而工作。g卩，分别在第1可变电 容部22A和第2可变电容部22B中，在上述时刻"7之后的某个时刻， 开关SW228闭合，共同点P,、P2连接于接地电位，并且，电容器C221~C227
通过开关SW22广SW227而连接于差动放大部21的输出端子。
随后，在第1可变电容部22A中，如果开关SW228断开，则与来 自差动放大部21的负侧的差动输出端子的输出电压值相对应的量的电
荷蓄积于电容器C22广C227的第1共同点P,侧。并且，在第2可变电容
部22B中，如果开关SW228断开，则与来自差动放大部21的正侧的差
动输出端子的输出电压值相对应的量的电荷蓄积于电容器<:221《227的 第2共同点P2侧。
然后，分别在第1可变电容部22A和第2可变电容部22B中，电
容器C22广C227通过幵关SW22, SW227而连接于第2基准电位Vref2。在 此状态下，第1共同点P,和第2共同点P2之间的电位差(即，向比较
部23输入的两个电压值的差)成为分别从差动放大部21的负侧的差
动输出端子和正侧的差动输出端子输出的电压值的差。
随后，由比较部23对第1共同点P,和第2共同点P2的各自的电位进行大小比较，向连接控制部24输出表示该比较结果的比较信号。 基于该比较信号，由输入了比较信号的连接控制部24，以第l共同点 P,和第2共同点P2的各自的电位的差变小的方式，控制第1可变电容 部22A和第2可变电容部22B所分别包括的各个开关SW^ SW226在 第1基准电位Vrefl和第2基准电位V^之间的连接切换。此时，以从 电容值大的电容器起依次，即，按照电容器<:221~<:226的顺序，决定所 对应的开关的连接状态。
然后，以第1共同点P,和第2共同点P2的各自的电位的差为最小 的方式决定开关SW221~SW226的各自的连接状态，随后，从连接控制 部24输出表示这些开关的连接状态的6位的数字值。从连接控制部24 输出的数字值可以为并行数据，也可以为串行数据。该6位的数字值 中，最高位的数据表示开关SW221的连接状态，第2位的数据表示开
关SW222的连接状态，第3位的数据表示开关SW223的连接状态，第4
位的数据表示开关SW224的连接状态，第5位的数据表示开关SW225 的连接状态，最低位的数据表示开关SW^的连接状态。
这样，由第1可变电容部22A、第2可变电容部22B、比较部23、 以及连接控制部24将作为差动信号的分别从差动放大部21的负侧的 差动输出端子和正侧的差动输出端子输出的电压值AD转换为6位的 数字值，并将其从连接控制部24输出。此时，第1共同点P,和第2 共同点P2之间的电位差表示表示转换后的数字值所表示的电压值和输 入电压值的差。所以，如果对将该电压值放大26倍的值进行与上述相 同的逐次比较型的AD转换，那么，可得到接着最初的6位的6位的 数字值。
因此，在决定了最初的6位之后，在差动放大部21中，开关SW^
和SW2w暂时闭合，电容器Cm和C2,4放电，将负侧的差动输出端子
和正侧的差动输出端子的各自的输出电压值初始化，随后，开关SW^ 和SW2"断开。而且，分别在第1反馈部25A和第2反馈部25B中， 开关SW25在暂时闭合之后断开。于是，差动放大部21的倒相输出端 子和非倒相输出端子的各自的输出电压值的差为第1共同点P,和第2 共同点P2之间的电位差的2M咅。与上述相同，该差动放大部21的输 出电压值由逐次比较型AD转换电路(由第1可变电容部22A、第2可变电容部22B、比较部23、以及连接控制部24构成)转换为6位的
数字值。
如上所述，在AD转换电路20中，从积分电路IO输出的电压值 被转换为12位的数字值。另外， 一般而言，通过利用第1反馈部25A 和第2反馈部25B的(k-l)次反馈来进行k次逐次比较型的AD转换， 从而将从积分电路IO输出的电压值转换为6位的数字值。
此外，在相对于多组的光电二极管PD和开关SW而设置1组的积 分电路10和AD转换电路20的情况下，对多组的光电二极管PD分别 依次地进行上述的工作。并且，在多组的光电二极管PD和开关SW二 维排列，且在每列设有1组的积分电路10和AD转换电路20的情况 下，在某个期间，对位于某一行的全部的光电二极管PD进行上述的工 作，在接下来的期间，对位于下一行的全部的光电二极管PD进行上述 的工作。而且，该情况下的光检测装置1作为二维拍摄装置而工作， 能够拍摄除去了失调误差等且S/N比优异的二维图像。
这样，在本实施方式中，能够相对于应该输出的数字值的位数， 减少第1可变电容部22A和第2可变电容部22B所分别包括的电容器 的个数，因而，能够分别将第1可变电容部22A和第2可变电容部22B 小型化，进而能够分别将AD转换电路20和光检测装置1小型化，在 集成化的情况下，能够减小芯片面积。另外，通过消减第1可变电容 部22A和第2可变电容部22B所分别包括的电容器的个数，能够使各 电容器的电容值为高精度，并能够提高AD转换的精度。而且，在本 实施方式中，由于差动放大部21在放大器A21的周围不具有电阻器， 因而，抑制了差动放大部21中的热杂音，并且，抑制了电力消耗。
另外，在本实施方式中，通过在差动放大部21设有开关SW^和 电源E21，从而能够扩大差动放大部21的输出范围。图4是说明本实 施方式所涉及的AD转换电路20所包括的差动放大部21的工作的时 序图。在该图中，(a)显示了来自包括开关SW化和电源E2,的本实施 方式的差动放大部21的放大器A21的正侧的差动输出端子的输出电压 值，并且，(b)显示了来自不包括开关SW^和电源E^的比较例的差 动放大部的放大器A21的正侧的差动输出端子的输出电压值。
在电源E21的输出电压值为3.5V，放大器A21的中心电压值V,为2.5V，放大器A21的非倒相输入端子的输入电压值V&为0.2V~3.2V
(在此，为相对于复位电平的相对值)的情况下，如图4 (a)所示，来自非倒相输出端子的输出电压值V。+为1.6V 3.1V。该值由前面所述的(1)式算出。并且，依照(1)式，在非倒相输入端子的输入电压值Vi+为0V时，来自正侧的差动输出端子的输出电压值V。+为1.5V。即，在放大器A2,的正侧的差动输出端子上，能够进行1.5V以上的输出。此外，也能够使用上述(2)式算出放大器A2,的负侧的差动输出端子的输出范围。在负侧的差动输出端子上，能够进行3.1V以下的输出。
另一方面，在不包括开关SW^和电源E^的比较例的差动放大部中，向放大器A^的倒相输入端子输入复位电压值。由于复位电压值几乎为0V，因而，来自正侧的差动输出端子和负侧的差动输出端子的输出电压值能够由下述(3)式和(4)式表示。在此，与上述(1)式和(2)式相同，来自正侧的差动输出端子的输出电压值为V。+，来自负侧的差动输出端子的输出电压值为V。.，非倒相输入端子的输入电压值为Vi+，倒相输入端子的输入电压值为Vj.，放大器A^的中心电压值为
V0+=+Vi+/2+V,…(3)V0.=-Vi+/2+Ve。m…(4)
在上述(3)式中，在放大器A2i的中心电压值Ve。m为2.5V，放大
器A21的非倒相输入端子的输入电压值Vi+为0.2V 3.2V (在此，为相对于复位电平的相对值)的情况下，如图4 (b)所示，来自正侧的差动输出端子的输出电压值V。+为2.6V 4.1V。并且，依照(3)式，在非倒相输入端子的输入电压值Vi+为0V时，来自正侧的差动输出端子的输出电压值V。+为2.5V。 S卩，在放大器A21的正侧的差动输出端子上，不能进行不足2.5V的输出。此外，能够使用上述(4)式算出放大器A^的负侧的差动输出端子的输出范围。在负侧的差动输出端子上，不能进行超过2.5V的输出。
通过与不包括开关SW215和电源E21的比较例的差动放大部的工作相对比，可以判定，在差动放大部21包括开关SW^和电源E21的本实施方式中，扩大了差动放大部21所包括的放大器A21的正侧的差动输出端子和负侧的差动输出端子的输出范围。
此外，在本实施方式所涉及的光检测装置1或AD转换电路20中，也能够使差动放大部21不作为CDS电路而起作用。图5是说明在使差动放大部21不作为CDS电路而起作用的情况下的本实施方式所涉及的光检测装置1的工作的时序图。该图所示的时刻tn t13、 115~117与图3所示的时刻tn t,3、 t!广t!7相同。图5 (a) ~ (f)与图3 (a) ~ (f)几乎相同，但是，与图3的不同点在于，图5 (c)所示的开关SW211在时刻112断开。
如果开关SWm在时刻t^断开，则在电容器<:212中蓄积与复位电
压值相对应的量的电荷。如果在时刻t,6，开关SW2n断开，在时刻tn，开关SW211闭合，则向放大器A21的非倒相输入端子输入叠加了失调电压值的信号电压值和复位电压值的差分。在此情况下，如图5 (h)和(i)所示，放大器A21的负侧的差动输出端子和正侧的差动输出端子输出与叠加了失调电压值的信号电压值相对应的差动信号。这样，通过改变闭合开关SW211的时机，能够使差动放大部21不作为CDS电路而起作用。所以，本实施方式所涉及的光检测装置1和AD转换电路20也能够对应于不需要除去失调电压值的情况。
产业上的利用可能性
本发明可以用于能够输出与入射光量相对应的数字值的光检测装置以及在这样的光检测装置中优选使用的AD转换电路中。
权利要求
1. 一种AD转换电路，其特征在于，具备差动放大部，包括具有第1和第2输入端子以及第1和第2输出端子的放大器、第1～第4电容器、以及第1～第4开关，其中，所述第1开关的一端经由所述第1电容器而连接于所述放大器的所述第1输入端子，所述第2开关的一端经由所述第2电容器而连接于所述放大器的所述第2输入端子，所述第3开关和所述第3电容器并列地设在所述放大器的所述第1输入端子和所述第1输出端子之间，所述第4开关和所述第4电容器并列地设在所述放大器的所述第2输入端子和所述第2输出端子之间；第1可变电容部，包括具有相互不同的电容值(C，…，2n-1C，…，2N-1C)的N个电容器，所述N个电容器的各自的一端通过第1连接切换单元而连接于所述放大器的所述第1输出端子、第1基准电位、或者第2基准电位，所述N个电容器的各自的另一端连接于第1共同点；第2可变电容部，包括具有相互不同的电容值(C，…，2n-1C，…，2N-1C)的N个电容器，所述N个电容器的各自的一端通过第2连接切换单元而连接于所述放大器的所述第2输出端子、所述第1基准电位、或者所述第2基准电位，所述N个电容器的各自的另一端连接于第2共同点；比较部，输入所述第1和第2共同点的各自的电位并进行大小比较，输出表示该比较结果的比较信号；连接控制部，输入从所述比较部输出的比较信号，基于该比较信号，以所述第1和第2共同点的各自的电位的差变小的方式，控制所述第1和第2连接切换单元的连接切换，并且，输出表示所述第1和第2连接切换单元的各自的连接状态的N位的数字值；第1反馈部，包括第1反馈电容器和第1反馈开关，所述第1反馈电容器的一端经由所述第1反馈开关而连接于所述第1共同点，所述第1反馈电容器的另一端连接于所述放大器的所述第1输入端子；以及，第2反馈部，包括第2反馈电容器和第2反馈开关，所述第2反馈电容器的一端经由所述第2反馈开关而连接于所述第2共同点，所述第2反馈电容器的另一端连接于所述放大器的所述第2输入端子，其中，N为2以上的整数，n为1以上N以下的整数。
2. 如权利要求1所述的AD转换电路，其特征在于， 所述差动放大部还包括第5开关和电源，所述电源经由所述第5开关而连接于所述第2开关和所述第2电容器的连接点。
3. —种光检测装置，其特征在于， 具备光电二极管，产生与入射光量相对应的量的电荷； 积分电路，输入在所述光电二极管产生的电荷并蓄积，从输出端 输出与该蓄积电荷量相对应的电压值；以及， 如权利要求1或2所述的AD转换电路，其中，所述AD转换电路所包括的所述差动放大部的所述第1和 第2开关连接于所述积分电路的所述输出端。
全文摘要
AD转换电路(20)具备差动放大部(21)、第1可变电容部(22A)、第2可变电容部(22B)、比较部(23)、连接控制部(24)、第1反馈部(25A)、以及第2反馈部(25B)。作为差动信号从差动放大部(21)的第1输出端子和第2输出端子输出的电压值由逐次比较型AD转换电路(由第1可变电容部(22A)、第2可变电容部(22B)、比较部(23)、以及连接控制部(24)构成)转换为6位的数字值并输出。第1共同点(P<sub>1</sub>)和第2共同点(P<sub>2</sub>)之间的电位差由第1反馈部(25A)和第2反馈部(25B)反馈至差动放大部(21)，再由逐次比较型AD转换电路转换为6位的数字值并输出。
文档编号H03M1/14GK101512904SQ20078003321
公开日2009年8月19日 申请日期2007年9月5日 优先权日2006年9月6日
发明者山本洋夫, 水野诚一郎, 沟口真规, 铃木保博 申请人:浜松光子学株式会社