TW200904164A

TW200904164A - Data transfer circuit, solid-state imaging device, and camera system

Info

Publication number: TW200904164A
Application number: TW097109690A
Authority: TW
Inventors: Tadayuki Taura
Original assignee: Sony Corp
Priority date: 2007-04-18
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-01-16
Also published as: KR20080093927A; JP2008270433A; US20120053882A1; KR101446356B1; JP5162946B2; US8054354B2; CN101291389A; TWI367666B; US8743249B2; US20080259164A1; CN101291389B

Description

200904164 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係關於一資料轉移電路、一由互補式金氧半導體 (CMOS)影像感測器代表之固態成像裝置以及一相機系統，且尤其係關於一包括一行類比至數位轉換器之固態成像裝置以及一相機系統。本發明包括在2007年4月18日向日本專利局申請的日本 f 專利申請案JP 2〇〇7-1〇9665的相關標的，該案之全文以引用的方式併入本文中。【先前技術】 -種包括-行平行類比至數位轉換器(ADC)之CM0S影像感測器已被提出（參見例如WYang等人之種整合式 800x600 CMOS 影像，系統（An Integrated 8〇〇χ_

Image Syste,)- , ISSCC Digest of Technical Papers , ^04 至305頁，1999年2月）。

圖丄係一顯示包括-行平行ADC之固態成像裝置i(cm〇s 影像感測器）的組態之範例的方塊圖。固態成像裝置1包括—作為—影像讀取區段之像素陣列區段2、—列掃描電路3、一行掃描電路4 群組6、一數位至類比轉換器二= 器8及一減法電路9。像素陣列區段2係藉成’各單元像素包括一在固態成像裝置i中由配置在-矩陣中之單元像素21形光二極體及一像素内放大器。 %序控制電路5、列掃描電路3及 128075.doc 200904164 订掃描電路4係'用作從像素陣列區段2順序讀取信號之控制電路％序控制電路5產生内部時脈。列掃描電路3控制列位址及列掃描。行掃描電路4控制行位址及行掃描。 ADC群組6係藉由複數個經配置之adc形成。adC包括比車乂益61及兄憶體裝置62。比較H 61，比較藉由依段差 (step)改i由DAC 7產生之參考電壓所形纟的一傾斜波形 RAMP &對於經由行線ν()、νι、.之列線則、出、的

各列自單元像素21獲得之類比信號，且記憶體裝置21儲存計數器8之計數結果，其計數比較次數。 ADC群組6之各ADC具有一 η位元數位信號轉換功能，且係佈置用於行線V0、V1、…之各線，以形成一行平行 ADC組塊63。記憶體裝置62之輸出係連接至水平轉移線64，其具有一 2n位元寬度。此外係佈置對應於水平轉移線64、減法電路9及—輸出電路之2n感測電路。在此係描述固態成像裝置1(CM〇s影像感測器）之—操作，其中s亥操作關聯圖2中顯示之時序圖及圖丨中顯示的方塊圖。在自任何列Hx中之單元像素21至行線v〇、V1、.之第一次讀取變穩定後，一其中一參考電壓係隨時間改變的段差狀傾斜波形RAMP，係自DAC 7輸入至一比較器61 比較器61將輸入波形與任何行線νχ中之一電屢比較。平行於段差狀傾斜波形RAMP之輸入，計數器8執^第 128075.doc 200904164 計數。在此，虽傾斜波形Ramp電壓係等於任何行線Vx中之電壓N·，比較器61之輸出會反轉，且同時，一依據一比較週期之計數係儲存在一對應記憶體裝置21中。在第一次讀取中單元像素21中之重設分量Δν被讀取。重設分量av包括（如偏移）對於各單元像素21之雜訊變化。然而，一般而言，重設分量Δν中之變化係小，且一重設位準係共用於所有像素。因此，來自任何行線¥乂之輸出係大約已知。因此，在重設分量Δν之第一次讀取的時間處，藉由調整傾斜波形（RAMP)電壓，可減少比較週期，在此範例中，在一用於七位元之計數週期（128時脈）中係執行Δν比較。在第二次讀取的時間處，除了重設分量Δν以外，根據入射於各單元像素21中之光量之信號分量被讀取，且執行一類似於在第一次讀取中執行的操作。換句話說，在自任何列Ηχ中之單元像素至行線ν〇、 VI、…之第二次讀取變穩定後，其中一參考電壓係隨時間改變的段差狀傾斜波形RAMP係自DAC 7輸入至比較器 61，且比較器61將輸入波形與任何行線νχ中之—電壓比較。平行於段差狀傾斜波形RAMP之輸入，計數器8執行第_ 計數。在此，當傾斜波形RAMP電壓係等於任何行線Vx 128075.doc 200904164 時’比較器61之輸出會反轉’且同時，一依據該比較週期之§t數係儲存在對應記憶體裝置62中。在此’第-及第二計數係儲存在記憶體裝置62中之不同位置處。在AD轉換週期結束以後，n位元數位信號（在第一次及第二次讀取中）藉由通㈣水平轉移線64之行掃描電路4儲存在記憶體裝置62中。感測電路及減法電路9執行處理以致（第二次中之信號）-(第二次中之信號），且輸出經處理結果至外部。之後，類似操作係對於各列順序地重複，藉以產生二維影像。曰【發明内容】然而’在以上所述固態成像裝置1(CM〇s影像感測器）中，-儲存在記憶體裝置62中之數位值根據一輸入位準且隨時間變化。此外，水平轉移線64係極長且具有（例如）一約7 mm之長度。其取決於一寄生電容、一寄生電阻或類似者。其具有一在接近感測電路之-側及遠離感測電路的一側間於感測時間中之變化。然而’在一其中一並非預設值之數位值係透過水平轉移線64藉由感測電路讀取之情況下，缺點係難以決定是否已精確地讀取該數位值。 /需要提供-資料轉移電路、一固態成像裝置以及一相機系統、，其對於-用於轉移錯誤之資料谓測電路測試一轉移線’並且其在轉移線及資料偵測電路中偵測缺陷。 128075.doc 200904164 據本發明之一具體實施例，係提供一種資料轉移電 Z貝料轉移電路包括至少一資料轉移線，其轉移數位 Μ料；至少_咨刺At、貧科僧測電路，其係連接至該至少一資料轉 '複數個保持電路，其保持對應於輸入位準之數位值 - &轉移該等數位值至該至少—資料轉移線；-掃描電路，、「自亥複數個保持電路中選擇_保持電路；至少—測試模式產生電路’其產生一預定數位值，該至少-測試模式產 p 纟電路係連接至該至少—資料轉移線；至少-測試行掃描路’其選擇該至少一測試模式產生電路；及一開始脈衝選擇電路，其控制該掃描電路之開始及該至少一測試行掃描電路的開始。該開始脈衝選擇電路具有__、經由該至少一測試行掃描電路藉由啟動該至少一測試模式產生電路，轉移預定數位值至該至少一資料轉移線之功能。根據本發明之一另具體實施例，係提供一種固態成像裝置，其包括一影像讀取區段，其中用於執行光電轉換之複〇㈣像素係配置在—矩陣中；至少—資料轉移線，其轉移數位資料；至少一資料偵測電路，其係連接至該至少一資广轉移線，複數個保持電路，其保持對應於透過該影像讀 — 取區段之行線讀取的類比輸入位準之數位值，及轉移該等 • 數位值至該至少一資料轉移線；-掃描電路，其自該複數個保持電路中選擇一保持電路；至少一測試模式產生電路，其產生一預定數位值，該至少一測試模式產生電路係連接至該至少一資料轉移線；至少—測試行掃描電路，其込擇忒至 > —測試模式產生電路；及—開始脈衝選擇電 128075.doc 200904164 路’其控制該掃描電路之開始及該至少—測試行掃描電路 =開始。該開始脈衝選擇電路具有一經由該至少—測試行掃描電路藉由啟動該至少—測試模式產生電路，轉移預定數位值至該至少一資料轉移線之功能。該至少-測試模式產生電路可佈置在其中配置該複數個保持電路之一區的至少一末端處。该至少一測試模式電路可包括複數個測試模式產生電

路’且該等測試模式產生電路可佈置在其中配置複數個保持電路之一區的兩末端處。，複數㈣持電路可並聯配置，且該至少-資料轉移線可提供在-其中該複數個保持電路係並聯配置之方向中，且係連接至佈置於該方向中之該至少一資料偵測電路。 /:¾數個保持電路可並聯佈置，且該至少一資料轉移線可提供在一相對於其中該複數個保持電路向的垂直方向中，且係連接至佈置於該垂直方：= 少一資料偵測電路。孩寻測試模式產生電 -^ J ^ ^ w珥棋式產生電，/、係佈置在其中配置該複數個保持電路之該區中。，據本發明之另—具體實施例，係提供—種相機系統，置=固態成像裝置；—光學系統，其在該固態成像裝 / '、、、主體影像；及一信號處理電路，其處理一自該固態成像裝置輸出的影像信號。紙態成像裝置包括一為像讀取區段，1中用於舶—丄赍絲秘匕括〜 -中用於執行光電轉換之複數個像素係配置矩陣中；至少—資料轉移線，其轉移數位資料；至少 128075.doc -10- 200904164 -資料偵測電路’其係連接至該至少一資料轉移線；複數個保持電路，其保持對應於透過該影像讀取區段之行線读取的類比輸入位準之數位值，且其轉移該等數位值至該：少-資料轉移線；-掃描電路，其自該複數個保持電路中選擇一保持電路；至少一測試模式產生電路’其產生—預定數位值，該至少一測試模式產生電路係連接至該至少_ 資料轉移線；至少一測試行掃描電路，其選擇該至少_測試模式產生電路；及-開始脈衝選擇電路，其控制該掃描電路之開始及該至少一測試行掃描電路之開始。該開始脈衝選擇電路具有-經由該至少一測試行掃描電路藉由啟動該至少-測試模式產生電路，轉移預定數位值至該至少— 資料轉移線之功能。根據本發明之具體實施例，一用於輸出預定模式之測試模式產生電路係新增在-轉移線上，用於轉移一數位值。用於一資㈣測電路之轉移線係針對—轉移錯誤加試。根據本發明之具體實施例’一用於—資料制電路之轉移電路可針對一轉移錯誤加以測試。因此，可偵測到轉移線及資料偵測電路中之缺陷。【實施方式】 ' a ° 本發明之一具體實施例將描述如下，其t該具體實施例與附圖關聯。圖3係顯示-具有包括根據本發明之具體實施例的資料轉移電路之行平行ADC的固態成像裝置叫⑽⑽影像感測 128075.doc -11 - 200904164 器）之組態的範例之方塊圖。圖4係顯示圖3_所及圖3中所不之固態成像襄置水平轉更特定組態之方塊圖。〃移測忒系統的固態成像裝置1〇包括_ ⑨ 區段U、一列'衫像讀取區段之像素陣列 1 夕彳婦描電路1 ?、電路14、— f描電路13、-時序控制電路14、一 ADC群組15、— 17L及17R ，… DAC 16、測試模式產生電路 1 7L及1 7R、測試行掃描雷攸彳^ 電路19及一及18R、一開始脈衝選擇

乍為一資料偵測電路的感測放 CS/ApO。 ™ 电格时像素陣列區段！ i係藉由配置在μ列及騎之一矩陣中的早元像素111形成，久留；主上，战各单几像素包括一光二極體及一像素内放大器。 ' 在固態成像裝置10中’時序控制電路14、列掃描電路12 及行掃描電路13係用作從像素陣列區段U順序讀取信號之控制電路。時序控制電路14產生内部時脈。列掃描電路12 控制列位址及列掃#。行冑描電路13控制行纟址及行掃描。在ADC群組15中，ADC 15Α係按行線VO、VI、…為單位予以配置，以致對應於一像素配置之行，藉以形成一行平行ADC組塊153。ADC 15A包括（n+1)個比較器151，其係提供以對應於該像素配置之行及非同步遞增/遞減計數器 ^2(其可稱為”計數器鎖存器"）。比較器ι51比較藉由依段差改變由DAC 16產生之參考電壓形成的一傾斜波形 RAMP，及經由行線v〇、vi、·對於列線H0、H1、…之各 128075.doc •12- 200904164 列線自單元像素111獲得之類比信號，且非同步遞增/遞減計數器152回應於來自比較器151之輸出執行遞增/遞減計數。计數盗鎖存裔】52之輸出係連接至—轉移線⑼，其具有 (例如）1 + 1位兀見度。測試模式產生電路爪及Μ之輪出及感測放大器電路20的輸入係連接至轉移線⑸。 /各計數器鎖存器152具有一保持電路功能且在初始時間係在遞減計數狀態中。當計數器鎖存器M2執行重設計數’且對應比較器15ι之輸出C0MP0UTi反轉日夺，計數器鎖存器1 52停止遞減計數操作及保持一計數值。之後，5十數器鎖存器1 52進入遞增計數狀態。當計數器鎖存152基於人射光量執行資料計數，且對應比較器⑸ 之輸出COMP〇UTi反轉時，計數器鎖存器152依據一比較週期保持一計數值。在計數器鎖存器152中保持之計數值係藉由行掃描電路晴描’且經掃描值係成為一數位信號透過轉移線154輸入至感測放大器電路2 〇。 -行掃描電路13_0(在行掃描電路13中）予以供應—開始脈衝STRT，藉以啟動行掃描電路n 〇。之後，鄰接之行掃描電路叫至心（在行掃描電㈣中）係順序地選擇。測試模式產生電路17L及17R包括產生預定模式之模式產生電路。在轉移線154之測試中，測試模式產生電路I?: 及1 7R順序地供應測試模式。 128075.doc -13- 200904164 測試模式產生電路17L及17R係佈置於計數器鎖存器i52 之任一側（圖3及4中之左及右側）上，其鎖存資料，即係行平行ADC組塊153。此外，測試模式產生電路17L及17R係藉由測試行掃描電路18L及18R順序地控制。啟動測試行掃描電路之開始，以致其係獲得供應一來自 • 開始脈衝選擇電路19之測試開始脈衝tstrT。之後，在測試行掃描電路18L及服之間，成組之兩個鄰接測試行掃描 P 冑路係、依互換方式順序地選擇°此時，停止對於行掃描電路13之開始脈衝STRT的供應，且行掃描電路^係在非啟動狀態。關於測試模式產生電路17L及17R之預定模式，係使用 —類型之唯讀記憶體（R〇M)，且（例如）係使用一經遮罩藉以金屬模式改變或類似者可改變預定模式。或者，藉由使用一電可抹除可程式唯讀記憶體 Q (EEPR〇M)或—暫存器，可自外部重寫就模式。係榣述圖3中所示之ADC及固態成像裝置水平轉移與轉移測試系統的更特定組態，其中該等組態與圖*關聯。 ' Λ外’圖5係、顯示圖4中所示電路之正常水平轉移與測試水平轉移模式的時序圖。

一如（例如）圖4中所示’針對一位元（例如10位元及12位一。。十數器鎖存器1 52係藉由配置一計數器（CNT)、一子态（LTC)及—驅動電晶體（DRVTr)形成。此外，ADC 128075.doc 14- 200904164 15入係配置在（11+1)行中。在正常水平轉移模式令’行掃描電路13-0至13_n透過選擇線SEU)錢Ln順序地選㈣定列。此時，測試行掃描電路18L及18R未被選擇。在行掃描電路13-0至13-n中，—, Τ —開始位置係藉由開始脈衝選擇電路19來選擇。因為杆户 ‘、仃知·撝電路13-0至13-n包括移位暫存器，故其係順序地選擇。 ^ y ^ ^ 俾在一述疋行中之驅動電晶體的資訊（一或零）被讀取，且萨、。糟由用作貧料偵測電路之感測放大器電路20-0至20-1(在S/A2〇中）輸出。在測试水平轉移模式中丨y 叫4仃知*描電路18L及18R順序地選擇特定測試列。此時選擇。 4為電路13-0至U，n未被在測試行掃描電路1 8L及】8r ^ #f 'H ^ φ ^ 間，一開始位置係藉由開

始脈衝4擇電路19來選擇。因為測試行掃描電路18L至18R 包括移位暫存器，故其被順序地選擇。此外’因為測試行掃招雷饵拖電路18 R之m行係少於行掃描電路的η行，故執行環形掃描。掃描回到第-行。在執仃對於第-订之掃描後’ 2敎行巾之測試模式驅動TpDRvT 讀取，且藉由感測放大器電路⑽至叫輸出。） j=:在—根據具體實施例之計數器鎖存”的測试嫌動電晶體之特定範例的電路圖。如圖6中顯示，— 驅動電晶體DRVTr包括一由卩彻j、通道 MOS(NM〇s)t Μ 由（例如）__n )電阳體N1形成的選擇電晶體，其係在 128075.doc 200904164 一預定電位部分及轉移線154間串聯連接；及一由—NM〇s 形成之貧料電晶體N2。選擇電晶體N1之閘極係連接至一選擇線SEL ’其係藉由一對應行掃描電路驅動，且育料電晶體N2之閘極係連接至鎖存器LTC的輸出。電晶體N2係藉著由對應行掃描電路13驅動之選擇線sel 連接至轉移線154(S/A匯流排）。電晶體N2i狀態係藉由鎖存态貧料決定，且係從一對應感測放大器電路2〇(_〇至_n) 讀取，其係一資料偵測電路。當鎖存器資料係一時，係形成電流路徑及電流流動。當鎖存器資料係零時，電流路徑被阻隔且無電流流動。圖7係一顯示其中一在該具體實施例中之測試模式產生電路1 7L或1 7R内的測試模式驅動電晶體TSDRVTr，係藉由一遮罩ROM形成之情況的特定範例之電路圖。測試模式驅動電晶體TSDRVTr包括一由一 NM〇s形成的選擇電晶體Nil，及分別*NM〇s形成之資料電晶體m2、 N22及N32 。選擇電晶體Nl 1之汲極係連接至轉移線i 54(S/A匯流排），且選擇電晶體Nil之源極係連接至資料電晶體Nu、 N22及N32的汲極。資料電晶體Nl2、N22及N32之源極係連接至預定電位部分。選擇電晶體N11之閘極係連接至一測試選擇線TSEL，且資料電晶體N12、：^22及1^2之閘極係連接至一遮罩ROM單元17丨的對應資料輸出。在此情況下，一用選擇線TSEL(其係藉由來自測試行掃描電路1 8L及18R之輸出驅動）建立對於轉移線丨54(S/A匯流 128075.doc -16- 200904164 由一 PATi信號指定之對應資料電測放大器電路20(-0至_n)讀取。排）之連接，且係藉由— 晶體決定的狀態，係從感對於資料電晶體，特定狀態（一或零）係在遮罩_單元 171中决疋為了輸出複數個模式，係提供藉由ρ·信號選擇之複數個電晶體。例如’當其需要輸出零時，遮罩ROM單元171係連接至接地。

Ο 此外，當其需要輸出—時，遮罩R〇M單元m係連接至 PATi信號線。此外’ PATi信號不同時指示高狀態。因此，若資料電晶體具有一及零，僅一對應於選定pATi信號的資料電晶體變得有效。此外，如以上描述，一資料電晶體狀態可不僅藉由遮罩 ROM單元171決定，且亦可藉由（例如）一暫存器或一例如 EEPROM之記憶體決定。圖8係一顯示在具體實施例中之感測放大器電路2 〇的特定範例的電路圖。感測放大器電路20包括藉由p通道m〇S(PMOS)形成之電晶體P21至P23，及藉由NMOS形成的電晶體N21至N23。電晶體P21至P23之源極係連接，以致具有一電源供應電位VCC ’且電晶體N21至N23之源極係連接以致具有一來考電位VSS。電晶體P21之汲極及電晶體N21的汲極係彼此連接，且其連接節點ND21係連接至電晶體N21及N22的閘極。 128075.doc -17- 200904164 電晶體P22之汲極及電晶體N22的汲極係彼此連接，且連接節點ND22係連接至電晶體p23的閘極。電晶體P23之汲極及電晶體N23的汲極係彼此連接，且其接合形成一輸出節點NC)23。在此電路中，一負載用作偏壓S/A匯流排之一恆定電流源極’且供應線係連接至電晶體P23的閘極。此外’複數個驅動電晶體係連接在S/A匯流排上，且一選擇驅動電晶體之資料驅動S/A匯流排係在1^或l位準中。藉由將此位準與一參考電壓REF比較，可決定一最後輸出。此外，藉由形成一類似於S/A匯流排之參考電壓側，可執行-差動操作。在此情況下，驅動電晶體使用反相驅動。在此，圖4中顯示之電路在正常轉移模式及測試轉移模式中的操作係描述如下’其中該等操作與圖5關聯。在正#水平轉移模式中，在自一同步信號（χΗ§)之某一空白週期後，一開始脈衝信號STRT係自開始脈衝選擇電路19輸出。此信號順序地選擇行掃描電路^超心，且依序選擇 SELi信號。一選定打中之驅動電晶體的資訊係透過感測放大器電路 20-0至20-!作為資料情測電路順序地輸出（藉由類比至數位轉換獲得之資料係順序地輸出）。實際上，SELn信號及輸出！之時序i係藉由讀取同步及 128075.doc -18- 200904164 各種程序針對若干時脈延遲。然而，兩者係同時設定用於促進讀取次序之理解。 *在測。式水平轉移模式中，在自_同步信號（xhs)之某— 工白週期後’一測試開始脈衝信號TSTRT係從開始脈衝選擇電路19輸出。、測試開始脈衝信號T S Τ R τ順序地選擇測試行掃描電路 18L及18R，且依序選擇TSEU信號。时在選疋仃中之測試模式驅動器的資訊係透過感測放大為電路2G_〇至2G_n順序地輸出（預定資料係順序地輸出）。 —2外，通f ’測試行掃描電路18L至18R之數目係少於灯抑描电路13_〇至13_n。因此，藉由執行環形掃描，輸出之數目可設定為與正常情況相同。實際上，TSELm信號及輸出！之時序係藉由讀取同步及各種程序針對若干時脈延遲。’然而，兩者係同時設定用於促進於讀取次序之理解。 l. 已描述水平轉㈣統及測試系統㈣定組態及操作。其次’根據具體實施例之固態成像裝置i〇(cm〇s影像感測器）的操作係描述如下，其中該操作與圖9中顯示之時序圖及圖3中顯示的方塊圖關聯。在自任何列Hx中之單元像素lu至行線ν〇、νι、·..之第 —次讀取’變穩定後’-其中參考電壓所根據之傾斜波形 RAMP係自㈣16之—輸出輸出。該參考電壓所根據之傾斜波形RAMP係輸入成為用於各比較器ΐ5ι之一來考電壓咖。比較器151比較參考電壓咖與任何行線&之一電 128075.doc •19· 200904164 壓。此時，計數器鎖存器152係在遞減計數狀態中，及執行重設計數。當參考電壓REF係等於行線乂乂的電壓時，比較器151之一輸出COMP〇UTi係反轉，一遞減計數操作停止且保持一計數值。此時，假設計數器鎖存器i 52之一初始值係類比至數位轉換之灰階中的任何值，例如零。在此重設計數週期，單元像素1 1 1之一重設分量a V被讀取。之後，在基於光量的行線V0、V1、.之電壓成為穩定後，在一資料計數週期中，傾斜波形RAMp係輸入作為參考電壓REF。參考電壓REF與一來自行線v〇、vi、·.之一的電壓之比較係藉由比較器1 5丨執行。平行於段差狀傾斜波形RAMP的輸入，各計數器鎖存器 152執行遞增計數。當參考電壓REF係等於行線之電壓時，比較器1S1之輸出（：〇1^15〇1；11反轉且保持一依據比較週期的計數值。計數器鎖存器152中保持之計數值係藉由行掃描電路13 掃描，且係作為一數位信號透過轉移線154輸入至感測放大器電路20。一數位值係順序地偵測及輸出。此外，啟動行掃描電路13之開始，以致行掃描電路13予以供應來自開始脈衝選擇電路19之開始脈衝信號。之後，成組之兩個鄰接行掃描電路被順序地選擇。此外，測試模式產生電路17L及17R係連接至轉移線 154。測試模式產生電路17L及㈣包括用於產生預定模式 128075.doc -20- 200904164 之模式產生電路，且在水平轉移線之測試中順序地供應測武模式。、此外’測試模式產生電路17L及17R係藉由測試行掃描電路1 8L及1 8R順序地控制。啟動測試行掃描電路1 8L及1 8R之各電路的開始之方式係其獲得供應測試開始脈衝信號TSTRT。之後，在測試行掃描電路18L及18R之間，成組之兩個鄰接測試行掃描電路係依互換方式順序地選定。此時，行掃描電路13係在非啟動狀態。別Μ上所述 …一η〜… 取琢展置} 〇包括像素陣列區段（影像讀取區段川，其中用於執行光電轉換之複數個像素係配置在一矩陣中；至少一資料轉移線 W，其轉移數位資料；至少一感測放大器電路(嶋測 )其係連接至s亥資料轉移線154 ;計數器鎖存器（保持電路）152，其保持對應於透過影像讀取區段讀取之行線 =類比輸人位準之數位值，及轉移該等數位值至該至少— 移線154;行掃描電路（掃描電路）η，其自該二持：：中選擇一保持電路；至少一測試模式產生電路摆產，生一預定數位值；至少一測試行掃描電㈣，其選擇°玄至少一測試模式產&蕾^ 、電路17，及該開始脈衝選擇電 ^制㈣描電路之開始及該至少一測試行掃描電路之開始。該開始脈值至該至少電路19具有一轉移該預定數位貝枓轉移線154之功能，該功少-測試行掃描雷技· & 刀此係、&由D亥至藉由啟動該至少一測試模式產生電 128075.doc 200904164 路1 7。因此’可獲得以下優點。換句活說，藉由使用測試模式產纟電路】及咖(其可輸出預定值），可谓測轉移線154及感測電路之缺陷。此外:在例如當需要增加水平轉移速率的情況下，可易於、可罪地執行感測電路之性能的確認測試。其次’係考慮以上所述固態成像裝置中之感測放大器電路的配置位置。圖⑽-顯示用於圖3中所示固態成像裝置1〇之像素、 ADC及感測放大器電路（S/A)的配置之說明。、圖11係一顯示用於圖3中所示固態成像裝置1〇之像素、 ADC及感測放大器電路（S/A)的經改進配置之說明。在圖10及U中，為了概純簡化描述，係省略具體實施例的測試系統電路特性。在一CMOS感測器之情況下，需要將像素配置於_陣列中。在-記憶體之情況下，實體位置方面沒有限制。因此’可適當地分開記憶體。關於一像素間距，取決於一單元像素大小，像素依—大約2 μηι至3 μιη之非常精細間距配置。因此:ADC群組15中之ADC15A需要依據該間距配置。尤其係’關於係類比電路的比較器151，為了防止特性中之差異，比較器15 1之佈局的均勻性很重要。因此，藉由依據該像素間距形成佈局’係需要抑制特性中之變化。結果’如圖1G中顯示，連接至感測放大器電路2q之轉移線1 54(水平轉移匯流排）予以佈置以致橫越adc〗。 128075.doc •22· 200904164 之長度，及水平轉移匯流排此時具有（例如）一大約7 可具有-非常大之寄生電阻及寄生電容。此可在讀取時間中造成延遲。因此’如圖"中所示’藉由使用—其中(在間隙部分” 7千轉移匯流排係佈置在垂直方向(即行線心的佈線方向) 中之佈局，水平轉移匯流排可被分開，藉以可減少阻及寄生電容。換句話說，#由形成一階層式感測放大器匯流排配置，可減少寄生電阻及寄生電容。結果’可減少讀取時間。此外，可執行平行處理，因而致能進一步加速。在此If況下，ADC 1 5 A被分組成為小群組GRPS，且該等小群組GRPS被分組成為大群組GRpL。針對小群組 GRPS及大群組GRPL之各纟，係佈置感測放大器電路2〇。

在此凊况下，較仏係ADC間距被調適用於在一到達係類比電路之比較器151的範圍中之像素間距，且較佳係ADC 間距從計數器鎖存器（其係數位裝置）減少。此外，因為水平轉移匯流排被分開，部分讀取（啟動）亦可執行。換句話說，所謂"窗口分段”係可能。圖12及13係顯示水平轉移系統之範例組態的說明，其中圖11中所示之構造概念係用於根據該具體實施例之固態成像裝置（包括一測試系統電路）。在圖1 2中顯示的範例中係形成兩群組之adc 1 5 A。對於兩群組（即一左群組LGRP及一右群組rgPR)，一階層式感測放大器匯流排配置係依位元之單元形成。此外，係佈置 128075.doc •23 - 200904164 測試模式產生電路1 7L及1 7R ’及測試行掃描電路1 及 18R，其中兩群組LGRP及RGPR提供在其間。在此情況下’對於左群組LGRP，係使用在左側上之測試模式產生電路17L及測試行掃描電路18。對於右群組 RGRP，係使用在右側上之右測試模式產生電路丨及測試行掃描電路1 8。在圖13中顯示的範例中，係形成ADC丨5 A的複數個群組。對於各群組，一階層式感測放大器匯流排配置係依位元之單元形成。此外，測試模式產生電路17L及測試行掃描電路1 8L係佈置在各群組之一側上，且測試模式產生電路17R及測試行掃描電路18R係佈置在該群組的另—側上。該群組係提供在一組測試模式產生電路丨7L及測試行掃描電路18L之間，及一組測試模式產生電路nR及測試行掃描電路18R之間。在此情況下，對於各群組，係使用在兩側上之測試模式產生電路17L及17R，及測試行掃描電路丨几及丨服。、工如以上描述，藉由在ADC群組15之行平行ADc組塊Η] 内佈置測試模式產生電路17L及17R，與測試行掃描電路 1 8L及1 8R，可5f估所配置位置之相依方面的景多響。具有以上所述優點之固態成像裝置可應用為—用於數位相機及視訊相機的影像讀取裝置。圖14係一顯示—相機系統3〇之組態的範例之方塊圖，根據本發明之具體實施例的固態成像裝置係應用至其。士圖14所7^相機系統3G包括—影像讀取裝置3 1，根據 128075.doc -24- 200904164 該具體實施例之固態成像裝置10可應用至其；一光學系 :乂係例如用於導引—入射光至影像讀取裝置31之一像體〜像），—透鏡32，其係用於聚焦入射光〜、’至—影像讀取平面；一驅動電路（DRV)33,其係 y °動〜像讀取裝置3 i ;及-信號處理電路(pRc)M，其係用於處理—來自影像讀取裝置31之輸出信號。驅動電路33包括一各種類型之時序信號動衫像s買取裳置3 1中影像讀取裝置3 1。時序產生器（未顯示），其係用於產生，包括一開始脈衝及時脈脈衝，其驅之電路。驅動電路33以預定時序驅動此外’信號處理電路34執行信 •-…^ 7 牡 /卜取裝置31之輸出信號上的相關雙重取樣（CDS) _ -藉由信號處理電路34產生之影像信號係記錄在_例如 §己憶體之記錄媒體上。藉由在記錄媒體上記錄之影像信號代表的衫像貢訊係藉由一印表機或類似者作為硬複製輸出此外，藉由信號處理電路34產生的影像信號係在一例如液晶顯示器的監視器上顯示成為動晝。如以上描述，藉由使用以上固態成像裝置1()作為在例如數位靜態相機之影像讀取設備中之影像讀取裝置31，可實現一高精度相機。、，熟習此項技術者應瞭解，只要在隨"請專利範圍或其等效内容的料内’可取決於設計要求及其他因素進行: 種修改、組合、次組合及變更。【圖式簡單說明】 128075.doc •25· 200904164 圖1係顯示一句：— Λ

、乙括一仃千仃ADC之固態成像裝置（CMOS 影像感測器）之組態的範例之方塊圖；圖2係說明圖1中所示之固態成像裝置的操作之時序圖；圖3係顯示_包括根據本發明之具體實施例的—行平行 ADC之固態成像裝置(CM〇s影像感測器)之組態的範例之方塊圖；

圖4係顯示圖3中所示之ADC及圖3中所示之固態成像裝置水平轉移與轉移測試系統的更特定組態之方塊圖；、圖5係顯示圖4中所示電路之正常水平轉移與測試水移模式的時序圖；圖6係顯示在一根據該具體實施例之計數器鎖存器中之測試模式驅動電晶體之特定範例的電路圖；圖7係顯示-其中—在該具體實施例中之—測試模式產生電路内的測試模式驅動t晶體係藉由一遮罩r〇m形成之情況下的特定範例的電路圖；圖8係-顯示在該具體實施例中之感測放大器電路定範例之電路圖； ’ 圖9係-說明圖3中所示固態成像裝置之操作的時序圖圖10係一顯示用於圖3中所示固態成像裝置之像素 ADC及感測放大器電路（S/A)的配置之說明. 、不固態成像裝置之像素經改進配置之說明；圖11係一顯示用於圖3中所 ADC及感測放大器電路（S/A)之圖明， 12係一顯示一水平轉移系統之組態的第一範例之說其中圖U中所示構造概^用於根據該具體實施例包 128075.doc -26- 200904164 括一測試系統電路之固態成像裝置；圖13係—顯示一水平轉移系統之組態的第二範例之說明二其中圖11中所示構造概念係用於根據該具體實施例包括一測試系統電路之固態成像裝置；及本相機系統之組態的範例之方塊圖，根據

-\丹髖貫施例的固態成像裝【主要元件符號說明】 1 固態成像裝置 2 像素陣列區段 3 列掃描電路 4 行掃描電路 5 時序控制電路 6 ADC群組 7 〇數位至類比轉換 8 9 計數器減法電路 10 11 固態成像裝置像素陣列區段 12 13'〇至I3_n 列掃描電路行掃描電路 14 時序控制電路 15 ADC群組 15A 16 ADC DAC 128075.doc .27· 200904164 17L 測試模式產生電路 17R 測試模式產生電路 18L 測試行掃描電路 18R 測試行掃描電路 19 開始脈衝選擇電路 20-0至 20-1 感測放大器電路 21 單元像素 30 相機糸統 31 影像讀取裝置 32 透鏡 33 驅動電路/DRV 34 信號處理電路/PRC 61 比較器 62 記憶體裝置 63 行平行ADC組塊 64 水平轉移線 111 單元像素 151 比較器 152 遞增/遞減計數器/計數器鎖存器 153 行平行ADC組塊 154 轉移線 171 遮罩ROM單元 CNT 計數器 DRVTr 驅動電晶體 128075.doc -28- 200904164

GRPL

GRPS

LGRP

LTC N1 N2

Nil N12 N21 至 N23 N32 ND 21 ND 22 ND 23 P21 P22 P23

RGPR 大群組小群組左群組鎖存器電晶體資料電晶體選擇電晶體資料電晶體資料電晶體資料電晶體連接節點連接節點輸出節點電晶體電晶體電晶體右群組 SEL0至SELn 選擇線 TSEL 測試選擇線 128075.doc 29-

Claims

200904164 十、申請專利範圍： 1. 一種資料轉移電路，其包含：至少-資料轉移線，其轉移數位資料，· 至少一資料偵測電路，1 /、係連接至该至少一資料轉移線；複數個保持電路，其伴保持對應於輸入位準之數位值及轉料等數位值至該至少―f料轉移線； i描電路’其自該複數個料電路中選擇一保持電路，至少一測試模式產生電 E ^ 其產生一預定數位值，該至少一測試模式產生雷線；路係連接至該至少一資料轉移至少一測試行掃描雷跋生電路；& 擇該至少-測試模式產 :開始脈衝選擇電路，其控制該掃描電路之開始及該至^ 一測試行掃描電路的開始，其中該開始脈衝選擇雷 _ #^ φ^ ^ 電路具有一經由該至少一測試行知描電路精由啟動該至少— 箱中如，，則5式模式產生電路來轉移該預疋數位值至該至少_ 責科轉移線之功能。如μ求項1之資料轉移電路，其中該至少一測钟伊a + ^ M /V 4dt 、Π禺式產生電路係佈置在其中配置該稷數個保持電路 ,Λ 1 區的至少一末端處。如Μ求項1之資料轉移電路，其中該至少一測q抬模式電路包括複數個測試模式產生 128075.doc 200904164 電路，及其中該複數個測試模式產生電路係佈置在其中配置該複數個保持電路之一區的兩末端處。 4.如請求項2之資料轉移電路，其中該複數個保持電路係並聯配置，及其中該至少一資料轉移線係提供在一其中該複數個保持電路係並聯配置之方向中，且係連接至佈置於該方向中之該至少一資料偵測電路。 5 ·如請求項2之資料轉移電路， /、中該複數個保持電路係並聯佈置，及 ”中亥至v f料轉移線係提供在_相對於其中數個保持電路係並聯配置之一方向的垂直方向中，：二=佈置於該垂直方向中之該至少—資料偵測電路。 6·如明求項5之資料轉移電路，其中該至少-測試模式產生電路包括電路，苴係佑】4模式產生中。佈置在其中配置該複數個保持電路之該區 7. 如叫求項!至6中之一項的資料轉移電路，中。亥至少一測試模式產生電路包括—一，元，其係能輸出複數個測試模式。料保持單 8. —種固態成像裝置，其包含： -影像讀取區段，其中用於執素係配置在—矩陣中；轉換之複數個像至夕貝料轉移線，其轉移數位資料； 128075.doc 200904164 至少一資料偵測電路，線；其係連接至該至少一資料轉移複數個保持電路，1 持對應於透過該影像讀取區段之订線讀取的類比輸入 5 . 彳丰之數位值，及轉移該等數位值至该至少一資料轉移線；一掃描電路，其自嗲路； 4设數個保持電路中選擇一保持電至少一測試模式產生雷 5小. 路，其產生一預定數位值，該線；電路係連接至該至少一資料轉移至少一測試行掃描電路，生電路；及其選擇該至少一測試模式產一開始脈衝選擇雷改、一〃、控制該掃描電路之開始及該至乂一测試行掃描電路之開始，其中該開始脈衝選摆雷擇電路具有-經由該至少-測試行 L 掃描電路藉由啟動該至少一測 v利试模式產生電路來轉移該 9. 預疋數位值至該至少—資料轉移線之功能。如请求項8之固態成像裝置，、—：中°亥至少-測試模式產生電路係佈置在其中配置該稷數個保持電路之-區的至少—末端處。 10.如請求項8之固態成像裝置， '、κ至^測°式拉式電路包括複數個測試模式產生電路，及其中該複數測試模式產生電路係佈置在其中配置該複 128075.doc 200904164 數個保持電路之—區的兩末端處。 11. 如請求項9之固態成像裝置， 2中該複數個保持電路係並聯佈置，及 /、中该至少一資料轉移線係持電路係並聯配置. /、中。亥複數個保中之向中，且係連接至佈置於該方而〆至夕一資料偵測電路。 D 12. 如請求項10之固態成像裝置， ^中该複數個保持電路係並聯佈置，及其中該至少-資料轉移線係提供在一相對於” 數個保持電路係並聯配置之一方⑽/、中4複連接至佈置㈣垂直方向中’且係 13如士主戈s ' Π之δ亥至少一資料偵測電路。如明求項12之固態成像裝置，生電路f: I式杈式產生電路包括該至少-測試模式產中。’、係佈置在其中配置該複數個保持電路之該區 14 種相機糸統，其包含·· —固態成像裝置； τ光學系統，其在該固態成像裝置上聚焦一主體影 1冢，及 4就處理電路)# ^ . 旦^ 路”處理—自該固, 態成像裝置輸出的衫像信號，其中該固態成像裝置包括 —影像讀取區段，：Μ： φ fig 士人士， ^ 又其中用於執行光電轉換之複數個像素係配置在一矩陣中，· 128075.doc 200904164 至少一資料轉移線，其轉移數位資料；至少一資料偵測電路，其係連接至該至少—資料賴移線；複數個保持電路，其保持對應於透過該影像讀取區段之行線讀取的類比輸入位準之數位值，且轉移該等數位值至該至少一資料轉移線；一掃描電路，其自該複數個保持電路中選擇一保持電路；

一資料轉移線；產生電路；及至少一測試行掃描電路，其選擇該至少一測試模式

該至少一該至少一測試行掃描電路之開始，

一資料轉移線之功能。 128075.doc