[发明专利]模拟数字转换器及转换方法、固体摄像装置和照相机系统

说明书

相关申请的交叉参考 

本申请包含与2008年3月18日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2008-070012的公开内容相关的主题，在此将该在先专利申请的全部内容并入本文作为参考。 

技术领域

本发明涉及适用于例如由互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxide semiconductor，CMOS)图像传感器所代表的固体摄像装置的模拟数字(analog-to-digital，AD)转换器、AD转换方法、包括该AD转换器的固体摄像装置和照相机系统。 

背景技术

近年来，人们已经注意到将CMOS图像传感器作为固体摄像装置(图像传感器)，以替代电荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)图像传感器。 

这是因为，CMOS图像传感器克服了CCD图像传感器的如下问题：制造CCD像素必须采用专门的制造过程，CCD图像传感器的工作必须使用多个电源电压，并且由于必须以组合的方式操作多个周边集成电路(integrated circuit，IC)，因此包括该CCD图像传感器的系统变得非常复杂。 

CMOS图像传感器能够采用与普通CMOS IC制造过程一样的过程而被制造出来。此外，CMOS图像传感器能够被单电源驱动。另外，使用CMOS过程的模拟电路和逻辑电路能够混用在单芯片中，从而使周边IC的数量减少。也就是说，CMOS传感器具有很大的优势。 

CCD图像传感器的输出电路通常是使用具有浮动扩散层(floatingdiffusion，FD)的FD放大器的1沟道(ch)输出。 

反之，CMOS图像传感器在各个像素中具有FD放大器，并且通常 采用列并行输出方案，该列并行输出方案从像素阵列中选择一行并同时输出沿列方向从所选行的像素中读出的信号。 

由于使用布置在各像素中的FD放大器难以获得足够的驱动功率，因此必须降低数据率。在这点上，并行处理被认为是有利的。 

下面，说明普通的CMOS图像传感器。 

图1示出了CMOS图像传感器中的像素的示例，该像素包括四个晶体管。 

像素10例如包括用作光电变换器的光电二极管11。像素10具有用于光电二极管11的四个晶体管，即用作有源元件的传输晶体管12、放大晶体管13、选择晶体管14和复位晶体管15。 

光电二极管11将入射光转换为电荷(在此示例中为电子)，该电荷的数值与入射光的量对应。 

传输晶体管12连接在光电二极管11与FD之间。通过传输控制线LTx将驱动信号提供到传输晶体管12的栅极(传输栅极)，由此，把使用光电二极管11进行光电转换而获得的电子传输到FD。 

放大晶体管13的栅极与FD连接。放大晶体管13通过选择晶体管14与信号线LSGN连接，并且与设置在像素10外部的恒定电流源16一起构成源极跟随器。 

通过选择控制线LSEL将地址信号提供到选择晶体管14的栅极。当选择晶体管14导通(ON)时，放大晶体管13将FD的电位放大，并对应于此电位将电压输出到输出(垂直)信号线LSGN。从像素10输出的信号电压通过信号线LSGN而被输出到像素信号读出电路。 

复位晶体管15连接在电源线LVDD与FD之间。通过复位控制线LRST将复位信号提供到复位晶体管15的栅极，由此，复位晶体管15使FD的电位复位至电源线LVDD的电位。 

更具体地说，当使像素10复位时，传输晶体管12导通，从而使累积在光电二极管11中的电荷放电。接着，传输晶体管12断开(OFF)，且光电二极管11将光信号转换为电荷并累积该电荷。 

在读出时，复位晶体管15导通，从而使FD复位。然后，复位晶体管15断开，且那时的FD的电压通过放大晶体管13和选择晶体管14而被输出。该输出作为P相输出。 

接着，传输晶体管12导通，从而将累积在光电二极管11中的电荷传输到FD。那时的FD的电压通过放大晶体管13而被输出。该输出作为D相输出。 

D相输出与P相输出之间的差分(difference)作为图像信号。因此，从图像信号中不但能除去各像素的输出的直流(direct current，DC)成分的差异，而且能除去FD复位噪声。 

由于例如传输晶体管12的栅极、选择晶体管14的栅极和复位晶体管15的栅极以行为单位相互连接，因此对包括在一行中的全部像素同时进行上述操作。