[发明专利]图像传感器、其驱动方法、模块、电子设备、模数转换方法和模数转换器

说明书

本申请是申请号为200510131586.6、申请日为2005年11月8日、发明名称为“模数转换方法、模数转换器、半导体设备及电子装置”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本发明包含2004年11月8日在日本专利局申请的日本专利申请JP2004-323432所涉及的主题，该申请的全部内容在此结合引用。

技术领域

本发明涉及模数(A/D)转换方法及A/D转换器、具有多个用于检测物理量分布的单位元件的半导体设备以及电子装置。更具体地说，本发明涉及将模拟输出电信号转换成数字数据的技术，该技术适用于例如用于检测物理量分布的半导体设备的电子设备中，诸如包含多个对诸如光线或射线之类的、从外部输入的电磁辐射敏感的单位元件的阵列的固态成像设备，其中通过地址控制有选择地将通过所述单位元件转换成电信号的物理量读取为电信号，

背景技术

用于检测物理量分布的半导体设备在各种领域中被广泛地使用。在这种半导体设备中，多个对诸如光线或射线之类的、从外部输入的电磁辐射敏感的单位元件(例如像素)按照线性或矩阵阵列排列。

例如，在视频装置、电荷耦合装置(CCD)、金属氧化物半导体(MOS)或互补金属氧化物半导体(CMOS)领域中，使用用于检测物理量，如光线(电磁辐射的例子)的固态成像设备。将通过单位元件(或固态成像设备中的像素)转换成电信号的物理量的分布读取为电信号。

一种类型的固态成像设备是包含具有有源像素传感器(APS)(也称为增益单元)结构的像素的放大器型固态成像设备。在APS结构中，像素信号发生器包括用于放大的驱动晶体管，该像素信号发生器产生相应于电荷发生器所产生的信号电荷的像素信号。许多CMOS固态成像设备都属于上述类型。

在这种放大器型固态成像设备中，为了将像素信号读出到外部，对具有单位像素阵列的像素单元进行地址控制，以有选择地从单个单位像素中读取信号。因此，放大器型固态成像设备是地址受控型固态成像设备的一种例子。

例如，在作为一种包括单位像素矩阵的XY寻址固态成像设备的放大器型固态成像设备中，使用MOS结构(MOS晶体管)等的有源元件来配置每个像素，以使像素本身可以具有放大性能。通过有源元件，放大聚集在用作光电转换元件的光电二极管中的信号电荷(光电子)，并将经放大的信号读取为图像信息。

例如，在这种类型的XY寻址固态成像设备中，大量像素晶体管按二维矩阵排列以形成像素单元。逐行(逐排)或逐个像素地开始聚集相应于入射光的信号电荷。通过寻址，从像素中顺序读出基于所聚集的信号电荷的电流或电压信号。在MOS(包括CMOS)型中，常使用一种典型的地址控制方法来同时访问一行中的像素，从而逐行地从像素单元中读取像素信号。

根据需要，通过模数(A/D)转换器将从像素单元读取的模拟像素信号转换成数字数据。由于像素信号以将信号分量添加到复位分量的形式输出，因此有必要获取相应于复位分量的信号电压和相应于信号分量的信号电压之间的差值，以提取真正的有效信号分量。

这也适用于将模拟像素信号转换成数字数据的情况。在这种情况下，表示相应于复位分量的信号电压和相应于信号分量的信号电压之差的差值信号分量最终被转换成数字数据。因此，在日本未审查的专利申请公开物No.11-331883以及以下文件中已经提出了多种用于A/D转换的配置，所述文件为：

W.Yang等的“An Integrated 800×600CMOS Image System”，ISSCC DigestofTechnical Papers，304-305页，1999年2月。(此后称为第一非专利文件)Kazuya Yonemoto的“CCD/CMOS Image Sensor no Kiso to Oyo(fundamentals and applications of CCD/CMOS image sensors)”，CQ出版有限公司，第一版，201-203页，2003年8月10日(此后称为第二非专利文件)。