传感器元件和电子器件的制作方法

本发明涉及传感器元件和电子器件，并且更特别地，涉及能够进一步降低噪声的传感器元件和电子器件。

背景技术：

常规地，在固态摄像装置的信号读出方案中，例如，在诸如像素内等有限区域内执行模数(ad)转换的情况下，具有最高面积效率的方案是包含比较器和后续数字电路的积分型(斜坡型)ad转换方案。

例如，专利文献1公开了一种固态摄像装置，其中，诸如光接收部、传输部、电荷电压比较部、锁存器控制部、锁存器部和信号读出部(中继器)等元件形成在一个像素中，并能够在像素中执行ad转换。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：国际专利申请公开第2016/136448号

技术实现要素：

本发明解决的问题

顺便提及地，在具有上述构造的固态摄像装置中，例如，即使应用接合两层或更多层晶片的层叠技术，由于具有几μm等级的面积约束的较小面积或诸如几na的亚阈值电流等小电流，已经产生了大量的噪声。

鉴于上述情况提出了本公开，且本公开旨在进一步降低噪声。

问题的解决方案

本公开的一个方面的传感器元件包括：比较单元，其将预定的检测信号与预定的参考信号进行比较；频带限制单元，其通过使根据比较单元的比较结果而变化的信号的频带变窄来执行频带限制；以及放大单元，其放大并输出通过频带限制单元限制了频带的信号。

本公开的一个方面的电子器件包括传感器元件，该传感器元件具有：比较单元，其将预定的检测信号与预定的参考信号进行比较；频带限制单元，其通过使根据比较单元的比较结果而变化的信号的频带变窄来执行频带限制；以及放大单元，其放大并输出通过频带限制单元限制了频带的信号。

在本公开的一个方面，将预定的检测信号与预定的参考信号进行比较，执行频带限制(在频带限制中使根据比较结果而变化的信号的频带变窄)，并放大和输出频带限制的信号。

发明效果

根据本公开的一个方面能够进一步减少噪声。

应注意，在此所述的效果不一定是限制性的，并且效果可以是本公开中说明的效果中的任何一种。

附图说明

图1是示出应用本技术的固态摄像装置的实施例的构造示例的框图。

图2是示出比较器电路的第一构造示例的框图。

图3是示出比较器电路的第二构造示例的框图。

图4是示出物理量检测电路的构造示例的框图。

图5是示出像素的第一构造示例的框图。

图6是示出像素的第二构造示例的框图。

图7是示出像素的第三构造示例的框图。

图8是示出像素的第四构造示例的框图。

图9是示出像素的第五构造示例的框图。

图10是示出图9所示的像素的第一电路构造示例的图。

图11是示出图9所示的像素的第二电路构造示例的图。

图12是示出信号输入/输出单元的电路构造的图。

图13是示出信号输入/输出单元的前级的晶体管级电路构造的图。

图14是示出ff电路的晶体管级电路构造的图。

图15是示出一位锁存器的晶体管级电路构造的图。

图16是示出用于说明像素控制方法的驱动波形的示例的图。

图17是示出摄像装置的构造示例的框图。

图18是示出图像传感器的使用示例的图。

图19是示出车辆控制系统的示意性构造的示例的框图。

图20是示出外部信息检测单元和摄像单元的安装位置的示例的说明图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细说明应用本技术的特定实施例。

<固态摄像装置的构造示例>

图1是示出应用本技术的固态摄像装置的实施例的构造示例的框图。

如图1所示，固态摄像装置1具有像素阵列单元4，在该像素阵列单元中，多个像素2以二维阵列布置在使用诸如硅(si)等半导体的半导体基板上。此外，像素阵列单元4还设置有时间码传输部3，该时间码传输部将由时间码生成单元7生成的时间码传输到每个像素2。另外，固态摄像装置1在像素阵列单元4周围包括像素驱动电路5、d/a转换器(dac)6、时间码生成单元7、垂直驱动电路8、输出单元9以及时序生成电路10。

如图1的右上部分所示，以二维阵列布置的多个像素2中的每者都包括具有比较器电路11和数据存储部12的adc13以及具有光接收元件(例如，下面说明的图10的pd52)的像素电路14。例如，在像素2中，从像素电路14输出与由光接收元件接收的光量相对应的电荷信号，并将该电荷信号从模拟像素信号sig转换为数字像素信号sig，并通过adc13输出。

像素驱动电路5驱动像素2中的像素电路14。dac6生成参考信号(参考电压信号)ref，该参考信号是电平(电压)随时间单调降低的斜坡信号，并将参考信号ref提供给每个像素2。

时间码生成单元7生成当每个像素2将模拟像素信号sig转换为数字信号(ad转换)时使用的时间码，并将时间码提供给对应的时间码传输部3。对于像素阵列单元4设置有多个时间码生成单元7，并且设置在像素阵列单元4中的时间码传输部3的数量等于时间码生成单元7的数量。也就是说，在时间码生成单元7与时间码传输部3之间存在一一对应关系，时间码传输部3传输由时间码生成单元7生成的时间码。

垂直驱动电路8基于由时序生成电路10提供的时序信号执行控制，以将在像素2中生成的数字像素信号sig以预定顺序输出到输出单元9。从像素2输出的数字像素信号sig从输出单元9输出到固态摄像装置1的外部。输出单元9根据需要执行预定的数字信号处理，例如，用于校正黑电平的黑电平校正处理和相关双采样(cds)处理，然后将数字信号输出到外部。

时序生成电路10包括生成各种时序信号的时序发生器等，并将生成的各种时序信号提供给像素驱动电路5、dac6和垂直驱动电路8等。

固态摄像装置1如上所述的构造。例如应注意，虽然在上述图1的固态摄像装置1中包括的所有电路都形成在一个半导体基板上，但也可以将在固态摄像装置1中包括的电路分别布置在多个半导体基板上。

在此，将说明像素2的操作。

在像素2中，将与光接收元件接收的光量对应的电荷信号作为模拟像素信号sig从像素电路14输出到adc13，并且通过ad转换将该模拟像素信号转换为数字像素信号sig且通过adc13输出。

在adc13中，比较器电路11将由dac6提供的参考信号ref与像素信号sig进行比较，并输出输出信号vco作为指示比较结果的比较结果信号。例如，当参考信号ref和像素信号sig变为相同(电压)时，比较器电路11将输出信号vco反相。

除了来自比较器电路11的输出信号vco之外，数据存储部12还从垂直驱动电路8接收指示像素信号写入操作的wr信号(以下也称为写入控制信号wr)、指示像素信号读取操作的rd信号(以下也称为读取控制信号rd)和用于在像素信号读取操作期间控制像素2的读取时序的word信号。另外，数据存储部12还通过时间码传输部3接收由时间码生成单元7生成的时间码。在此应注意，为了便于理解像素2的操作，说明了垂直驱动电路8生成控制信号并将该控制信号提供给像素阵列单元4。然而，例如，可以将生成的用于同时驱动所有像素的控制信号的电路(未示出)布置在水平部上。也就是说，只要将控制信号提供给像素阵列单元4，则不限制生成控制信号的电路布置。

例如，数据存储部12包括：锁存器控制电路(例如，下面说明的图9的输入/输出控制单元30)，其基于wr信号和rd信号来控制时间码的写入操作和读取操作；以及用于存储时间码的锁存器存储单元(例如，下面说明的图9的信号存储单元31)。

在时间码写入操作中，在从比较器电路11输入hi(高)输出信号vco的同时，锁存器控制电路将从时间码传输部3提供的且每个单位时间被更新的时间码存储在锁存器存储单元中。然后，当参考信号ref和像素信号sig变为相同(电压)并由比较器电路11提供的输出信号vco被反相为lo(低)时，停止写入(更新)所提供的时间码，并将最新存储在锁存器存储单元中的时间码保持在锁存器存储单元中。存储在锁存器存储单元中的时间码指示在像素信号sig和参考信号ref变为相同时的时间，并代表指示像素信号sig当时为参考电压的数据(即，表示数字化的光值)。

在完成参考信号ref的扫描并将时间码存储在像素阵列单元4中的所有像素2的锁存器存储单元中之后，像素2的操作从写入操作变为读取操作。

在时间码读取操作中，当像素2到达其自身的读取时序时，锁存器控制电路基于控制读取时序的word信号，将存储在锁存器存储单元中的时间码(数字像素信号sig)输出到时间码传输部3。时间码传输部3在列方向(垂直方向)上顺序地传输所提供的时间码，并将时间码提供给输出单元9。

在下文中，为了与在时间码写入操作中被写入锁存器存储单元中的时间码区分开，指示像素信号sig当时为参考电压的数字化像素数据(也就是当在时间码读取操作中从锁存器存储单元读取的输出信号vco被反相时的反相时间码)也被称为ad转换像素数据。

<比较器电路的第一构造示例>

图2是示出比较器电路11的第一构造示例的框图。

如图2所示，比较器电路11包括比较器21、频带限制单元22和放大单元23。

在比较器21中，从图1的像素2中的像素电路14输出的模拟像素信号sig被输入到“-”输入端子，并且从dac6输出的参考信号ref被输入到“+”输入端子。然后，比较器21比较模拟像素信号sig与参考信号ref，并且当模拟像素信号sig高于参考信号ref时，输出预定电流作为输出信号。

频带限制单元22限制从比较器21输出的输出信号的频带。例如，频带限制单元22可以通过下面说明的图10所示的电容器63或下面说明的图11所示的晶体管111实现。

放大单元23放大比较器21的被频带限制单元22限制频带的输出信号，并将输出信号vco作为指示比较器电路11的比较结果的比较结果信号提供给例如图1的数据存储部12。

比较器电路11如上所述地构造，并且频带限制单元22可以限制从比较器21输出的比较结果信号的频带。因此，能够通过比较器电路11中的频带限制减少输出信号的噪声。

<比较器电路的第二构造示例>

图3是示出比较器电路11的第二构造示例的框图。应注意，在图3所示的比较器电路11a中，与图2的比较器电路11的构造相同的模块具有相同的附图标记，并将省略其详细说明。

也就是说，如图3所示，比较器电路11a包括比较器21、频带限制单元22和响应加速单元24。也就是说，比较器电路11a包括响应加速单元24，而不是图1的比较器电路11的放大单元23。

例如，用于反馈输出的一部分并且将这部分添加到输入的正反馈电路可以用作响应加速单元24。因此，响应加速单元24可以加速对从比较器21输出的输出信号的响应。

如上所述构造的比较器电路11a能够与图2的比较器电路11的情况类似地减少噪声，并能够加速对于输出信号的响应。

顺便提及，图2的比较器电路11和图3的比较器电路11a不限于在如图1所示的固态摄像装置1中的像素2中使用。也就是说，例如当检测各种物理量时，图2的比较器电路11和图3的比较器电路11a可以用于比较物理量的检测信号和参考信号ref。

<物理量检测单元的构造示例>

图4是示出使用参照图2所述的比较器电路11的物理量检测电路16的构造示例的框图。

如图4所示，物理量检测电路16包括比较器电路11和物理量检测单元25，并且物理量检测电路16与参考信号生成单元17连接，参考信号生成单元17生成与在图1中由dac6生成的参考信号类似的参考信号ref。

物理量检测单元25检测光量以外的各种物理量，并且类似于图1的像素电路14输出与该物理量相对应的模拟检测信号。

在比较器电路11中，从参考信号生成单元17输出的参考信号ref被输入到比较器21的“+”输入端子，并且从物理量检测单元25输出的模拟检测信号被输入到比较器21的“-”输入端子。然后，比较器电路11可以输出指示检测信号与参考信号ref之间的比较结果的比较结果信号作为输出信号vco。此时，在比较器电路11中，频带限制单元22对比较器21的输出信号进行频带限制。

因此，物理量检测电路16能够以与参照图2所述的类似方式通过频带限制减少噪声。

例如，通过一维地布置物理量检测电路16能够形成能够以线性方式检测物理量的传感器，或者，通过二维地布置物理量检测电路16能够形成能够以平面方式检测物理量的传感器。如上所述，包括该物理量检测电路16的传感器能够通过频带限制减少噪声。

<像素的第一构造示例>

图5是示出使用参照图2所述的比较器电路11的像素2的第一构造示例的框图。

如图5所示，像素2包括比较器电路11和像素电路14，并还包括数据存储部12(未示出)(见图1)。另外，类似于图2的比较器电路11，比较器电路11包括比较器21、频带限制单元22和放大单元23，并且将省略其详细说明。

像素电路14具有光电转换单元26和电荷电压转换单元27。例如，光电转换单元26包括光接收元件(例如，下面说明的图10的pd52)，该光接收元件将接收的光光电转换为电荷并累积该电荷。电荷电压转换单元27包括浮动扩散区和放大晶体管(例如，下面说明的图10的fd单元54和放大晶体管55)，该浮动扩散区和放大晶体管将在光电转换单元26中累积的电荷转换为用于输入到比较器21的电压。

像素2如上所述地构造。在像素电路14中，由光电转换单元26中的光电转换产生的电荷通过电荷电压转换单元27转换为电压，并输入到包括在比较器电路11中的比较器21的“-”输入端子。然后，在比较器电路11中，从dac6输出的参考信号ref被输入到比较器21的“+”输入端子。

因此，在如上所述构造的像素2中，比较器电路11能够通过如上所述的频带限制减少输出信号的噪声。

<像素的第二构造示例>

图6是示出使用参照图2所述的比较器电路11的像素2的第二构造示例的框图。应注意，在图6所示的像素2a中，与图5中的像素2的构造相同的模块具有相同的附图标记，并将省略其详细说明。

也就是说，图6所示的像素2a包括比较器电路11和像素电路14a。然后，像素2a的构造与图5的像素2构造的相同之处在于，比较器电路11具有比较器21、频带限制单元22和放大单元23，并且像素电路14a具有光电转换单元26和电荷电压转换单元27。

另一方面，像素2a的构造与图5的像素2的不同之处在于，像素电路14a在光电转换单元26与电荷电压转换单元27之间具有传输单元28。也就是说，在图2的像素2中，光电转换单元26直接连接到电荷电压转换单元27，而在像素2a中，光电转换单元26通过传输单元28连接到电荷电压转换单元27。

传输单元28包括传输晶体管(例如，下面说明的图10的传输晶体管53)，该传输晶体管用于在预定时刻将通过光电转换累积在光电转换单元26中的电荷传输到电荷电压转换单元27。

在如上所述构造的像素2a中，比较器电路11也能够通过如上所述的频带限制减少输出信号的噪声。

<像素的第三构造示例>

图7是示出使用参照图2所述的比较器电路11的像素2的第三构造示例的框图。应注意，在图7所示的像素2b中，与图5中的像素2的构造相同的模块具有相同的附图标记，并将省略其详细说明。

也就是说，图7所示的像素2b包括比较器电路11和像素电路14b。然后，像素2b的构造与图5的像素2的构造相同之处在于，比较器电路11具有比较器21、频带限制单元22和放大单元23，并且像素电路14具有电荷电压转换单元27。

另一方面，像素2b的构造与图5的像素2的构造不同之处在于，像素2b具有预定数量的光电转换单元26和预定数量的传输单元28，并且光电转换单元26中的各者都通过传输单元28连接到同一电荷电压转换单元27。也就是说，像素2b采用fd共享结构，其中预定数量的光电转换单元26共享电荷电压转换单元27。

在如上所述构造的像素2b中，比较器电路11也能够通过如上所述的频带限制减少输出信号的噪声。

<像素的第四构造示例>

图8是示出使用参照图2所述的比较器电路11的像素2的第四构造示例的框图。应注意，在图8所示的像素2c中，与图5中的像素2的构造相同的模块具有相同的附图标记，并将省略其详细说明。

如图8所示，两个像素2c-1和2c-1采用共享一个光电转换单元26的pd共享结构。也就是说，由光电转换单元26光电转换的电荷通过像素2c-1侧的传输单元28-1提供给电荷电压转换单元27-1，并通过像素2c-2侧的传输单元28-2提供给电荷电压转换单元27-2。

在如上所述构造的像素2c中，比较器电路11也能够通过如上所述的频带限制减少输出信号的噪声。

<像素的第五构造示例>

图9是示出使用参照图2所述的比较器电路11的像素2的第五构造示例的框图。应注意，在图9所示的像素2d中，与图3中的比较器电路11a、图5中的像素2和图6中的像素2a的构造相同的模块具有相同的附图标记，并将省略其详细说明。在此，像素2d是具有一个光电转换单元26和一个传输单元28的最佳构造示例。

如图9所示，像素2d包括比较器电路11d、像素电路14d、输入/输出控制单元30和信号存储单元31。

类似于图3的比较器电路11a，比较器电路11d具有比较器21、频带限制单元22和响应加速单元24，且类似于图6的像素电路14a，像素电路14d具有光电转换单元26、电荷电压转换单元27和传输单元28。另外，输入/输出控制单元30和信号存储单元31对应于图1的数据存储部12，并且adc13(图1)包括比较器电路11d、输入/输出控制单元30和信号存储单元31。

另外，输入/输出控制单元30根据选择构件41(测试构件)的选择控制输入/输出，并且信号存储单元31与对应于图1的时间码传输部3的信号输入/输出单元42交换信号。从对应于图1的时间码生成单元7的数字码生成单元43向信号输入/输出单元42提供数字时间码，并且从信号存储单元31输出到信号输入/输出单元42的信号通过信号处理单元44和对应于图1的输出单元9的输出控制单元45输出。另外，光电转换单元26、电荷电压转换单元27和比较器21可以通过初始化构件46进行初始化(重置)。

<像素的第一电路构造示例>

图10是示出图9所示的像素2d的第一电路构造的图。

图10所示的像素2d-a具有频带限制单元22实现为电容器63的电路构造。

如图10所示，像素2d-a在光接收侧晶片上包括：放电晶体管51、光电二极管(pd)52、传输晶体管53、浮动扩散(fd)单元54、放大晶体管55、连接晶体管56、电容器57、复位晶体管58以及晶体管59和60。另外，像素2d-a在逻辑电路晶片上包括：晶体管61和62、电容器63、晶体管64至72、反相器73、nand电路74、反相器75以及包括多个一位锁存器81的信号存储单元31。

例如，pd52对应于图9的光电转换单元26，并且放电晶体管51排出累积在pd52中的电荷。传输晶体管53对应于图9的传输单元28，且将电荷从pd52传输到fd单元54。fd单元54和放大晶体管55包括在图9的电荷电压转换单元27中。连接晶体管56将电容器57连接到fd单元54，并且累积在fd单元54中的电荷被复位晶体管58复位。

将输入偏置电流vb提供给晶体管59，并将参考信号ref提供给晶体管60。晶体管60与放大晶体管55形成差分对。另外，晶体管61和62形成电流镜，并被包括在图9的比较器21中。

然后，电容器63被包括在图9的频带限制单元22中，并且作为被设置在用于提供h电平漏极功率vddh的线与用于从比较器21输出输出信号的线之间的电路电容器63。

另外，晶体管66至72形成用作图9的响应加速单元24的正反馈电路(pfb)，并且响应加速单元24具有包括晶体管69至72的nor电路。反相器73、nand电路74和反相器75包括在图9的输入/输出控制单元30中。另外，图9的信号存储单元31包括与所需位长对应的锁存器81的数量，并且每个锁存器81包括开关82以及反相器83和84。

在如上所述构造的像素2d中，为了通过电容器63的频带限制有效地降低噪声，期望如图10所示地在第一级的输出处设置电容器63。例如，电容器63可以包括金属布线或多扩散mos型。

连接有ini控制信号的晶体管(nmos)66的泄漏电流被设计为大于晶体管(pmos)64和晶体管(pmos)68的泄漏电流，第二级输入cur连接到晶体管(pmos)64，且晶体管(pmos)68与连接有ini2控制信号的晶体管67串联连接并接收正反馈。这是因为，如果晶体管(nmos)66的泄漏量小于晶体管(pmos)64和68的泄漏量，则无论输入信号(在此，第二级输入cur)如何，图10中的v2nd指示的浮动部由于电流差而无意识地反相。

因此，由ini控制的晶体管(nmos)66不可避免地使用如下的晶体管：其具有比从晶体管(pmos)64和68的路径流出的泄漏电流更大的泄漏量，并且其阈值被调节。因此，输出电阻r不可避免地较低。增大输出电阻r等效于促进意外的反相。因此，难以通过提高输出电阻r而将频带变窄。因此优选地，在第一级的输出处设置电容器63并限制在该输出处的频带。应注意，作为设置在第一级处的代替，用作频带限制单元22的电容器(未示出)可以设置在图10的由v2nd指示的浮动单元中。

<像素的第二电路构造示例>

图11是示出图9所示的像素2d的第二电路构造的图。

图11所示的像素2d-b具有频带限制单元22实现为使用晶体管111的输出电阻r的电路构造。应注意，在图11所示的像素2d-b中，与图10中的像素2d-a相同的构造具有相同的附图标记，并将省略其详细说明。

也就是说，在像素2d-b中，频带限制单元22包括设置在晶体管65与接地电平之间的晶体管111，该晶体管65与连接有第二级输入cur的晶体管(pmos)64串联连接。另外，电容器112设置在晶体管111的漏极端子与接地电平之间。

另外，响应加速单元24具有包括晶体管67、66、113和121至124的正反馈电路(pfb)，并且响应加速单元24具有包括晶体管121至124的nand电路。然后，反相器131布置在响应加速单元24和输入/输出控制单元30之间。

在此，在上述图10的像素2d-a中，两个晶体管(pmos)64和68的泄漏路径连接至ini连接的一个晶体管(nmos)66。为了防止由于泄漏引起的错误反相，难以减小晶体管(nmos)66的输出电阻r。

因此，在像素2d-b中，可以通过为晶体管(pmos)64提供一个路径来增加一个ini连接的晶体管(nmos)111的输出电阻r。

例如，在上述图10的像素2d-a中，两个晶体管(pmos)64和68在输入cur的一侧使用高压晶体管，并在反馈侧使用低压晶体管。通常地，由于低压晶体管上的泄漏更大，因此反馈侧的泄漏占主导地位。

另一方面，如图11所示，像素2d-b仅包括高压pmos晶体管64的泄漏电流路径。因此，与图10的像素2d-a的构造相比，覆盖泄漏电流的nmos晶体管111的电阻值可以增加至少一个数量级。这意味着，在像素2d-b中，比较器21的频带能够缩小一个数量级且能够减少噪声。

<信号输入/输出单元的电路构造示例>

图12是示出图9所示的信号输入/输出单元42的电路构造的图。

如图12所示，信号输入/输出单元42包括：晶体管90、三态反相器91、三态缓冲器92、ff电路101-1至101-n、缓冲电路102-1至102–n、ff电路103-1至103-n以及彼此连接的缓冲电路104-1至104-n。在此，针对信号存储单元31中包括的每个锁存器81提供一组ff电路和缓冲电路，并且根据信号存储单元所需的位长度来提供多组ff电路和缓冲电路31。

图13是示出图12所示的信号输入/输出单元42的前级中包括的三态反相器91和三态缓冲器92的晶体管级电路构造的图。

如图13所示，三态反相器91和三态缓冲器92通过连接反相器151、晶体管152至157、nand电路158、nor电路159和反相器160而形成。

图14是示出图12所示的ff电路101和103的晶体管级电路构造的图。另外，图14的上部示出了当时钟clk设定为l时ff电路101和103的内部状态，且图14的下部示出了当时钟clk设定为h时ff电路101和103的内部状态。

如图14所示，ff电路101和103通过连接晶体管181至191而形成。

<锁存器电路的构造示例>

图15是示出图10和11所示的一位锁存器81的晶体管级电路构造的图。

如图15所示，通过连接在开关82中包括的晶体管201和202、在反相器83中包括的晶体管203至206以及在反相器84中包括的晶体管207和208来形成一位锁存器81。

<驱动波形的示例>

将参照图16所示的驱动波形说明图10的像素2d-a的控制方法。应注意，也可以通过类似的控制方法来控制图11的像素2d-b。基本上，除了控制信号的参考符号之外，在功能方面没有区别。应注意，针对所有像素同时执行代码的写入和比较器21的驱动，导致所谓的全局快门操作，并且存储在信号存储单元31(锁存器81)中的代码的读取通过簇读取(clusterreading)方案依次地执行。

首先，在时序t0，作为曝光控制，通过向放电晶体管51提供ofg信号来初始化pd52。然后，曝光(累积)时段是从ofg信号从开启(on)切换到关断(off)的时刻到提供给传输晶体管53的tg信号从开启切换到关断的时刻。另外，在不设置放电晶体管51的构造中，曝光(累积)时段是从tg信号在前一帧从开启切换到关断的时刻到tg信号下一次从开启切换到关断的时刻。应注意，尽管在图16中将ofg信号图示为具有短开启时段的脉冲，但开启时段可以是长的，或是可以在两个以上的多个脉冲中输入开启时段。另外，从抑制溢出的观点出发，作为开启和关断这两个值的替代，可以将中间电压、中间脉冲等用作ofg信号。

在时序t1，将提供给晶体管60的ref信号的电位设定为fd单元54的初始电压，并且通过将提供给连接晶体管56的fdg信号开启然后关断来初始化fd单元54。此时，通过在升高ref信号的电位的同时关断fdg信号，能够软复位(从线性区域到饱和区域的逐渐过渡以将kt/c噪声减小到大约1/2)fd单元54。另外，由于可以将fd单元54的操作范围设定为高电压，因此能够改善处理的最大电荷量，并能够扩大从pd52到fd单元54的信号传输的裕度。另外，通过将提供给连接晶体管56的fdg信号保持为开启和由提供给复位晶体管58的rst信号执行类似的控制，连接在复位晶体管58和连接晶体管56之间的电容器57能够降低转换效率。理所当然地，可以同时控制rst信号和fdg信号而不是固定电压。

在时序t2，比较器21的第二级浮动部通过提供给晶体管66的ini信号和提供给晶体管67的ini2信号初始化。在此，将分别说明ini信号和ini2信号，但它们可以作为相同的信号。当ini信号和ini2信号相同时，可以合并一行且可以扩展布局设计的裕度。另外，通过控制提供给晶体管70和72的forcevco信号，比较器21的输出处于准备状态，且锁存器81处于能够被写入信号的状态。

在时序t3，将时间码通过wen信号从外部写入到锁存器81，该wen信号被提供给三态缓冲器92并控制信号输入/输出单元42(中继器)，信号输入/输出单元42输入由时间码生成单元7生成的时间码并输出作为存储在信号存储单元31中的时间码的ad转换像素数据。同时地，将作为单调递减的斜坡信号的ref信号输入到晶体管60，并在ref信号相对于fd单元54的电位反相时的时序，使vco信号反相。然后，在该时序，已连续写入的时间码被存储在锁存器81内，并停止对相应的锁存器81的写入操作。

作为正反馈电路的响应加速单元24被构造为使得即使当比较器21的前级中的电流为几na时，vco信号仍工作。因此，一旦通过第二级的晶体管64接收比较器21的前级输出，就能够实现高的电源电压波动抑制比(psrr)。随后，通过连接到作为高压nmos的晶体管66，将在其之前的浮动部v2nd的电压控制为不高于栅极电位。作为栅极电位，可以使用与后级的逻辑电路的电源相同的电源，但也可使用不同的电压。另外，作为故障预防功能，浮动部v2nd通过由测试信号和forcevco信号控制的nor电路提供正反馈，从而能够进行高速转换。在此，由于信号输入/输出单元42包括如图12所示的触发器的多级连接，所以写入锁存器81的时间码是根据位置移位了一个码的固定偏移量。然而，如下所述，由于通过cds操作将相同的偏移叠加在信号电平上，因此消除了写入锁存器81的时间码的偏移。

在时序t4，当ref信号的斜坡减小到任意电压时，所有像素2的复位电平的ad转换结束。应注意，由于一些原因尚未反相的比较器21经由forcevco信号强制反相，从而避免了影响下级的读取处理。不发生反相的原因的示例包括电路故障或者当pd52施加有强光时电位下降到比在斜坡末端处的电压更低的电压。然后，通过在ad转换结束的同时将ref信号的电压设定为低(即，设定为gnd)，例如能够将比较器21的恒定电流设定为零。因此，能够抑制功耗，直到ref信号的电平下一次变为高且恒定电流流过比较器21为止。

在时序t5，读出存储在锁存器81中的ad转换像素数据(数字数据)。例如，由于面积的原因，锁存器81形成为接近最小可加工尺寸的尺寸，所以nmos和pmos的驱动力不平衡。因此，读取能力(时间)取决于在锁存器81中设定的信号为“h”还是“l”以及读取目的地的局部位线(lbl)为“h”还是“l”而不同。另外，取决于lbl的阻抗，存在当读取锁存器81的信号时锁存器81的信号本身改变的问题。为了解决该问题，控制被设计为使得从锁存器81看时，由xpc信号控制的晶体管90的阻抗和当读取锁存器信号时锁存器81的外部阻抗都为高。

在此，在晶体管中，nmos具有比pmos更高的跨导gm。因此，通过nmos将lbl的“h”降低到“l”比通过pmos将lbl的“l”提高到“h”更快。因此，在经由xpc信号读取之前，设定电源一次，并每次都将lbl预设为“h”。然后，当读取信号为“h”时，来自锁存器81的读取与预设值没有区别。因此，即使pmos的性能低且pmos具有较低的驱动力，也不会影响读取。另一方面，当来自锁存器81的读取信号为“l”时，nmos降低预充电至“h”的lbl的电平。然而，由于使用最小尺寸的晶体管不能确保足够的跨导gm，因此通常增加栅极宽度w，并且这增加了面积成本。

因此，通过将设置在锁存器81的输出处的开关82的电阻提高到比写入时更大的电阻，从锁存器81内部的反相器83和84看时的lbl的阻抗得以改善。特别地，在写入时控制设置在锁存器81的输出处的开关82以使得晶体管(nmos)201和晶体管(pmos)202都开启，并在读取时仅开启晶体管(nmos)201。因此，能够在不增加锁存器81内部的大量nmos晶体管的尺寸的情况下执行高速的且鲁棒性的信号读取。然后，在ren信号开启时，ad转换时钟设定为l，将读出到lbl的信号读出到触发器，并且在ren信号关断之后，通过输入ad转换时钟，信号以斗链(bucket-brigade)式被传输到输出处。另外，为了执行cds，在设置在固态摄像装置1内部的诸如静态随机存取存储器(sram)(未示出)等的存储器上执行一次临时写入。

在时序t6，ref信号的电压返回到高电平，开启提供给传输晶体管53的tg信号，并将pd52的电荷传输到fd单元54。

从时序t7到时序t10，执行类似于从时序t2到时序t5的处理，并执行信号电平的ad转换。然后，在时序t10，当输出信号电平时，从临时存储的sram中读出复位电平并从信号电平中减去该复位电平。因此，可以消除包括比较器21和信号输入/输出单元42的固定模式噪声以及像素2和比较器21的随机噪声的一系列电路噪声(相关双采样)。

在时序t11，例如，通过信号读出电路、通过诸如带有嵌入式时钟的可扩展低压信令(slvs-ec)等的高速串行接口，执行将信号传输到固态摄像装置1的外部的处理。应注意，可以在该处理之前执行诸如信号压缩等的用于变窄数据频带的处理。

通过如上所述的控制方法驱动像素2d-a，并能够减少噪声以及提高输出信号的速度。

应注意，信号存储单元31可以被构造为存储复位电平代码和光接收信号电平代码这两者，并且通过两个以上的中继器顺序地或同时地将上述代码输出到固态摄像装置1的外部。另外，作为包括比较器电路11的固态摄像装置1，可以采用其中堆叠有两个或三个半导体晶片的堆叠结构或是其中堆叠有三个以上的半导体晶片的堆叠结构。另外，为了使ad转换的分辨率是可变化的，通过在ref信号的斜率保持恒定的情况下执行控制，以使得在低照明度的情况下的由ad转换时钟进行的代码转变更精细，并使得在高照明度的情况下的代码转变更粗糙，从而能够减少电路的转变数量并提高电源效率。此外，尽管未示出，但在像素数量和电路数量增加且控制信号在固态摄像装置1内部不能充分稳定的情况下，可以例如通过执行缓冲适当地改善信号的驱动能力，并且可以在设计方面改变电路。

<电子器件的构造示例>

如上所述的固态摄像装置1可以应用到各种电子器件，该电子器件例如包括诸如数码静物相机和数码摄像机等的摄像系统、具有摄像功能的移动电话以及具有摄像功能的其它器件。

图17是示出安装在电子器件上的摄像器的构造示例的框图。

如图17所示，摄像器301包括光学系统302、摄像器件303、信号处理电路304、监视器305和存储器306，并能够拍摄静止图像和运动图像。

光学系统302包括一个或多个透镜，该透镜将来自物体的图像光(入射光)引导到摄像器件303，并在摄像器件303的光接收面(传感器单元)上形成图像。

上述固态摄像装置1用作摄像器件303。在摄像器件303中，根据经由光学系统302在光接收面上形成的图像，电子在一定时段内累积。然后，将对应于在摄像器件303中累积的电子的信号提供给信号处理电路304。

信号处理电路304对于从摄像器件303输出的像素信号执行各种信号处理。将经由信号处理电路304执行信号处理获得的图像(图像数据)提供给用于显示的监视器305，或是提供给存储器306以进行存储(记录)。

在如上所述构造的摄像器301中，例如，通过应用上述固态摄像装置1，能够拍摄具有较少噪声的高质量图像。

<图像传感器的使用示例>

图18是示出上述图像传感器(固态摄像装置)的使用示例的图。

例如，如上所述的图像传感器可用于如下所述的感测诸如可见光、红外光、紫外光和x射线等光的各种情况：

·用于拍摄供人欣赏的图像的装置，例如，数码相机或具有相机功能的便携式装置；

·用于交通用途的装置，例如为了安全驾驶(例如，自动停止或驾驶员状况识别等)而拍摄汽车的前后、周围、内部等图像的车载传感器、监视行驶中的车辆和道路的监视相机或测量车辆之间的距离的距离测量传感器等；

·提供给诸如电视、冰箱或空调等家用电器的装置，以用于拍摄用户手势的图像并根据手势执行装置操作；

·用于医疗和保健用途的装置，例如，内窥镜或通过接收红外光执行血管摄像的装置；

·用于安全用途的装置，例如，用于预防犯罪的监视相机或用于人员身份验证的相机；

·用于美容用途的装置，例如，用于拍摄皮肤图像的皮肤测量仪器或用于拍摄头皮图像的显微镜；

·用于运动用途的装置，例如，用于运动应用程序等的运动相机或可穿戴式相机；以及

·用于农业用途的装置，例如，用于监视田地和农作物状况的相机。

<移动体的应用示例>

本公开的技术(本技术)可以应用到各种产品。例如，根据本公开的技术可以实现为安装在包括汽车、电动车、混合动力电动车、摩托车、自行车、个人移动装置、飞机、无人机、船舶和机器人等的任何移动体上的装置。

图19是示出可应用本公开的技术的移动控制系统的示例的车辆控制系统的示意性构造示例的框图。

车辆控制系统12000包括经由通信网络12001连接的多个电子控制单元。在图19所示的示例中，车辆控制系统12000包括驾驶系统控制单元12010、车身系统控制单元12020、车外信息检测单元12030、车内信息检测单元12040和集成控制单元12050。另外，微型计算机12051、音频图像输出单元12052和车载网络接口(i/f)12053被作为集成控制单元12050的功能构造示出。

驾驶系统控制单元12010根据各种程序控制与车辆的驾驶系统相关的装置的操作。例如，驾驶系统控制单元12010用作如下装置的控制器：用于产生车辆驱动力的诸如内燃机或驱动马达等驱动力产生装置、用于将驱动力传递到车轮的驱动力传递机构、用于调节车辆的转向角的转向机构以及用于产生车辆的制动力的制动装置等。

车身系统控制单元12020根据各种程序控制装配在车身上的各种装置的操作。例如，车身系统控制单元12020用作无钥匙进入系统、智能钥匙系统、电动车窗装置或诸如前照灯、倒车灯、刹车灯、转向灯或雾灯等各种灯的控制器。在这种情况下，车身系统控制单元12020可以接收从代替钥匙的便携式装置发送的无线电波的输入或是接收各种开关的信号。车身系统控制单元12020接收这些无线电波或信号的输入，并控制车辆的门锁装置、电动车窗装置和车灯等。

车辆外部信息检测单元12030检测装配有车辆控制系统12000的车辆外部的信息。例如，摄像单元12031连接到车辆外部信息检测单元12030。车辆外部信息检测单元12030使摄像单元12031拍摄车辆外部的图像，并接收拍摄图像。车辆外部信息检测单元12030可以基于所接收的图像执行人、车辆、障碍物、标志、路面上的字符等的物体检测处理或距离检测处理。

摄像单元12031是光学传感器，其接收光并输出对应于所接收的光量的电信号。摄像单元12031可以输出电信号作为图像，或者可以输出电信号作为距离测量信息。另外，由摄像单元12031接收的光可以是可见光，或是诸如红外光的不可见光。

车内信息检测单元12040检测车辆内部的信息。例如，检测驾驶员状态的驾驶员状态检测单元12041连接到车内信息检测单元12040。驾驶员状态检测单元12041例如包括用于对驾驶员进行摄像的相机，并且车内信息检测单元12040可以基于从驾驶员状态检测单元12041输入的检测信息计算驾驶员的疲劳程度或驾驶员的集中程度，或者可以确定驾驶员是否在睡觉。

微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的有关车辆外部或内部的信息来计算驱动力产生装置、转向机构或制动装置的控制目标值，并可以将控制命令输出到驾驶系统控制单元12010。例如，微型计算机12051可以执行旨在实现高级驾驶员辅助系统(adas)功能的协同控制，adas功能包括车辆碰撞避免或车辆减震、基于车间距离的跟随行驶、车速保持行驶、车辆碰撞警告、车道偏离警告等。

另外，微型计算机12051可以基于由车外信息检测单元12030或车内信息检测单元12040获得的车辆周围的信息控制驱动力产生装置、转向机构、制动装置等，以执行旨在例如不依赖于驾驶员的操作的自主行驶的自动驾驶的协同控制。

另外，微型计算机12051可以基于由外部信息检测单元12030获得的车辆外部的信息向车身系统控制单元12020输出控制命令。例如，微型计算机12051可以根据由外部信息检测单元12030检测的前方车辆或迎面车辆的位置来控制前照灯，并执行旨在防止眩光的协同控制(例如，将远光灯切换为近光灯)。

音频图像输出单元12052将音频或图像中的至少一者的输出信号发送到能够在视觉或听觉上将信息通知给车辆的乘客或车辆外部的输出装置。在图19的示例中，作为输出装置的示例示出了音频扬声器12061、显示单元12062和仪表板12063。显示单元12062可以例如包括车载显示器或抬头显示器中的至少一者。

图20是示出摄像单元12031的安装位置的示例的图。

在图20中，车辆12100包括作为摄像单元12031的摄像单元12101、12102、12103、12104和12105。

例如，摄像单元12101、12102、12103、12104和12105设置在诸如车辆12100的前鼻、后视镜、后保险杠、后门以及在车辆内部挡风玻璃的上部等位置处。设置在前鼻处的摄像单元12101和设置在车辆内部挡风玻璃的上部处的摄像单元12105主要获得车辆12100前方的图像。设置在后视镜处的摄像单元12102和12103主要获得车辆12100的两侧的图像。设置在后保险杠或后门处的摄像单元12104主要获得车辆12100后方的图像。由摄像单元12101和12105获得的前方图像主要用于检测前方车辆或行人、障碍物、交通灯、交通标志或车道等。

应注意，图20示出摄像单元12101至12104的摄像范围的示例。摄像范围12111表示设置在前鼻处的摄像单元12101的摄像范围，摄像范围12112和12113分别表示设置在后视镜处的摄像单元12102和12103的摄像范围，并且摄像范围12114表示设置在后保险杠或后门处的摄像单元12104的摄像范围。例如，通过叠加由摄像单元12101至12104拍摄的图像数据，可以获得从上方观察的车辆12100的鸟瞰图像。

摄像单元12101至12104中的至少一者可以具有获得距离信息的功能。例如，摄像单元12101至12104中的至少一者可以是包括多个摄像器件的立体相机，或者可以是具有用于相位差检测的像素的摄像器件。

例如，微型计算机12051可以基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息测量在摄像范围12111至12114内到每个三维物体的距离以及该距离的时间变化(相对于车辆12100的相对速度)，以提取在与车辆12100基本上相同的方向上以预定速度(例如，等于或大于0km/h)行进的三维物体(尤其是在车辆12100的行驶路径上最靠近的三维物体)作为前方车辆。此外，微型计算机12051可以预先设定与前方车辆要确保的车间距离，并执行自动制动控制(包括跟随停止控制)、自动加速控制(包括跟随开始控制)等。如上所述，能够执行旨在例如不依赖于驾驶员的操作的自主行驶的自动驾驶的协同控制。

例如，基于从摄像单元12101至12104获得的距离信息，微型计算机12051可以通过将数据分类为两轮车辆、普通车辆、大型车辆、行人以及诸如电线杆等其它三维物体来提取有关三维物体的三维物体数据，并使用该数据自动避开障碍物。例如，微型计算机12051将车辆12100周围的障碍物识别为车辆12100的驾驶员可见的障碍物和几乎不可见的障碍物。然后，微型计算机12051可以确定指示与每个障碍物发生碰撞的危险水平的碰撞风险，并当碰撞风险为设定值以上时并存在发生碰撞的可能性时，微型计算机12051可以通过经由音频扬声器12061或显示单元12062向驾驶员输出警告，或者通过驾驶系统控制单元12010执行强制减速或避让转向来执行避免碰撞的驾驶辅助。

摄像单元12101至12104中的至少一者可以是检测红外光的红外相机。例如，微型计算机12051可以通过确定在由摄像单元12101至12104拍摄的图像中是否存在行人来识别行人。这种行人识别例如通过以下步骤执行：提取在由作为红外相机的摄像单元12101至12104拍摄的图像中的特征点，并对于指示物体轮廓的一系列特征点执行图案匹配处理以确定物体是否为行人。如果微型计算机12051确定在由摄像单元12101至12104拍摄的图像中存在行人并识别出行人，则音频图像输出单元12052控制显示单元12062，从而将用于强调的正方形轮廓线叠加在所识别的行人上。另外，音频图像输出单元12052可以控制显示单元12062，使得将指示行人的图标等显示在期望的位置。

在上文中，已说明了可应用本公开的技术的车辆控制系统的示例。在上述构造中，本公开的技术例如可以应用到摄像单元12031等。通过将本公开的技术应用到摄像单元12031等，能够获得具有较少噪声的高质量拍摄图像的图像。因此，例如，能够以高精度执行使用所拍摄图像的图像识别处理。

<构造示例组合>

应注意，本技术还能够以下面方式构造。

(1)一种传感器元件，其包括：

比较单元，将预定的检测信号与预定的参考信号进行比较；

频带限制单元，其通过使根据所述比较单元的比较结果而变化的信号的频带变窄来执行频带限制；以及

放大单元，其放大并输出经由所述频带限制单元限制频带的信号。

(2)

根据上面(1)所述的传感器元件，其中，

所述放大单元包括正反馈电路，所述正反馈电路将输出的一部分反馈并添加至输入。

(3)

根据上面(1)或(2)所述的传感器元件，还包括用于检测预定的物理量的物理量检测单元，其中，

指示所述物理量检测单元的检测量的检测信号被输入到所述比较单元的一个输入端子，并且

所述参考信号被输入至所述比较单元的另一个输入端子，所述参考信号是电平随时间单调递减的斜坡信号。

(4)

根据上面(1)至(3)中任一项所述的传感器元件，还包括

阵列单元，至少具有所述比较单元、所述频带限制单元和所述放大单元的比较器电路以二维阵列布置在所述阵列单元中。

(5)

根据上面(3)所述的传感器元件，其中，

所述物理量检测单元和至少具有所述比较单元、所述频带限制单元和所述放大单元的比较器电路一维地布置，并且以线性的方式检测所述物理量。

(6)

根据上面(3)所述的传感器元件，其中，

所述物理量检测单元和至少具有所述比较单元、所述频带限制单元和所述放大单元的比较器电路二维地布置，并且以平面的方式检测所述物理量。

(7)

根据上面(1)至(6)中任一项所述的传感器元件，还包括像素，所述像素设置有：

像素电路，其至少具有将光光电转换为电荷并累积所述电荷的光电转换单元和将在所述光电转换单元中产生的所述电荷转换为电压的电荷电压转换单元；以及

比较器电路，其至少具有所述比较单元、所述频带限制单元和所述放大单元，其中，

所述比较单元将从所述像素电路输出的像素信号与所述预定的参考信号进行比较。

(8)

根据上面(7)所述的传感器元件，还包括电荷传输单元，所述电荷传输单元在预定的时序将电荷从所述光电转换单元传输到所述电荷电压转换单元。

(9)

根据上面(8)所述的传感器元件，其中，

所述像素电路具有预定数量的所述光电转换单元和预定数量的所述电荷传输单元，并且

所述传感器元件具有共享结构，其中，所述电荷电压转换单元被预定数量的所述光电转换单元共享。

(10)

根据上面(8)所述的传感器元件，其中，

所述传感器元件具有共享结构，其中一个所述光电转换单元由多个所述像素共享。

(11)

根据上面(1)至(10)中任一项所述的传感器元件，其中，

所述频带限制单元根据电路的容量限制频带。

(12)

根据上面(1)至(11)中任一项所述的传感器元件，其中，

所述频带限制单元通过晶体管的输出电阻限制频带。

(13)

一种包括传感器元件的电子器件，所述传感器元件具有：

比较单元，将预定的检测信号与预定的参考信号进行比较；

频带限制单元，其通过使根据所述比较单元的比较结果而变化的信号的频带变窄来执行频带限制；以及

放大单元，其放大并输出经由所述频带限制单元限制频带的信号。

应注意，实施例不限于上述实施例，并且能够在不脱离本公开的范围的情况下进行各种修改。另外，本说明书中说明的效果仅是示例性的而不是限制性的。因此，能够获得其它效果。

附图标记列表

1固态摄像装置

2像素

3时间码传输部

4像素阵列单元

5像素驱动电路

6dac

7时间码生成单元

8垂直驱动电路

9输出单元

10时序生成电路

11比较器电路

12数据存储部

13adc

14像素电路

16物理量检测电路

17参考信号生成单元

21比较器

22频带限制单元

23放大单元

24响应加速单元

25物理量检测单元

26光电转换单元

27电荷电压转换单元

28传输单元

30输入/输出控制单元

31信号存储单元

41选择构件

42信号输入/输出单元

43数字码生成单元

44信号处理单元

45输出控制单元

46初始化构件

63电容器

111晶体管