(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準電流を発生する基準電流発生回路と、
前記基準電流に応じた電流を供給する複数の電流源と、
供給される電流に応じた電圧を出力する電圧出力回路と、
前記電流源毎に設けられ、前記電流源の接続先を前記電圧出力回路とするか所定負荷とするかを切り替える複数の切替回路と、
入力されるデジタル信号に基づいて、前記複数の切替回路を制御して、前記複数の電流源のうち前記電圧出力回路へ接続する電流源を選択し、前記デジタル信号に応じた電圧を前記電圧出力回路から出力させる制御部と、を備え、
前記複数の電流源は、前記基準電流に応じた電流値の第１電流源と、前記第１電流源の電流値に比例する電流値の複数の第２電流源とを含み、
前記第１電流源は、前記第２電流源の電流値を第１電流値と第２電流値とで切り替える切替回路を有し、
前記制御部からの制御信号に基づき、前記基準電流発生回路の動作を停止させることなく、前記複数の電流源のうち少なくとも１つの電流源の動作を停止させるスイッチを設けてあり、
前記第１電流源は、前記第１電流源の動作停止に伴う前記基準電流への影響を抑制するために設けられる第１電流伝達回路を介して前記基準電流発生回路に接続されており、
前記第２電流源は、前記第２電流源の動作停止に伴う前記第１電流源への影響を抑制するために設けられる第２電流伝達回路を介して前記第１電流源に接続されており、
前記スイッチは、前記第１電流源の動作を停止するスイッチと、各前記第２電流源に対応して複数設けられ、前記制御部からの制御信号に基づき各前記第２電流源の動作を個別に停止するスイッチであるＤＡ変換器。
【請求項２】
前記電圧出力回路に正電流又は負電流を供給して、オフセットレベルを補正するオフセット調整用電流源と、
前記制御部からの制御信号に基づき、前記オフセット調整用電流源の動作を停止させるスイッチを設けた請求項１に記載のＤＡ変換器。
【請求項３】
入射光量を電気信号に変換するマトリクス状に配置された複数の画素と、
前記複数の画素を行毎に選択制御する行走査回路と、
入力されるデジタル信号に応じた参照電圧を生成するＤＡ変換器と、
前記画素から得られるアナログ信号と前記ＤＡ変換器で生成された参照電圧とを比較し、デジタル信号に変換する複数のＡＤ変換器と、を備え、
前記ＤＡ変換器は、
基準電流を発生する基準電流発生回路と、
前記基準電流に応じた電流を供給する複数の電流源と、
供給される電流に応じた電圧を出力する電圧出力回路と、
前記電流源毎に設けられ、前記電流源の接続先を前記電圧出力回路とするか所定負荷とするかを切り替える複数の切替回路と、
入力されるデジタル信号に基づいて、前記複数の切替回路を制御して、前記複数の電流源のうち前記電圧出力回路へ接続する電流源を選択し、前記デジタル信号に応じた電圧を前記電圧出力回路から出力させる制御部と、を備え、
前記複数の電流源は、前記基準電流に応じた電流値の第１電流源と、前記第１電流源の電流値に比例する電流値の複数の第２電流源とを含み、
前記第１電流源は、前記第２電流源の電流値を第１電流値と第２電流値とで切り替える切替回路を有し、
前記制御部からの制御信号に基づき、前記基準電流発生回路の動作を停止させることなく、前記複数の電流源のうち少なくとも１つの電流源の動作を停止させるスイッチを設けてあり、
前記第１電流源は、前記第１電流源の動作停止に伴う前記基準電流への影響を抑制するために設けられる第１電流伝達回路を介して前記基準電流発生回路に接続されており、
前記第２電流源は、前記第２電流源の動作停止に伴う前記第１電流源への影響を抑制するために設けられる第２電流伝達回路を介して前記第１電流源に接続されており、
前記スイッチは、前記第１電流源の動作を停止するスイッチと、各前記第２電流源に対応して複数設けられ、前記制御部からの制御信号に基づき各前記第２電流源の動作を個別に停止するスイッチである固体撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記行走査回路による各行毎の動作において前記画素が選択されない水平ブランキング期間に、前記スイッチを制御して電流源の動作を停止する請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記行走査回路による各フレーム毎の動作において前記デジタル信号の出力が行われない垂直ブランキング期間に、前記スイッチを制御して電流源の動作を停止する請求項３又は４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記電圧出力回路に正電流又は負電流を供給して、オフセットレベルを補正するオフセット調整用電流源と、
前記制御部からの制御信号に基づき、前記オフセット調整用電流源の動作を停止させるスイッチを設けた請求項３〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＡ変換器及び固体撮像装置に関する。詳細には、電流制御型ＤＡ変換器及びそれを備えた固体撮像装置に関する。
【０００２】
従来より、電流制御型ＤＡ（デジタル−アナログ）変換器が知られている。この電流制御型ＤＡ変換器は、電流加算型ＤＡ変換器とも呼ばれる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１に電流制御型ＤＡ変換器の簡易回路図を示す。図１１（ａ）は電源基準型のＤＡ変換器５００であり、図１１（ｂ）はグランド基準型のＤＡ変換器６００である。これらのＤＡ変換器５００，６００は、いずれも、内部に可変電流源５１０，６１０を有している。そして、制御信号ＣＮＴに基づいて内部の可変電流源５１０，６１０を制御し、出力部に配置した抵抗Ｒに流れる電流を変更する。これにより、抵抗Ｒに印加される電圧を変化させて、出力端子ＤＡＣＯＵＴに所望の電圧レベルを発生させるようにしている。
【０００４】
可変電流源５１０は、図１２（ａ）に示すように、複数の電流源部５２０−１〜５２０−ｎを有している。可変電流源５１０では、外部から入力される制御信号ＣＮＴ−１〜ＣＮＴ−ｎにより電流源部５２０−１〜５２０−ｎを制御することで、抵抗Ｒに流れる電流を制御している。また、可変電流源６１０は、図１２（ｂ）に示すように、複数の電流源部６２０−１〜６２０−ｎを有している。可変電流源６１０では、外部から入力される制御信号ＣＮＴ−１〜ＣＮＴ−ｎにより電流源部６２０−１〜６２０−ｎを制御することで、抵抗Ｒに流れる電流を制御している。
【０００５】
以下、図１２（ａ）の構成を例にとり、その具体的な構成及び動作について説明する。なお、以下においては、電流源部５２０−１〜５２０−ｎのうち任意の電流源を電流源部５２０と呼ぶ。また、制御信号ＣＮＴ−１〜ＣＮＴ−ｎのうち任意の電流源を制御信号ＣＮＴという。
【０００６】
電流源部５２０は、定電流源５２１と、一対のＰＭＯＳトランジスタ５２２，５２３とインバータ回路５２４とから構成される。ＰＭＯＳトランジスタ５２２，５２３はソースが定電流源５２１に接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタ５２２はドレインが電源Ｖｄｄに接続され、ＰＭＯＳトランジスタ５２３はドレインが出力端子ＤＡＣＯＵＴに接続される。そして、制御信号ＣＮＴに対して背反制御を行うために、ＰＭＯＳトランジスタ５２２，５２３のゲート間にインバータ回路５２４を設けている。
【０００７】
このように電流源部５２０が構成されているため、制御信号ＣＮＴの状態によりオン状態とするＰＭＯＳトランジスタが切り替わる。すなわち、制御信号ＣＮＴがＬレベルのときには、ＰＭＯＳトランジスタ５２２がオン状態となり、ＰＭＯＳトランジスタ５２３がオフ状態となる。このとき、定電流源５２１と出力端子ＤＡＣＯＵＴとの間は接続されず、出力端子ＤＡＣＯＵＴの電圧に影響を及ぼさない。一方、制御信号ＣＮＴがＨレベルのときには、ＰＭＯＳトランジスタ５２２がオフ状態となり、ＰＭＯＳトランジスタ５２３がオン状態となる。このとき、定電流源５２１と出力端子ＤＡＣＯＵＴとの間は接続され、定電流源５２１の電流値に応じた電流が抵抗Ｒに流れて、出力端子ＤＡＣＯＵＴの電圧レベルが下がる。
【０００８】
可変電流源５１０は、以上のように構成されているため、制御信号ＣＮＴ−１〜ＣＮＴ−ｎにより、電流源部５２０−１〜５２０−ｎを制御することで、抵抗Ｒへ流す電流を制御することができる。すなわち、制御信号ＣＮＴ−１〜ＣＮＴ−ｎのうちＨレベルにする制御信号ＣＮＴの数を増加させることにより、出力端子ＤＡＣＯＵＴの電圧レベルが下がり、Ｈレベルにする制御信号ＣＮＴの数を低減させることにより、出力端子ＤＡＣＯＵＴの電圧レベルが上がる。
【０００９】
このようなＤＡ変換器５００，６００は、例えば、固体撮像装置などに用いることができる。固体撮像装置では、例えば、ＤＡ変換器から階段状に変化させた参照電圧を出力させ、画素アレイ部の各画素から読み出したアナログ信号と比較する。そして、その比較時間に応じて画素アレイ部の各画素から読み出したアナログ信号の電圧値を検出してデジタル値として出力する（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１-２６１４２０号公報
【特許文献２】特開２００５−３２３３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記電流制御型ＤＡ変換器５００，６００においては、制御信号ＣＮＴを変化させて出力端子ＤＡＣＯＵＴに流れる電流を変化させる。
【００１２】
このとき、電流源部５２０，６２０から見ると、電流の流れ先が基準電位（電源Ｖｄｄ，グランドＧＮＤ）であるのか、抵抗Ｒであるのかが変わるだけである。従って、電流源部５２０，６２０が一定の電流を流し続けていることには変わりがない。
【００１３】
このような電流制御型ＤＡ変換器を、例えば上述のような固体撮像装置に用いた場合、ＤＡ変換が必要ない期間が存在するにもかかわらず、一定の電流を流し続けることになる。そのため、必要のない電力を消費してしまうことになる。
【００１４】
そこで、本発明は、かかる課題を解決するために、ＤＡ変換を必要としない期間において、消費電力を低減することができるＤＡ変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、基準電流を発生する基準電流発生回路と、前記基準電流に応じた電流を供給する複数の電流源と、供給される電流に応じた電圧を出力する電圧出力回路と、前記電流源毎に設けられ、前記電流源の接続先を前記電圧出力回路とするか所定負荷とするかを切り替える複数の切替回路と、入力されるデジタル信号に基づいて、前記複数の切替回路を制御して、前記複数の電流源のうち前記電圧出力回路へ接続する電流源を選択し、前記デジタル信号に応じた電圧を前記電圧出力回路から出力させる制御部と、を備え、前記複数の電流源は、前記基準電流に応じた電流値の第１電流源と、前記第１電流源の電流値に比例する電流値の複数の第２電流源とを含み、前記第１電流源は、前記第２電流源の電流値を第１電流値と第２電流値とで切り替える切替回路を有し、前記制御部からの制御信号に基づき、前記基準電流発生回路の動作を停止させることなく、前記複数の電流源のうち少なくとも１つの電流源の動作を停止させるスイッチを設けてあり、前記第１電流源は、前記第１電流源の動作停止に伴う前記基準電流への影響を抑制するために設けられる第１電流伝達回路を介して前記基準電流発生回路に接続されており、前記第２電流源は、前記第２電流源の動作停止に伴う前記第１電流源への影響を抑制するために設けられる第２電流伝達回路を介して前記第１電流源に接続されており、前記スイッチは、前記第１電流源の動作を停止するスイッチと、各前記第２電流源に対応して複数設けられ、前記制御部からの制御信号に基づき各前記第２電流源の動作を個別に停止するスイッチであるＤＡ変換器とした。
【００１９】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のＤＡ変換器において、前記電圧出力回路に正電流又は負電流を供給して、オフセットレベルを補正するオフセット調整用電流源と、前記制御部からの制御信号に基づき、前記オフセット調整用電流源の動作を停止させるスイッチを設けるものとした。
【００２０】
また、請求項３に係る発明は、入射光量を電気信号に変換するマトリクス状に配置された複数の画素と、前記複数の画素を行毎に選択制御する行走査回路と、入力されるデジタル信号に応じた参照電圧を生成するＤＡ変換器と、前記画素から得られるアナログ信号と前記ＤＡ変換器で生成された参照電圧とを比較し、デジタル信号に変換する複数のＡＤ変換器と、を備え、前記ＤＡ変換器は、基準電流を発生する基準電流発生回路と、前記基準電流に応じた電流を供給する複数の電流源と、供給される電流に応じた電圧を出力する電圧出力回路と、前記電流源毎に設けられ、前記電流源の接続先を前記電圧出力回路とするか所定負荷とするかを切り替える複数の切替回路と、入力されるデジタル信号に基づいて、前記複数の切替回路を制御して、前記複数の電流源のうち前記電圧出力回路へ接続する電流源を選択し、前記デジタル信号に応じた電圧を前記電圧出力回路から出力させる制御部と、を備え、前記複数の電流源は、前記基準電流に応じた電流値の第１電流源と、前記第１電流源の電流値に比例する電流値の複数の第２電流源とを含み、前記第１電流源は、前記第２電流源の電流値を第１電流値と第２電流値とで切り替える切替回路を有し、前記制御部からの制御信号に基づき、前記基準電流発生回路の動作を停止させることなく、前記複数の電流源のうち少なくとも１つの電流源の動作を停止させるスイッチを設けてあり、前記第１電流源は、前記第１電流源の動作停止に伴う前記基準電流への影響を抑制するために設けられる第１電流伝達回路を介して前記基準電流発生回路に接続されており、前記第２電流源は、前記第２電流源の動作停止に伴う前記第１電流源への影響を抑制するために設けられる第２電流伝達回路を介して前記第１電流源に接続されており、前記スイッチは、前記第１電流源の動作を停止するスイッチと、各前記第２電流源に対応して複数設けられ、前記制御部からの制御信号に基づき各前記第２電流源の動作を個別に停止するスイッチである固体撮像装置とした。
【００２１】
また、請求項４に係る発明は、請求項３に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記行走査回路による各行毎の動作において前記画素が選択されない水平ブランキング期間に、前記スイッチを制御して電流源の動作を停止するものである。
【００２２】
また、請求項５に係る発明は、請求項３又は４に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記行走査回路による各フレーム毎の動作において前記デジタル信号の出力が行われない垂直ブランキング期間に、前記スイッチを制御して電流源の動作を停止するものである。
【００２６】
また、請求項６に係る発明は、請求項３〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、前記電圧出力回路に正電流又は負電流を供給して、オフセットレベルを補正するオフセット調整用電流源と、前記制御部からの制御信号に基づき、前記オフセット調整用電流源の動作を停止させるスイッチを設けたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ＤＡ変換を必要としない期間において、消費電力を低減することができるＤＡ変換器及びそれを備えた固体撮像装置を提供することを目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係るＤＡ変換器の構成を示す図である。
【図２】電流源を停止するスイッチの他の例を示す図である。
【図３】電流源を停止するスイッチの他の例を示す図である。
【図４】電流源の他の例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るＤＡ変換器の他の構成を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。
【図７】ＡＤ変換処理期間の説明図である。
【図８】電流源の動作を停止する期間の説明図である。
【図９】電流源の動作を停止する期間の説明図である。
【図１０】ＡＤ変換処理期間の説明図である。
【図１１】従来の電流制御型ＤＡ変換器の簡易回路図である。
【図１２】電流制御型ＤＡ変換器の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本実施形態に係るＤＡ変換器及び固体撮像装置のＤＡ変換器は、基準電流に応じた電流を供給する複数の電流源と、これらの電流源から供給される電流に応じた電圧を出力する電圧出力回路とを有している。
【００３０】
さらに、ＤＡ変換器は、上記電流源毎に設けられ、電流源の接続先を電圧出力回路とするか所定負荷とするかを切り替える複数の切替回路と、入力されるデジタル信号に基づいて、これらの切替回路を制御する制御部を有する。
【００３１】
そして、この制御部は、複数の電流源のうち電圧出力回路へ接続する電流源を選択し、デジタル信号に応じた電圧を電圧出力回路から出力させる。
【００３２】
しかも、制御部からの制御信号に基づき、複数の電流源のうち少なくとも１つの電流源の動作を停止させるスイッチを設けている。
【００３３】
そのため、ＤＡ変換を必要としない期間において、複数の電流源のうち少なくとも１つの電流源の動作を停止させることができるので、消費電力を低減することができる。特に、ＤＡ変換を必要としない期間において、複数の電流源の全てを停止させるようにすれば、消費電力の低減率を高めることができる。
【００３４】
また、本実施形態のＤＡ変換器は、上記基準電流を発生する基準電流発生回路を有しており、基準電流発生回路において基準電流の発生を停止することなく、電流源の動作を制御する。これにより、ＤＡ変換を必要としない期間が短い場合であっても、電流源の動作を停止させることができる。すなわち、基準電流発生回路として、基準電圧に応じた基準電流を発生させるフィードバックループを有する基準電流発生回路を用いた場合、基準電流発生回路の動作を停止すると、その後、動作を再開させるまでに時間がかかる。しかし、基準電流発生回路において基準電流の発生を停止することなく、電流源の動作を制御することにより、電流源の動作を迅速に再開させることができる。
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態（ＤＡ変換器）
２．第２実施形態（ＤＡ変換器を有する固体撮像装置）
【００３６】
［１．第１実施形態］
まず、第１実施形態のＤＡ変換器について図１を参照して具体的に説明する。
【００３７】
（ＤＡ変換器の全体構成）
図１に示すように、第１実施形態のＤＡ変換器１は、基準電流発生回路１０と、電流伝達回路部２０と、電流源部３０と、電圧出力回路４０、制御部５０とを有している。
【００３８】
基準電流発生回路１０は、入力される基準電圧Ｖｒに応じた基準電流Ｉｒを発生する。基準電流発生回路１０で発生した基準電流Ｉｒに応じた電流が、電流伝達回路部２０を介して電流源部３０に伝達される。電流源部３０は複数の電流源を有しており、制御部５０によって電圧出力回路４０へ接続する電流源が選択される。電圧出力回路４０は、抵抗Ｒにより構成され、接続された電流源に応じた電流が抵抗Ｒに流れる。そして、電圧出力回路４０は、抵抗Ｒに生じる電圧を出力端子ＤＡＣＯＵＴから出力する。
【００３９】
制御部５０には、ｎビットのデジタル信号が入力される。ここでは、制御部５０には、４ビットのデジタル信号が入力されるものとして説明する。制御部５０は、入力されるデジタル信号に応じた電圧が出力端子ＤＡＣＯＵＴから出力されるように、電圧出力回路４０へ接続する電流源を選択する。
【００４０】
電流源部３０には、同一回路構成である８個の第１電流源部３１ａ〜３１ｈと、ゲイン切替用の第２電流源部３２と、オフセット調整用の第３電流源部３３とを有しており、それぞれ制御部５０により制御される。また、電流源部３０には、電流伝達回路部２０と第２電流源部３２との間に第２電流伝達回路部３４が設けられ、第２電流源部３２と第１電流源部３１ａ〜３１ｈとの間に第３電流伝達回路部３５が設けられる。なお、以下において第１電流源部３１ａ〜３１ｈのいずれか又は全部をいうときには、第１電流源部３１とする。
【００４１】
本実施形態のＤＡ変換器１では、第１電流源部３１ａ〜３１ｈ及び第３電流源部３３はそれぞれ電流源５１ａ〜５１ｈ，５３を有している。そして、各電流源５１ａ〜５１ｈ，５３に対応させて、電流源５１ａ〜５１ｈ，５３の接続先を電圧出力回路４０とするか所定負荷とするかを切り替える切替回路６１ａ〜６１ｈ，６３を有している。電流源５１ａ〜５１ｈは、ＰＭＯＳトランジスタＴ３１ａ〜Ｔ３１ｈとＰＭＯＳトランジスタＴ３２ａ〜Ｔ３２ｈとがカスコード接続されて構成される。電流源５３は、ＰＭＯＳトランジスタＴ７１，Ｔ７２がカスコード接続されて構成される。また、切替回路６１ａ〜６１ｈは、ドレインがグランドＧＮＤに接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ３３ａ〜Ｔ３３ｈと、ドレインが電圧出力回路４０に接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ３４ａ〜Ｔ３４ｈとを有している。また、切替回路６３は、ドレインがグランドＧＮＤに接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ７３と、ドレインが電圧出力回路４０に接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ７４とを有している。なお、以下において、電流源５１ａ〜５１ｈのいずれか又は全部をいうことには、電流源５１という場合がある。また、切替回路６１ａ〜６１ｈのいずれか又は全部をいうことには、切替回路６１という場合がある。
【００４２】
また、第２電流源部３２は、電流源５２と、第１電流源部３１ａ〜３１ｈの電流源５１ａ〜５１ｈの電流値を２段階（第１電流値と第２電流値）に切り替える切替回路６２とを有している。電流源５２は、ＮＭＯＳトランジスタＴ４１，Ｔ４２がカスコード接続されて構成される。また、切替回路６２は、ドレインが電源Ｖｄｄに接続されたＮＭＯＳトランジスタＴ４４と、ドレインがＰＭＯＳトランジスタＴ４５を介して電源に接続されたＮＭＯＳトランジスタＴ４３とを有している。切替回路６２においては、ＮＭＯＳトランジスタＴ４４をオフ状態としたときに電流源５１の電流値が第１電流値となり、ＮＭＯＳトランジスタＴ４４をオン状態としたときに電流源５１の電流値が第２電流値となる。
【００４３】
なお、電流源５２は第２電流伝達回路部３４により、また、電流源５３は電流伝達回路部２０により、それぞれ基準電流Ｉｒに比例した電流値の電流源となる。また、電流源５１ａ〜５１ｈは、第３電流伝達回路部３５及び切替回路６２に状態の応じた電流値の電流源であり、この電流値も基準電流Ｉｒに比例する。
【００４４】
第２電流源部３２は、制御部５０からの制御に基づいて、切替回路６２により、第１電流源部３１における電流源の電流値を２段階（第１電流値と第２電流値）に切り替える。制御部５０は、入力されるデジタル信号の値が７以内のとき、第２電流源部３２により第１電流値に切り替える。また、制御部５０は、入力されるデジタル信号の値が８以上のとき、第２電流源部３２により第２電流値に切り替える。なお、制御部５０からゲイン制御線ＧにＬレベルの信号を出力すると、第１電流値に切り替わり、制御部５０からゲイン制御線ＧにＨレベルの信号を出力すると、第２電流値に切り替わる。
【００４５】
制御部５０は、第１電流源部３１の電流値を第１電流値にしたとき、入力されるデジタル信号の値に応じて、切替回路６１ａ〜６１ｈを制御する。これにより、第１電流源部３１ａ〜３１ｈが制御され、デジタル信号の値として０〜７までに対応する電圧が出力端子ＤＡＣＯＵＴから出力される。また、制御部５０は、第１電流源部３１の電流値を第２電流値にしたときも同様に、入力されるデジタル信号の値に応じて、切替回路６１ａ〜６１ｈを制御する。これにより、第１電流源部３１ａ〜３１ｈが制御され、デジタル信号の値として８〜１５までに対応する電圧を出力端子ＤＡＣＯＵＴから出力される。なお、第１電流源部３１ａ〜３１ｈにそれぞれ接続された制御線Ｂａ〜Ｂｈを制御部５０から制御することで、出力端子ＤＡＣＯＵＴから出力される電圧が変わる。すなわち、制御線Ｂａ〜Ｂｈのうち制御部５０からＨレベルの制御信号が出力された制御線に接続された第１電流源部３１の電流値を合計した電流値の電流が電圧出力回路４０の抵抗Ｒに流れる。
【００４６】
第３電流源部３３は、第１電流源部３１ａ〜３１ｈに対する制御により出力端子ＤＡＣＯＵＴに発生させた出力電圧のオフセットレベルを補正する。制御部５０は、第３電流源部３３を制御して、電圧出力回路４０に正電流又は負電流を供給して、出力電圧のオフセットレベルを補正する。
【００４７】
（電流源の停止制御）
本実施形態のＤＡ変換器１において、切替回路６１ａ〜６１ｈ，６３によって電流源５１ａ〜５１ｈ，５３の接続先を電圧出力回路４０としない場合でも、所定負荷（ＰＭＯＳトランジスタＴ３３ａ〜Ｔ３３ｈ，Ｔ７３）に接続されて電力の消費が発生する。また、第２電流源部３２でも、同様に電力の消費が発生する。
【００４８】
しかしながら、ＤＡ変換が必要ない期間が存在するような装置にこのＤＡ変換器１を組み込む場合に、ＤＡ変換が必要ない期間も第１電流源部３１、第２電流源部３２及び第３電流源部３３において一定の電流を流し続けると、必要のない電力を消費してしまう。
【００４９】
そこで、本実施形態のＤＡ変換器１では、第１電流源部３１ａ〜３１ｈ、第２電流源部３２、第３電流源部３３のそれぞれの動作を停止させて、消費電力を低減することができるように構成されている。
【００５０】
第１電流源部３１ａ〜３１ｈには停止制御線Ｓ１ａ〜Ｓ１ｈが接続されている。制御部５０から第１電流源部３１ａ〜３１ｈのうち停止させる第１電流源部３１を選択し、選択した第１電流源部３１に接続された停止制御線Ｓ１にＬレベルの信号を出力する。これにより、選択された第１電流源部３１の動作が停止する。
【００５１】
各第１電流源部３１には、電流源５１ａ〜５１ｈの動作を停止するために、停止制御線Ｓ１ａ〜Ｓ１ｈにそのゲートが接続されたトランジスタＴ５１ａ〜Ｔ５１ｈを有している。なお、以下において、トランジスタＴ５１ａ〜Ｔ５１ｈのいずれか又は全部をいうことには、トランジスタＴ５１という場合がある。
【００５２】
各トランジスタＴ５１は、それぞれ電流源５１と、切替回路６１との間に設けられる。そして、このトランジスタＴ５１は、停止制御線Ｓ１により制御部５０から制御され、電流源５１から切替回路６１への電流の供給と遮断を切り替える。すなわち、トランジスタＴ５１は、電流源５１の動作停止を行うスイッチとして機能する。このように、制御部５０は、停止制御線Ｓ１ａ〜Ｓ１ｈに出力する制御信号を制御することで、電流源５１ａ〜５１ｈの動作を一括又は個別に停止することができる。
【００５３】
また、同様に、第２電流源部３２には停止制御線Ｓ２が接続されており、制御部５０から停止制御線Ｓ２にＨレベルの信号を出力することにより、第２電流源部３２の動作が停止する。
【００５４】
第２電流源部３２には、電流源５２の動作を停止するために、停止制御線Ｓ２にそのゲートが接続されたトランジスタＴ５２を有している。このトランジスタＴ５２は、電流源５２と切替回路６２との間に設けられる。そして、このトランジスタＴ５２は、停止制御線Ｓ２により制御部５０から制御され、切替回路６２から電流源５２への電流の供給と遮断を切り替える。すなわち、トランジスタＴ５２は、電流源５２の動作停止を行うスイッチとして機能する。制御部５０は、停止制御線Ｓ２に出力する制御信号を制御することで、電流源５２の動作を停止することができる。電流源５２の動作が停止すると、電流源５１ａ〜５１ｈの動作も停止する。このように、制御部５０は、停止制御線Ｓ２を制御することにより、第１電流源部３１ａ〜３１ｈ及び第２電流源部３２の動作を一括して停止することができる。
【００５５】
また、同様に、第３電流源部３３には停止制御線Ｓ３が接続されており、制御部５０から停止制御線Ｓ３にＬレベルの信号を出力することにより、第３電流源部３３の動作が停止する。
【００５６】
第３電流源部３３には、電流源５３の動作を停止するために、停止制御線Ｓ３にそのゲートが接続されたトランジスタＴ５３を有している。このトランジスタＴ５３は、電流源５３と切替回路６３との間に設けられる。そして、このトランジスタＴ５３は、停止制御線Ｓ３により制御部５０から制御され、電流源５３から切替回路６３への電流の供給と遮断を切り替える。すなわち、トランジスタＴ５３は、電流源５３の動作停止を行うスイッチとして機能する。このように、制御部５０は、停止制御線Ｓ３に出力する制御信号を制御することで、電流源５３の動作を停止することができる。
【００５７】
一方、基準電流発生回路１０は、制御部５０により、第１電流源部３１、第２電流源部３２、第３電流源部３３の動作が停止した場合であっても、継続して基準電流Ｉｒを発生する。このようにすることで、電流源部３１，３２，３３の動作停止期間が短い場合であっても、電流源部３１，３２，３３の動作を迅速に再開させることができる。
【００５８】
基準電流発生回路１０は、オペアンプＯＰ１０の出力端子と反転入力端子(-)とをＮＭＯＳトランジスタＴ１０のゲート−ソースを介して接続することでフィードバックループを構成している。オペアンプＯＰ１０の非反転入力端子(+)には、基準電圧Ｖｒが入力されており、オペアンプＯＰ１０は、抵抗Ｒ１１に生じる電圧が基準電圧Ｖｒとなるように、出力端子ＤＡＣＯＵＴから出力する電圧を制御する。これにより、基準電流発生回路１０により、基準電圧Ｖｒに応じた基準電流Ｉｒ（≒Ｖｒ／Ｒ１１）が発生する。なお、抵抗Ｒ１０とコンデンサＣ１０は、オペアンプＯＰ１０の非反転入力端子(+)へ入力される基準電圧Ｖｒのノイズを低減させるためのフィルタである。
【００５９】
この基準電流発生回路１０では、このようにフィードバックループを構成している。従って、例えば、基準電流発生回路１０に入力する電圧を０Ｖにして基準電流発生回路１０からの基準電流Ｉｒの発生を停止した後、基準電流発生回路１０に入力する電圧を基準電圧Ｖｒにすると、フィードバック制御により所望の基準電流Ｉｒを発生させるまでに時間がかかる。
【００６０】
そこで、本実施形態に係るＤＡ変換器１では、上述したように、電流源部３１，３２，３３の動作を停止するときでも、基準電流発生回路１０を継続して動作させている。
【００６１】
（その他の回路構成）
電流伝達回路部２０は、第３電流源部３３の動作停止に伴う基準電流Ｉｒへの影響を抑制するために設けられる。
【００６２】
この電流伝達回路部２０は、カレントミラー接続された一対のＰＭＯＳトランジスタＴ２１，Ｔ２２と、同じくカレントミラー接続された一対のＮＭＯＳトランジスタＴ２３，Ｔ２４を有している。また、電流伝達回路部２０は、カスコード接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ２５，Ｔ２６を有している。ＰＭＯＳトランジスタＴ２２のドレインはＮＭＯＳトランジスタＴ２３のドレインに接続されており、ＮＭＯＳトランジスタＴ２４のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタＴ２６のドレインに接続されている。そして、電流伝達回路部２０が有する複数のカレントミラー回路を経由して、ＰＭＯＳトランジスタＴ２６が第３電流源部３３のＰＭＯＳトランジスタＴ７２にカレントミラー接続される。また、ＰＭＯＳトランジスタＴ２１はＰＭＯＳトランジスタＴ７１とカレントミラー接続される。これにより、カスコード接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ７１，Ｔ７２が基準電流Ｉｒに応じた電流値の電流源５３として機能する。
【００６３】
また、第２電流伝達回路部３４は、第２電流源部３２の動作停止に伴う基準電流Ｉｒへの影響を抑制するために設けられる。
【００６４】
この第２電流伝達回路部３４では、ＰＭＯＳトランジスタＴ２１とカレントミラー接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ８１と、ＰＭＯＳトランジスタＴ２６とカレントミラー接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ８２とがカスコード接続されて構成された電流源を備える。また、第２電流伝達回路部３４は、カスコード接続されたＮＭＯＳトランジスタＴ８３，Ｔ８４を備える。このＮＭＯＳトランジスタＴ８３，Ｔ８４は、第２電流源部３２においてカスコード接続されたＮＭＯＳトランジスタＴ４１，Ｔ４２とそれぞれカレントミラー接続される。これにより、カスコード接続されたＮＭＯＳトランジスタＴ４１，Ｔ４２が基準電流Ｉｒに応じた電流値の電流源５２として機能する。
【００６５】
また、第３電流伝達回路部３５は、第１電流源部３１の動作停止に伴う第２電流源部３２へ影響を抑制するために設けられる。
【００６６】
この第３電流伝達回路部３５は、ＰＭＯＳトランジスタＴ４４とカレントミラー接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ９１と、カスコード接続された一対のＮＭＯＳトランジスタＴ９２，Ｔ９３を有している。また、第３電流伝達回路部３５は、カスコード接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ９４，Ｔ９５を有している。ＰＭＯＳトランジスタＴ９１のドレインはＮＭＯＳトランジスタＴ９２のドレインに接続されており、ＮＭＯＳトランジスタＴ９３のドレインは、ＰＭＯＳトランジスタＴ９５のドレインに接続されている。そして、第３電流伝達回路部３５が有する複数のカレントミラー回路を経由して、ＰＭＯＳトランジスタＴ９５が第１電流源部３１ａ〜３１ｈのＰＭＯＳトランジスタＴ３２ａ〜Ｔ３２ｈにカレントミラー接続される。また、第２電流源部３２のＰＭＯＳトランジスタＴ４５は第１電流源部３１ａ〜３１ｈのＰＭＯＳトランジスタＴ３１ａ〜Ｔ３１ｈとカレントミラー接続される。これにより、カスコード接続されたＰＭＯＳトランジスタＴ３１ａ〜Ｔ３１ｈ，Ｔ３２ａ〜Ｔ３２ｈが第１電流値又は第２電流値に応じた電流値の電流源５１ａ〜５１ｈとして機能する。
【００６７】
ところで、上述のＤＡ変換器１では、電流源５１，５３と切替回路６１，６３との間にスイッチとしてＮＭＯＳトランジスタＴ５１，Ｔ５３を設けて、電流源部３１，３３を停止するようにしたが、電流源部３１，３３の停止は他の方法でも行うことができる。
【００６８】
例えば、図２（ａ）に示すように、電流源５１，５３を構成するＰＭＯＳトランジスタＴ３２ａ〜Ｔ３２ｈ，Ｔ７２のゲートを電源Ｖｄｄに接続するＰＭＯＳトランジスタＴ５４ａ〜Ｔ５４ｈ，Ｔ５５を設けるようにしてもよい。この場合、ＰＭＯＳトランジスタＴ５４ａ〜Ｔ５４ｈ，Ｔ５５が電流源５１，５３を停止するスイッチとして機能する。
【００６９】
また、図３（ａ）に示すように、切替回路６１，６３を構成する２つのＰＭＯＳトランジスタ（Ｔ３３ａ〜Ｔ３３ｈ，Ｔ７３），（Ｔ３４ａ〜Ｔ３４ｈ，Ｔ７４）の動作を同時に両方停止するために、ＮＡＮＤ回路７０ａ〜７０ｈ，７１を設けるようにしてもよい。この場合、切替回路６１，６３をそれぞれ構成する２つのＰＭＯＳトランジスタ（Ｔ３３ａ〜Ｔ３３ｈ，Ｔ７３，（Ｔ３４ａ〜Ｔ３４ｈ，Ｔ７４）が電流源５１，５３を停止するスイッチとして機能する。
【００７０】
また、上述のＤＡ変換器１では、電流源５２と切替回路６２との間にスイッチとしてＰＭＯＳトランジスタＴ５２を設けて、第２電流源部３２を停止するようにしたが、第２電流源部３２の停止は他の方法でも行うことができる。
【００７１】
例えば、図２（ｂ）に示すように、電流源５２を構成するＮＭＯＳトランジスタＴ４１のゲートをグランドＧＮＤに接続するＮＭＯＳトランジスタＴ５６を設けるようにしてもよい。この場合、このＮＭＯＳトランジスタＴ５６が電流源５２を停止するスイッチとして機能する。
【００７２】
また、図３（ｂ）に示すように、切替回路６２を構成する２つのＮＭＯＳトランジスタＴ４３，Ｔ４４の動作を同時に両方停止するために、ＮＯＲ回路７２を設けるようにしてもよい。この場合、切替回路６２を構成する２つのＮＭＯＳトランジスタＴ４３，Ｔ４４が電流源５２を停止するスイッチとして機能する。
【００７３】
上述のＤＡ変換器１では、電流源部３１，３３の電流源５１，５３を図４（ａ）に示すグランド基準型の電流源として説明したが、図４（ｂ）に示す電源基準型の電流源を用いてもよい。また、電流源部３２の電流源５２を図４（ｂ）に示す電源基準型の電流源として説明したが、図４（ａ）に示すグランド基準型の電流源を用いてもよい。
【００７４】
また、上述のＤＡ変換器１では、各電流源部３１，３２，３３に電流源５１，５２，５３を停止するスイッチを設けることしたが、これに限られない。図５に示すＤＡ変換器１’のように第２電流伝達回路部３４’や第３電流伝達回路部３５’の動作を停止させることにより、電流源部３１’，３２’，３３’の電流源５１，５２，５３を停止させてもよい。
【００７５】
この場合、第２電流伝達回路部３４’の電流源を構成するＰＭＯＳトランジスタＴ８２のゲートを電源Ｖｄｄに接続するＰＭＯＳトランジスタＴ２７を設けるようにしてもよい。この場合、ＰＭＯＳトランジスタＴ２７は電流源５１〜５３を一括して停止するスイッチとして機能する。
【００７６】
この場合、第３電流伝達回路部３５’の電流源を構成するＰＭＯＳトランジスタＴ９５のゲートを電源Ｖｄｄに接続するＰＭＯＳトランジスタＴ２８を設けるようにしてもよい。この場合、ＰＭＯＳトランジスタＴ２８は電流源５１ａ〜５１ｈを一括して停止するスイッチとして機能する。
【００７７】
なお、上述したＤＡ変換器１において、電流源部３１，３２，３３に対してそれぞれの動作を停止するスイッチを設けることとしたが、これに限られない。例えば、第１電流源部３１を停止するスイッチを設けず、第２電流源部３２の動作を停止させるスイッチのみで第１電流源部３１と第２電流源部３２とを同時に停止させるようにしてもよい。
【００７８】
［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態の固体撮像装置について図６を参照して具体的に説明する。この固体撮像装置は、ＣＭＯＳイメージセンサであり、第１実施形態のＤＡ変換器を適用したものである。
【００７９】
図６に示すように、固体撮像装置１００は、撮像部としての画素アレイ部１０１、行走査回路１０２、列走査回路１０３、制御回路１０４、ＡＤＣ群１０５、ＤＡ変換器１０６、水平出力線１０７、出力アンプ１０８を有する。ＤＡ変換器１０６は、第１実施形態のＤＡ変換器と同様の構成である。
【００８０】
画素アレイ部１０１には、入射光量を電気信号に変換する単位画素１１０がマトリクス状に２次元配列されている。単位画素１１０には、光電変換を行うフォトダイオードと、このフォトダイオードが生成した信号電荷を読み出す転送トランジスタと、この読み出された信号電荷を画素信号に変換するアンプトランジスタ等が設けられている。
【００８１】
行走査回路１０２は、複数の単位画素１１０を行Ｈ０，Ｈ１，・・・毎に選択制御する。すなわち、各単位画素１１０の転送トランジスタは行走査回路１０２によって制御され、各単位画素１１０で生成された画素信号が各列毎に設けた列線Ｖｘ（列線Ｖ０、Ｖ１…）からＡＤＣ群１０５に出力される。
【００８２】
ＡＤＣ群１０５は、画素アレイ部１０１の各列に対応して比較器１１１及びＵＤカウンタ１１２よりなるＡＤ変換器が設けられている。そして、比較器１１１ではＤＡ変換器１０６から出力される参照電圧Ｖｒｅｆと画素信号とを比較し、この比較結果をＵＤカウンタ１１２に出力する。ＵＤカウンタ１１２は制御回路１０４及び列走査回路１０３の制御に基づいて比較器１１１からの出力をカウントし、そのカウント値をデジタル信号として水平出力線１０７を通して出力アンプ１０８に出力する。なお、ＤＡ変換器１０６は、制御回路１０４から入力されるデジタル信号に応じた電圧を参照電圧Ｖｒｅｆとして出力する。
【００８３】
ここで、固体撮像装置１００の動作を説明する。
【００８４】
固体撮像装置１００は、任意の行Ｈｘ（行Ｈ０，Ｈ１，・・・）の単位画素１１０から列線Ｖｘへの１回目の読み出しが安定した後、参照電圧Ｖｒｅｆを時間変化させた階段状の波形ＲＡＭＰをＤＡ変換器１０６から比較器１１１に入力していく。これにより、列線Ｖｘの電圧と、ＲＡＭＰ波形の参照電圧Ｖｒｅｆとの比較を行う。
【００８５】
動作シーケンスとしては、階段状の波形ＲＡＭＰとなる参照電圧Ｖｒｅｆの入力開始と同時に、ＵＤカウンタ１１２で１回目のカウントが開始される。このとき、ＵＤカウンタ１１２はダウンカウントをする。波形ＲＡＭＰの参照電圧Ｖｒｅｆが列線Ｖｘの電圧と等しくなったとき、この比較器１１１の出力は反転し、同時にＵＤカウンタ１１２に付属したメモリに比較期間に応じたカウント値が保持される。
【００８６】
この１回目の読み出し時は、単位画素１１０のリセット成分ΔＶｒｅｓｅｔを読み出しており、ΔＶｒｅｓｅｔ内には、単位画素１１０毎にばらつくノイズがオフセットとして含まれている。ここで、リセットレベルは全画素共通であり、またΔＶｒｅｓｅｔのばらつきは一般に小さいことが分かっているため、１回目のΔＶｒｅｓｅｔ読み出し時には、波形ＲＡＭＰの参照電圧Ｖｒｅｆを調整することにより比較期間を短くすることが可能となる。
【００８７】
次に、２回目の読み出しは、ΔＶｒｅｓｅｔに加え単位画素１１０毎の入射光量に応じた信号成分を読み出し、１回目の読み出しと同様の動作を行う。すなわち、任意の行Ｈｘの単位画素１１０から列線Ｖｘへの２回目の読み出しが安定した後、ＤＡ変換器１０６により参照電圧Ｖｒｅｆを時間変化させた階段状の波形ＲＡＭＰを入力し、列線Ｖｘの電圧との比較を比較器１１１にて行う。階段状の波形ＲＡＭＰとなる参照電圧Ｖｒｅｆの入力開始と同時に、ＵＤカウンタで２回目のカウントが開始される
【００８８】
このとき、ＵＤカウンタ１１２はアップカウントをする。ここで任意の比較器１１１において波形ＲＡＭＰの参照電圧Ｖｒｅｆと列線Ｖｘの電圧が等しくなったとき比較器１１１の出力は反転し、同時にＵＤカウンタ１１２に付属したメモリ内に比較期間に応じたカウントが保持される。
【００８９】
この一連の動作において、１回目のカウントと２回目のカウントとでは、メモリ内の同じ場所に保持され、２回目のカウント後の出力値がノイズ成分を除去した純粋な信号量を表すことになる。
【００９０】
以上のＡＤ変換期間終了後、列走査回路１０３により、メモリに保持されたｎビットのデジタル信号が水平出力線１０７を経て、外部出力され、その後、順次行毎に同様の動作が繰り返され、２次元画像が生成される。
【００９１】
ここで、画素アレイ部１０１からは、１ライン単位で画素信号が出力される。そして、画素アレイ部１０１は、ライン単位で画素信号が出力する毎に、図７に示すように、画素信号が出力しない期間がある。この期間は、一般に水平ブランキング期間と呼ばれる。
【００９２】
従って、この水平ブランキング期間では、ＤＡ変換器１０６から参照電圧Ｖｒｅｆを出力する必要がない。しかし、上述のように切替回路６１，６２，６３（図１参照）の接続先を切り替えるだけでは、図８に示すように、継続して電流源５１，５２，５３が動作するため、電力を消費し続ける。
【００９３】
そこで、本実施形態に係る固体撮像装置１００では、水平ブランキング期間において、図９に示すように、ＤＡ変換器１０６内の電流源５１，５２，５３の動作を停止させるようにしている。具体的には、制御回路１０４は、ＤＡ変換器１０６を制御して、電流源５１，５２，５３の動作を停止させる。なお、制御回路１０４は、ＤＡ変換器１０６の電流源５２を停止させないようにすることもできる。このようにすることで、電流源５１の動作停止解除時の動作開始を早めることができる。
【００９４】
また、画素アレイ部１０１からは、１フレーム単位の画素信号が出力された後、図１０に示すように、画素信号が出力しない期間がある。この期間は、一般に垂直ブランキング期間と呼ばれる。
【００９５】
従って、この垂直ブランキング期間では、ＤＡ変換器１０６から参照電圧Ｖｒｅｆを出力する必要がない。
【００９６】
そこで、本実施形態に係る固体撮像装置１００では、垂直ブランキング期間において、ＤＡ変換器１０６内の電流源５１，５２，５３の動作を停止させるようにしている。具体的には、制御回路１０４は、ＤＡ変換器１０６を制御して、電流源５１，５２，５３の動作を停止させる。なお、制御回路１０４は、ＤＡ変換器１０６の電流源５２を停止させないようにすることもできる。このようにすることで、電流源５１の動作停止解除時の動作開始を早めることができる。
【００９７】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置１００では、ＡＤ変換が必要ない期間において、ＤＡ変換器１０６内の電流源５１，５２，５３の動作を停止するため、消費電力を低減することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１，１’  ＤＡ変換器
１０  基準電流発生回路
２０  電流伝達回路部
３０  電流源部
４０  電圧出力回路
５０  制御部
５１ａ〜５１ｈ，５２，５３  電流源
６１ａ〜６１ｈ，６２，６３  切替回路
Ｔ５１ａ〜Ｔ５１ｈ，Ｔ５３  ＮＭＯＳトランジスタ（スイッチ）
Ｔ５２  ＰＭＯＳトランジスタ（スイッチ）
【図１】
0005418073.tif 000002
【図２】
0005418073.tif 000003
【図３】
0005418073.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005418073.tif 000008
【図８】
0005418073.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005418073.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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