[發(fā)明專利]積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換方法、固態(tài)成像器件和相機系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110145604.1
• 申請日: 2011-06-01
• 公開（公告）號: CN102271229A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高橋知宏;宇井博貴;犬塚純一;高取望
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號: H04N5/374
• 分類號: H04N5/374;H04N5/378;H04N5/225
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 郭定輝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能夠應(yīng)用于以CMOS傳感器為代表的固態(tài)成像器件的積分型A/D轉(zhuǎn)換器、積分型A/D轉(zhuǎn)換方法、固態(tài)成像器件和相機系統(tǒng)。

背景技術(shù)

提出了在圖像傳感器的各個列中并行地安置積分型模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(下文稱為A/D轉(zhuǎn)換器(模數(shù)轉(zhuǎn)換器))的配置(參見JP-A-2005-323331(專利文獻1))。

圖1是示出作為專利文獻1中所示的一個列取出的積分型A/D轉(zhuǎn)換器的塊配置的圖。

積分型A/D轉(zhuǎn)換器1包括比較器2、紋波計數(shù)器3和傳輸總線4。

在積分型A/D轉(zhuǎn)換器1中，具有斜坡波形的、電壓值隨著時間線性變化的基準電壓(基準信號)RAMP在比較器2中與輸入電壓VSL進行比較，并且將比較結(jié)果輸出為信號VCO。

紋波計數(shù)器3的操作在信號VCO變化時的時刻開始或停止，并且通過對計數(shù)時段進行計數(shù)將電壓變化轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。

發(fā)明內(nèi)容

在積分型A/D轉(zhuǎn)換器1中，需要以相同的電壓變化增大計數(shù)器的計數(shù)以用于增大分辨率。

圖2A和2B是用于說明為了增大圖1的積分型A/D轉(zhuǎn)換器中的分辨率而增大計數(shù)器中的計數(shù)的情況的圖。

例如，假設(shè)通過使用時鐘頻率f[Hz]在時段H[s]中進行A/D轉(zhuǎn)換的積分型A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率增大1位。

當轉(zhuǎn)換時段要保持在H[s]中的時候，需要將時鐘信號CLK的頻率增大至雙倍(其為2f[Hz])，以用于將計數(shù)器的計數(shù)增大至雙倍(如圖2A所示)。

另一方面，當時鐘頻率要保持在f[Hz]時，轉(zhuǎn)換時段將加倍(其為2H[s])，以用于將計數(shù)器的計數(shù)增大至雙倍(如圖2B所示)。

當時鐘頻率增大時，時鐘的電流消耗急劇地增大。

當轉(zhuǎn)換時段加倍時，幀速降低。

如上所述，積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有性能的折中在理論上很大的問題。因此，期望用于在保持時鐘頻率的同時增大分辨率的技術(shù)。

響應(yīng)于上述問題，JP-A-2005-229263(專利文獻2)中提出了在保持分辨率的同時實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)換的積分型A/D轉(zhuǎn)換器。

在專利文獻2所示的系統(tǒng)中，環(huán)形振蕩器通過指示A/D轉(zhuǎn)換時段開始的信號進行振蕩，以允許計數(shù)器可以通過將振蕩信號用作基準時鐘而操作。

環(huán)形振蕩器的中間級中的多個信號被取出作為脈沖信號的相位信息，并且通過將指示A/D轉(zhuǎn)換時段的結(jié)束的信號用作觸發(fā)來同時鎖存該相位信息，從而獲得比時鐘頻率更高的分辨率。

換言之，系統(tǒng)中環(huán)形振蕩器的中間級中的信號是通過相對于對計數(shù)進行計數(shù)的基準時鐘平移相位所獲得的時鐘，并且具有不同相位的多個時鐘通過使用比較結(jié)果的信號而同時被鎖存。

另外，JP-A-2008-92091(專利文獻3)中提出了這樣的系統(tǒng)：在該系統(tǒng)中，具有不同相位的時鐘信號由環(huán)形振蕩器生成并通過比較結(jié)果的信號鎖存而獲得相位信息并增大分辨率。

在該系統(tǒng)中，環(huán)形振蕩器和積分型A/D轉(zhuǎn)換器分離，因此，也給出了對于圖像傳感器的列AD系統(tǒng)的應(yīng)用示例。

關(guān)于將具有不同相位的時鐘分配給A/D轉(zhuǎn)換器并且通過使用比較結(jié)果的信號將多個時鐘一齊鎖存以獲得相位信息的這點上，A/D轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)與專利文獻2中提出的系統(tǒng)相同。

即，期望提供具有小的折中并且能夠在不增大時鐘頻率的情況下改善分辨率的積分型A/D轉(zhuǎn)換器、積分型A/D轉(zhuǎn)換方法、固態(tài)成像器件和相機系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，提供了一種積分型A/D轉(zhuǎn)換器，包含：比較器，其將輸入電壓與具有斜坡波形的、電壓值隨著時間線性變化的基準電壓進行比較；高階位計數(shù)器，其通過使用比較器的輸出信號的反轉(zhuǎn)作為觸發(fā)而開始工作或停止工作，并且通過以時鐘信號的周期進行計數(shù)以輸出高階位；以及時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其對與通過延遲比較器的輸出信號所獲得的多個信號相對應(yīng)的時鐘信號的相位信息進行鎖存，并對鎖存值進行譯碼以輸出相比于時鐘周期具有更高分辨率的低階位。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種積分型A/D轉(zhuǎn)換方法，包含以下步驟：由比較器將輸入電壓與具有斜坡波形的、電壓值隨著時間線性變化的基準電壓進行比較；通過使用比較器的輸出信號的反轉(zhuǎn)作為觸發(fā)而開始工作或停止工作，并且通過計數(shù)器以時鐘信號的周期進行計數(shù)以輸出高階位；以及對與通過延遲比較器的輸出信號所獲得的多個信號相對應(yīng)的時鐘信號的相位信息進行鎖存，并對鎖存值進行譯碼以輸出相比于時鐘周期具有更高分辨率的低階位。