[发明专利]比较器、AD转换器、固态成像装置以及相机系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种比较器、单斜率式模数(AD)转换器、以互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器为代表的固态成像装置、以及相机系统。

背景技术

人们对具有多个传感器以阵列形式设置的结构的半导体装置(诸如CMOS图像传感器等)的信号处理的复杂度和小型化已具有越来越高的期望。

为了实现这一期望，例如，日本专利特开No.2011-159958提出了一种通过将芯片形成在层压结构中以将较大信号处理电路与芯片相结合的方法，该芯片的尺寸与以往芯片的尺寸相等。

这种半导体装置具有如下芯片的层压结构：包括用于生成模拟信号的传感器阵列的芯片(此芯片以下将被描述为模拟芯片)和包括用于信号处理的逻辑电路的芯片(此芯片以下将被描述为数字芯片)。

通过将这些芯片垂直层压入经由在模拟芯片中形成的直通接触(硅)通孔(TC(S)V(Through Contact(Silicon)VIA))建立连接的结构中，来实现半导体装置的小型化。

当通过这种方法实现小型化时，存在如下问题：如何分配与用于将从传感器阵列输出的数据传递至上下芯片的信号路径相关的电路块。

在上述系统中，用于从传感器阵列中提取信号的布线的数量例如与图像传感器的垂直或水平方向上的像素的数量为相同数量级，因而为几千个或更多。

因此，当TCV被插入这些路径中时，不可避免地需要密集设置TCV。所以，当邻近特定TCV的TCV的信号以大振幅跳变时，所关心的TCV的信号会受到干扰，误差出现。

通过将经由TCV传输的信号限制为在电压方向上量化的信号(使用一个或多个二进制信号线)，在过去已经采取了针对该干扰的措施。

下面将对这些措施的详细情况进行描述。

下面将首先描述其中通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号(即数字信号)的措施，其次描述其中通过TCV的传输信号为时间上连续但量化的信号的情况。

首先将描述其中通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号(即数字信号)的措施。

图1是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第一示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号。

半导体装置1具有模拟芯片2和数字芯片3的层压结构。

半导体装置1具有以阵列形式设置在使用模拟工艺制造的模拟芯片2上的多个传感器4(-0，-1，...)，模拟芯片2是该层压结构中的芯片之一。

用于在时间上离散信号的采样开关6(-0，-1，…)经由放大器5(-0，-1，…)被连接至传感器4的各个输出。

在此情况下，当从用作源的传感器4中输出的信号具有足够高的功率时，在不需要放大器介入的情况下，传感器的输出可被直接连接至采样开关。

由采样开关6时间上离散的信号通过使用量化器7(-0，-1，…)在电压方向上被量化。

量化器7由多个比较器组成。各个比较器通过对一定信号电平和输入信号的电平进行比较来量化信号。

在此情况下，量化器7可以不一次性完成量化，并且可以是由多个阶段构成的电路。

在此过程中被数字化的信号经由TCV 8(-0，-1，…)传输至数字芯片3并由数字信号处理电路9进行处理。

在此情况下，通过TCV 8的信号被二值化为电源电平或接地(GND)电平，除非这些信号改变了大约电源电压的一半的幅度，否则不会导致误差。此外，即使因为TCV 8的寄生电容产生了信号延迟，当该信号延迟在信号处理电路9的设置范围之内时，也不会出现问题。

接下来将描述配置的另一个示例，其中，经由TCV传输的信号为数字信号。

图2是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第二示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号。

在此种情况下的半导体装置1A中，传感器4的输出信号不是通过采样开关6直接在时间上离散，而是被最靠近传感器4的采样和保持(SH)电路10(-0，-1，…)时间上离散。

形式最简单的采样和保持电路10仅由开关和电容实现。

接下来将描述将经由TCV传输的信号为数字信号的图2的配置示例应用到图像传感器的情况。

图3是示出使用层压芯片的半导体装置的配置的第三示例的图，其中，通过TCV的传输信号为时间上离散且量化的信号，并且图3是示出将图2的配置示例应用到CMOS图像传感器的示例的图。

顺便说一下，在图3中，为了方便理解，与图1和图2中相同的组成部分用相同的参考数字标识。