[發(fā)明專利]模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換方法、固體攝像裝置和照相機(jī)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910127273.1
• 申請(qǐng)日: 2009-03-17
• 公開（公告）號(hào): CN101540607A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 奧村健市
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 索尼株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H03M1/34
• 分類號(hào): H03M1/34;H04N5/335;H04N3/15
• 代理公司: 北京信慧永光知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 陳桂香;武玉琴

相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考?

本申請(qǐng)包含與2008年3月18日向日本專利局提交的日本在先專利申請(qǐng)JP?2008-070012的公開內(nèi)容相關(guān)的主題，在此將該在先專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容并入本文作為參考。?

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及適用于例如由互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementarymetal-oxide?semiconductor，CMOS)圖像傳感器所代表的固體攝像裝置的模擬數(shù)字(analog-to-digital，AD)轉(zhuǎn)換器、AD轉(zhuǎn)換方法、包括該AD轉(zhuǎn)換器的固體攝像裝置和照相機(jī)系統(tǒng)。?

背景技術(shù)

近年來，人們已經(jīng)注意到將CMOS圖像傳感器作為固體攝像裝置(圖像傳感器)，以替代電荷耦合器件(charge-coupled?device，CCD)圖像傳感器。?

這是因?yàn)?，CMOS圖像傳感器克服了CCD圖像傳感器的如下問題：制造CCD像素必須采用專門的制造過程，CCD圖像傳感器的工作必須使用多個(gè)電源電壓，并且由于必須以組合的方式操作多個(gè)周邊集成電路(integrated?circuit，IC)，因此包括該CCD圖像傳感器的系統(tǒng)變得非常復(fù)雜。?

CMOS圖像傳感器能夠采用與普通CMOS?IC制造過程一樣的過程而被制造出來。此外，CMOS圖像傳感器能夠被單電源驅(qū)動(dòng)。另外，使用CMOS過程的模擬電路和邏輯電路能夠混用在單芯片中，從而使周邊IC的數(shù)量減少。也就是說，CMOS傳感器具有很大的優(yōu)勢(shì)。?

CCD圖像傳感器的輸出電路通常是使用具有浮動(dòng)擴(kuò)散層(floatingdiffusion，F(xiàn)D)的FD放大器的1溝道(ch)輸出。?

反之，CMOS圖像傳感器在各個(gè)像素中具有FD放大器，并且通常?采用列并行輸出方案，該列并行輸出方案從像素陣列中選擇一行并同時(shí)輸出沿列方向從所選行的像素中讀出的信號(hào)。?

由于使用布置在各像素中的FD放大器難以獲得足夠的驅(qū)動(dòng)功率，因此必須降低數(shù)據(jù)率。在這點(diǎn)上，并行處理被認(rèn)為是有利的。?

下面，說明普通的CMOS圖像傳感器。?

圖1示出了CMOS圖像傳感器中的像素的示例，該像素包括四個(gè)晶體管。?

像素10例如包括用作光電變換器的光電二極管11。像素10具有用于光電二極管11的四個(gè)晶體管，即用作有源元件的傳輸晶體管12、放大晶體管13、選擇晶體管14和復(fù)位晶體管15。?

光電二極管11將入射光轉(zhuǎn)換為電荷(在此示例中為電子)，該電荷的數(shù)值與入射光的量對(duì)應(yīng)。?

傳輸晶體管12連接在光電二極管11與FD之間。通過傳輸控制線LTx將驅(qū)動(dòng)信號(hào)提供到傳輸晶體管12的柵極(傳輸柵極)，由此，把使用光電二極管11進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而獲得的電子傳輸?shù)紽D。?

放大晶體管13的柵極與FD連接。放大晶體管13通過選擇晶體管14與信號(hào)線LSGN連接，并且與設(shè)置在像素10外部的恒定電流源16一起構(gòu)成源極跟隨器。?

通過選擇控制線LSEL將地址信號(hào)提供到選擇晶體管14的柵極。當(dāng)選擇晶體管14導(dǎo)通(ON)時(shí)，放大晶體管13將FD的電位放大，并對(duì)應(yīng)于此電位將電壓輸出到輸出(垂直)信號(hào)線LSGN。從像素10輸出的信號(hào)電壓通過信號(hào)線LSGN而被輸出到像素信號(hào)讀出電路。?

復(fù)位晶體管15連接在電源線LVDD與FD之間。通過復(fù)位控制線LRST將復(fù)位信號(hào)提供到復(fù)位晶體管15的柵極，由此，復(fù)位晶體管15使FD的電位復(fù)位至電源線LVDD的電位。?

更具體地說，當(dāng)使像素10復(fù)位時(shí)，傳輸晶體管12導(dǎo)通，從而使累積在光電二極管11中的電荷放電。接著，傳輸晶體管12斷開(OFF)，且光電二極管11將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷并累積該電荷。?

在讀出時(shí)，復(fù)位晶體管15導(dǎo)通，從而使FD復(fù)位。然后，復(fù)位晶體管15斷開，且那時(shí)的FD的電壓通過放大晶體管13和選擇晶體管14而被輸出。該輸出作為P相輸出。?

接著，傳輸晶體管12導(dǎo)通，從而將累積在光電二極管11中的電荷傳輸?shù)紽D。那時(shí)的FD的電壓通過放大晶體管13而被輸出。該輸出作為D相輸出。?

D相輸出與P相輸出之間的差分(difference)作為圖像信號(hào)。因此，從圖像信號(hào)中不但能除去各像素的輸出的直流(direct?current，DC)成分的差異，而且能除去FD復(fù)位噪聲。?

由于例如傳輸晶體管12的柵極、選擇晶體管14的柵極和復(fù)位晶體管15的柵極以行為單位相互連接，因此對(duì)包括在一行中的全部像素同時(shí)進(jìn)行上述操作。?