比较器、模拟数字转换器、固态成像器件、相机系统和电子装置制造方法及图纸

一种比较器包括第一放大器和电位保持部分。第一放大器包括差分对晶体管，并且从第一输出节点输出对应于比较结果的电位的信号。差分对晶体管用作比较部分，其在所述差分对晶体管的一个的栅极接收基准电压，所述基准电压的信号电位随着斜率改变，在所述差分对晶体管的另一个的栅极接收输入信号，并且比较所述基准电压和所述输入信号的电势。电位保持部分保持所述第一输出节点的电位，使得具有其输出部分连接到所述第一放大器的所述差分对晶体管中的所述第一输出节点的另一个晶体管不落入不满足饱和操作条件的电位。

【技术实现步骤摘要】
比较器、模拟数字转换器、固态成像器件、相机系统和电子装置
本公开涉及比较器、单斜率模拟数字（下文中称为AD）转换器、由CMOS图像传感器代表的固态成像器件、相机系统和电子装置。
技术介绍
近年来，由于以下原因，已经关注CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器作为替代CCD（电荷耦合器件）的固态成像器件（图像传感器）。对于CCD，需要采用专用工艺以制造CCD像素，使用多个电源电压以操作CCD像素，并且结合多个外围IC（集成电路）操作CCD像素。另一方面，CMOS图像传感器解决了各种问题，诸如CCD的高复杂系统。为此，CMOS图像传感器已经受到关注。在制造CMOS图像传感器时，可能使用与普通CMOS集成电路的制造工艺相同的制造工艺。此外，可能用单个电源驱动CMOS图像传感器。而且，可能在同一芯片上使用CMOS工艺将模拟电路和逻辑电路混合在一起。因此，CMOS图像传感器带来许多极大的优点，诸如外围IC数目的减少。在CCD的输出电路中，使用具有FD层的FD（浮置扩散）放大器的单信道（ch）输出处于主流。另一方面，CMOS图像传感器具有用于每个像素的FD放大器。作为CMOS图像传感器的输出，列并行输出处于主流，其中CMOS图像传感器选择像素阵列的各行之一，并且同时读取列方向的各行之一。这是因为由于难以用像素中安排的FD放大器获得足够的驱动性能并且因此需要减少数据速率的事实，所以并行处理是有利的。作为列并行输出CMOS图像传感器的单个输出电路，已经提出各种类型。作为读取CMOS图像传感器中像素信号的方法，已知一种方法，其中用作由诸如光电二极管的光电转换器件生成的光信号的信号电荷，经由在光电转换器件附近安排的MOS（金属氧化物半导体）开关，通过电容临时采样，然后读取。在采样电路中，在采样电容值中通常导致具有反向相关的噪声。在将信号电荷转移到采样电容器时，像素使用电势斜率来完全转移信号电荷。因此，在采样过程中不导致噪声，而是当之前电容的电压电位重置到特定参考值时导致噪声。作为消除噪声的一般方法，已知CDS（相关双采样）。在该方法中，处于紧接在其采样之前状态的信号电荷（重置电位）读取和存储一次，然后读取并且从重置电位减去采样之后的信号电位，以便消除噪声。CDS的具体方法包括各种技术。此外，作为列并行输出CMOS图像传感器的像素信号读取（输出）电路，已经提出各种类型。在它们中，最先进的类型是这样的电路，其包括用于每列的AD转换器（下文中称为ADC），并且提取作为数字信号的像素信号。例如，在“AnIntegrated800×600CMOSImagesystem”（ISSCCDigestofTechnicalPapers，第304-305页，1999年2月，W.Yang等人）、日本专利申请公开No.2005-278135、日本专利申请公开No.2005-295346以及日本专利申请公开No.63-209374中公开了具有这种列并行ADC的CMOS图像传感器。
技术实现思路
如上所述，单斜率AD转换器使得比较器比较来自DAC（或斜坡发生器）的斜波与AD转换器的输入信号，并且控制随后的计数器，从而执行AD转换。在多个单斜率AD转换器构造为由CMOS图像传感器的列并行单斜率AD转换器表现的情况下，上面的斜波由多个AD转换器共有。因此，如果响应于AD转换器之一的操作，斜波受比较器的影响而波动，则其他AD转换器遭受该影响，并且导致其他AD转换器在它们的AD转换结构中具有误差。在CMOS图像传感器中，例如，如果亮区域（或暗区域）存在，那么明亮（或黑暗）在列方向扩散，其导致图像质量的劣化。注意到，在以下描述中，这样的现象称为条纹现象。作为改进条纹现象的一般方法，已知添加如由源极跟随器代表的缓冲器电路到每个比较器的输入。根据该方法，添加缓冲器电路到每个比较器旨在通过缓冲器电路的隔离性能，减少从比较器发送到斜坡的误差的成因。然而，该方法导致由于缓冲器电路的插入的消耗电流、噪声和芯片面积的增加。作为另一一般方法，已知减少斜坡发生器的输出阻抗的方法。作为斜坡发生器，电路通常由电流源和电阻构成。然而，电阻值等于输出阻抗。因此，输出阻抗的减少等于电阻值的减少。结果，为了生成相同的斜坡波形，需要增加电流源的电流值。因此，这导致消耗电流、噪声和芯片面积的增加。使用由运算放大器构成的集成电路的斜坡发生器也具有上面的缺点。已经鉴于上面的情况做出本公开，并且因此希望提供一种比较器、AD转换器、固态成像器件、相机系统和电子装置，其能够减少输入波形中导致的误差，实现系统精度的改进而不出现消耗电流、噪声和面积的增加，并且减少AD转换器中的误差和图像质量的劣化。根据本公开的第一实施例，提供一种比较器，包括第一放大器和电位保持部分。第一放大器包括差分对晶体管，并且配置为从第一输出节点输出对应于比较结果的电位的信号。差分对晶体管用作比较部分，其配置为在所述差分对晶体管的一个的栅极接收基准电压，所述基准电压的信号电位随着斜率改变，在所述差分对晶体管的另一个的栅极接收输入信号，并且比较所述基准电压和所述输入信号的电势。电位保持部分，配置为保持所述第一放大器的所述第一输出节点的电位，使得具有其输出部分连接到所述第一放大器的所述差分对晶体管中的所述第一输出节点的另一个晶体管不落入不满足饱和操作条件的电位。根据本公开的第二实施例，提供一种模拟到数字转换器，包括比较器和计数器。比较器配置为比较基准电压与输入信号用于确定，所述基准电压的信号电位随着斜率改变，并且输出确定的信号。计数器配置为计数所述比较器的比较时间以获得数字信号。所述比较器包括第一放大器和电位保持部分。第一放大器具有差分对晶体管，并且配置为从第一输出节点输出对应于比较结果的电位的信号。差分对晶体管用作比较部分，其配置为在所述差分对晶体管的一个的栅极接收基准电压，所述基准电压的信号电位随着斜率改变，在所述差分对晶体管的另一个的栅极接收输入信号，并且比较所述基准电压和所述输入信号的电势。电位保持部分配置为保持所述第一放大器的所述第一输出节点的电位，使得具有其输出部分连接到所述第一放大器的所述差分对晶体管中的所述第一输出节点的另一个晶体管不落入不满足饱和操作条件的电位。根据本公开的第三实施例，提供一种固态成像器件，包括像素阵列部分和像素信号读取部分。像素阵列部分具有以矩阵形式排列的多个像素。所述像素配置为执行光电转换。像素信号读取部分配置为从所述像素阵列部分以多个像素为单位读取像素信号。所述像素信号读取部分包括模拟到数字转换器，配置为将模拟读取信号转换为数字信号。所述模拟到数字转换器包括比较器和计数器。比较器配置为比较基准电压与输入信号用于确定，所述基准电压的信号电位随着斜率改变，并且输出确定的信号。计数器配置为计数所述比较器的比较时间以获得数字信号。所述比较器包括第一放大器和电位保持部分。第一放大器具有差分对晶体管，并且配置为从第一输出节点输出对应于比较结果的电位的信号。差分对晶体管用作比较部分，其配置为在所述差分对晶体管的一个的栅极接收基准电压，所述基准电压的信号电位随着斜率改变，在所述差分对晶体管的另一个的栅极接收输入信号，并且比较所述基准电压和所述输入信号的电势。电位保持部分配置为保持所述第一放大器的所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种比较器，包括：第一放大器，包括差分对晶体管，并且配置为从第一输出节点输出对应于比较结果的电位的信号，用作比较部分的所述差分对晶体管配置为在所述差分对晶体管的一个的栅极接收基准电压，所述基准电压的信号电位随着斜率改变，在所述差分对晶体管的另一个的栅极接收输入信号，并且比较所述基准电压和所述输入信号的电势；以及电位保持部分，配置为保持所述第一放大器的所述第一输出节点的电位，使得具有其输出部分连接到所述第一放大器的所述差分对晶体管中的所述第一输出节点的另一个晶体管不落入不满足饱和操作条件的电位。

【技术特征摘要】
2012.02.16 JP 2012-0320321.一种比较器，包括：第一放大器，包括差分对晶体管，并且配置为从第一输出节点输出对应于比较结果的电位的信号，用作比较部分的所述差分对晶体管配置为在所述差分对晶体管的一个的栅极接收基准电压，所述基准电压的信号电位随着斜率改变，在所述差分对晶体管的另一个的栅极接收输入信号，并且比较所述基准电压和所述输入信号的电势；以及电位保持部分，配置为保持所述第一放大器的所述第一输出节点的电位，使得具有其输出部分连接到所述第一放大器的所述差分对晶体管中的所述第一输出节点的另一个晶体管不落入不满足饱和操作条件的电位。2.如权利要求1所述的比较器，还包括：第二放大器，配置为增益从所述第一放大器的所述第一输出节点输出的信号，并且反转并且输出来自第二输出节点的信号，其中所述电位保持部分包括箝位电路，配置为执行箝位处理，以便在所述第二放大器的所述第二输出节点变得高于或低于所述第一放大器的所述第一输出节点恒定电压时，不改变所述第一输出节点和所述第二输出节点的电势。3.如权利要求2所述的比较器，其中所述箝位电路以这样的方式执行箝位处理以便不改变所述第一输出节点和所述第二输出节点的电势，使得在检测到所述第二放大器的所述第二输出节点已经变得高于或低于所述第一放大器的所述第一输出节点恒定电压之后，所述箝位电路接通电流源，以便从电源或基准电势源馈送电流到所述第一输出节点，或者从所述第一输出节点馈出电流。4.如权利要求2所述的比较器，其中所述箝位电路包括连接在所述第一输出节点和电源或基准电势源之间的晶体管，根据所述晶体管的控制端子的电压，控制所述晶体管的导通状态，以及所述晶体管的控制端子连接到所述第二输出节点。5.如权利要求2所述的比较器，其中所述第二放大器包括连接在所述第二输出节点和电源或基准电势源之间的用于放大的晶体管，连接在所述第二输出节点和基准电势源或电源之间的用于电流源的晶体管，以及第二电位保持部分，配置为保持所述第二放大器的所述第二输出节点的电位，使得所述第二放大器的用于电流源的晶体管不落入不满足饱和操作条件的电位。6.如权利要求5所述的比较器，其中所述第二电位保持部分包括箝位电路，配置为执行箝位处理，以便当连接到所述第二放大器的所述第二输出节点的逻辑门的第三输出节点已经变得高于或低于所述第二放大器的所述第二输出节点恒定电压时，不改变所述第三输出节点的电势和所述第二输出节点的电势。7.如权利要求1所述的比较器，其中所述第一放大器包括在所述差分对晶体管的负载侧的一对晶体管，以及用于初始化的开关，连接在所述差分对晶体管的栅极和漏极之间，并且配置为确定开始行操作处的操作点，所述负载侧的一对晶体管之一连接到所述第一输出节点，并且所述差分对晶体管之一的输出部分连接到所述第一输出节点。8.一种模拟到数字转换器，包括：比较器，配置为比较基准电压与输入信号用于确定，所述基准电压的信号电位随着斜率改变，并且输出确定的信号；以及计数器，配置为计数所述比较器的比较时间以获得数字信号，所述比较器包括第一放大器，具有差分对晶体管，并且配置为从第一输出节点输出对应于比较结果的电位的信号，用作比较部分的所述差分对晶体管配置为在所述差分对晶体管的一个的栅极接收基准电压，所述基准电压的信号电位随着斜率改变，在所述差分对晶体管的另一个的栅极接收输入信号，并且比较所述基准电压和所述输入信号的电势；以及电位保持部分，配置为保持所述第一放大器的所述第一输出节点的电位，使得具有其输出部分连接到所述第一放大器的所述差分对晶体管中的所述第一输出节点的另一个晶体管不落入不满足饱和操作条件的电位。9.如权利要求8所述的模拟到数字转换器，还包括：第二放大器，配置为增益从所述第一放大器的所述第一输出节点输出的信号，并且反转并且输出来自第二输出节点的信号，其中所述电位保持部分包括箝位电路，配置为执行箝位处理，以便在所述第二放大器的所述第二输出节点变得高于或低于所述第一放大器的所述第一输出节点恒定电压时，不改变所述第一输出节点和所述第二输出节点的电势。10.如权利要求9所述的模拟到数字转换器，其中所述箝位电路以这样的方式执行箝位处理以便不改变所述第一输出节点和所述第二输出节点的电势，使得在检测到所述第二放大器的所述第二输出节点已经变得高于或低于所述第一放大器的所述第一输出节点恒定电压之后，所述箝位电路接通电流源，以便从电源或基准电势源馈送电...

【专利技术属性】
技术研发人员：植野洋介，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：