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JP6132655B2 - Signal processing circuit and capsule endoscope - Google Patents
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Description

本発明は、信号処理回路、およびこの信号処理回路を有するカプセル内視鏡に関する。   The present invention relates to a signal processing circuit and a capsule endoscope having the signal processing circuit.

図16は、特許文献1に記載されたGmCフィルタ回路の構成を示している。図16に示すGmCフィルタ回路1は、OTA(Operational Transconductance Amplifier)回路2とコンデンサCを有する。GmCフィルタ回路1への入力信号をVin、GmCフィルタ回路1の出力信号をVout、コンデンサCの容量をC、OTA回路2のトランスコンダクタンス値をGmで表すと、出力信号VoutはVout=(Gm・Vin)/jωCで表される。また、このGmCフィルタ回路1のカットオフ周波数Fcは、Fc=Gm・Vin/Cで決まる。   FIG. 16 shows the configuration of the GmC filter circuit described in Patent Document 1. The GmC filter circuit 1 shown in FIG. 16 includes an OTA (Operational Transducer Amplifier) circuit 2 and a capacitor C. When the input signal to the GmC filter circuit 1 is Vin, the output signal of the GmC filter circuit 1 is Vout, the capacitance of the capacitor C is C, and the transconductance value of the OTA circuit 2 is Gm, the output signal Vout is Vout = (Gm · Vin) / jωC. The cutoff frequency Fc of the GmC filter circuit 1 is determined by Fc = Gm · Vin / C.

特開2009−33323号公報JP 2009-33323 A

一般に、OTA回路のトランスコンダクタンスGmは回路電流に略比例する、若しくは回路電流の平方根に略比例する。したがって、同一のカットオフ周波数Fcを保ちながら従来のGmCフィルタの消費電流を低減するためにはコンデンサCの容量を減らせばよい。しかしながら、製造プロセスの限界等によりコンデンサCの容量の低減には限界があるため、消費電流の低減には限界があった。   In general, the transconductance Gm of the OTA circuit is approximately proportional to the circuit current or approximately proportional to the square root of the circuit current. Therefore, in order to reduce the current consumption of the conventional GmC filter while maintaining the same cut-off frequency Fc, the capacitance of the capacitor C may be reduced. However, since there is a limit in reducing the capacitance of the capacitor C due to the limit of the manufacturing process, there is a limit in reducing the current consumption.

OTA回路2とコンデンサCとの間に、オンとオフが切り替え可能なスイッチを有するサンプルアンドホールド回路が挿入されることがある。上記の問題は、サンプルアンドホールド回路を駆動するドライバ回路を実現する手段として存在するOTA回路の低消費電力化の限界も示唆している。何故ならば、定期的にサンプル動作と保持動作を行うサンプルアンドホールド回路を、サンプル動作中に生じる誤差が所定の値以下となるように駆動するためには、OTA回路2およびコンデンサCで構成されるGmCフィルタのカットオフ周波数(Fc=Gm・Vin/C)を所定の値よりも大きくする必要があるためである。   A sample and hold circuit having a switch that can be switched on and off may be inserted between the OTA circuit 2 and the capacitor C. The above problem also suggests the limitation of reducing the power consumption of the OTA circuit that exists as a means for realizing a driver circuit for driving the sample and hold circuit. This is because an OTA circuit 2 and a capacitor C are used to drive a sample-and-hold circuit that periodically performs a sample operation and a hold operation so that an error that occurs during the sample operation is a predetermined value or less. This is because the cutoff frequency (Fc = Gm · Vin / C) of the GmC filter needs to be larger than a predetermined value.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、サンプルアンドホールド回路を駆動するドライバ回路の消費電力を削減することができる信号処理回路およびカプセル内視鏡を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a signal processing circuit and a capsule endoscope that can reduce power consumption of a driver circuit that drives a sample-and-hold circuit. To do.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、複数の電圧信号を時分割して第一の信号列として順次出力し、前記複数の電圧信号を第二の信号列として同時に並列的に出力する信号列生成回路と、前記第二の信号列が入力され、前記複数の電圧信号の略最大値に対応した最大信号と、前記複数の電圧信号の略最小値に対応した最小信号とを出力する最大値/最小値検出回路と、前記最大信号と前記最小信号とが入力され、前記最大信号と前記最小信号との差に応じて変化するバイアス制御信号を出力するバイアス制御回路と、前記第一の信号列と前記バイアス制御信号とが入力され、前記バイアス制御信号に応じたトランスコンダクタンスで前記第一の信号列を変換したドライバ出力電圧を出力するドライバ回路と、前記ドライバ出力電圧が入力され、サンプル期間において前記ドライバ出力電圧をサンプルする動作と、保持期間において前記ドライバ出力電圧を保持する動作とを繰り返すサンプルアンドホールド回路と、を有し、前記ドライバ回路の前記トランスコンダクタンスは、前記最大信号と前記最小信号との差が増加すると値が増加し、前記差が減少すると値が減少するように、前記バイアス制御信号によって制御されることを特徴とする信号処理回路である。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and a plurality of voltage signals are time-divided and sequentially output as a first signal sequence, and the plurality of voltage signals are simultaneously parallelized as a second signal sequence. Output signal sequence generating circuit, the second signal sequence is input, the maximum signal corresponding to the substantially maximum value of the plurality of voltage signals, and the minimum signal corresponding to the approximately minimum value of the plurality of voltage signals And a bias control circuit that receives the maximum signal and the minimum signal and outputs a bias control signal that changes in accordance with the difference between the maximum signal and the minimum signal; A driver circuit that receives the first signal string and the bias control signal and outputs a driver output voltage obtained by converting the first signal string with a transconductance according to the bias control signal; and the driver Power voltage is input, possess behavior and for sampling the driver output voltage at a sample period, the sample and hold circuit to repeat the operation and for holding the driver output voltage in a holding period, wherein the transconductance of the driver circuit Is a signal processing circuit controlled by the bias control signal so that the value increases when the difference between the maximum signal and the minimum signal increases and decreases when the difference decreases. .

また、本発明の信号処理回路は、前記サンプルアンドホールド回路を入力段に有し、前記サンプルアンドホールド回路に保持されたアナログ信号をデジタル信号であるAD変換信号として外部に出力するAD変換器を有することを特徴とする。   In addition, the signal processing circuit of the present invention includes an AD converter that has the sample and hold circuit in an input stage and outputs an analog signal held in the sample and hold circuit to the outside as an AD conversion signal that is a digital signal. It is characterized by having.

また、本発明は、複数の電圧信号を所定のフレーム周期で繰り返し時分割して第一の信号列として出力する信号列生成回路と、前記第一の信号列とバイアス制御信号とが入力され、前記バイアス制御信号に応じたトランスコンダクタンスで前記第一の信号列を変換したドライバ出力電圧を出力するドライバ回路と、前記ドライバ出力電圧が入力され、サンプル期間において前記ドライバ出力電圧をサンプルする動作と、保持期間において前記ドライバ出力電圧を保持する動作とを繰り返すサンプルアンドホールド回路を入力段に有し、前記サンプルアンドホールド回路に保持されたアナログ信号をデジタル信号であるAD変換信号として出力するAD変換器と、前記AD変換信号の略最大値に対応した最大信号と、前記AD変換信号の略最小値に対応した最小信号とを出力する最大値/最小値検出回路と、第1のフレームに出力された前記最大信号と前記最小信号との差に基づき、前記第1のフレームよりも後の第2のフレームに出力される前記最大信号と前記最小信号との差を予想し、前記第2のフレームに出力される前記第一の信号列に対応する前記バイアス制御信号を出力するバイアス制御回路と、を有し、前記ドライバ回路の前記トランスコンダクタンスは、前記最大信号と前記最小信号との差が増加すると値が増加し、前記差が減少すると値が減少するように、前記バイアス制御信号によって制御されることを特徴とする信号処理回路である。 In the present invention, a signal string generation circuit that outputs a first signal string by repeatedly time-dividing a plurality of voltage signals at a predetermined frame period, the first signal string and a bias control signal are input. A driver circuit that outputs a driver output voltage obtained by converting the first signal sequence with a transconductance according to the bias control signal; and an operation that inputs the driver output voltage and samples the driver output voltage in a sample period; An AD converter having a sample-and-hold circuit that repeats the operation of holding the driver output voltage in a holding period in an input stage, and outputting an analog signal held in the sample-and-hold circuit as an AD conversion signal that is a digital signal A maximum signal corresponding to a substantially maximum value of the AD conversion signal, and a minimum of the AD conversion signal And a second value after the first frame based on the difference between the maximum signal and the minimum signal output to the first frame. A bias control circuit for predicting a difference between the maximum signal and the minimum signal output in a frame of the first frame and outputting the bias control signal corresponding to the first signal sequence output in the second frame; have a, the transconductance of the driver circuit, the maximum signal and the difference between the minimum signal increases the value increases, as the value when the difference is decreased to decrease, controlled by the bias control signal a signal processing circuit, characterized in that that.

また、本発明の信号処理回路において、前記ドライバ回路のトランスコンダクタンスは、前記最大信号と前記最小信号との差が増加すると値が増加し、前記差が減少すると値が減少する関数で制御されることを特徴とする。   In the signal processing circuit of the present invention, the transconductance of the driver circuit is controlled by a function that increases when the difference between the maximum signal and the minimum signal increases and decreases when the difference decreases. It is characterized by that.

また、本発明の信号処理回路において、前記サンプルアンドホールド回路は、サンプリングクロックによりオンとオフが制御されるサンプリングスイッチと、容量の値がCSHであるサンプリング容量と、を有し、前記サンプリングスイッチがオンとなる前記サンプル期間の長さをts、前記サンプルアンドホールド回路に許容されるサンプリング誤差をε、前記最大信号と前記最小信号との電圧の差をVCONT_MAXとした場合に、
を満たすトランスコンダクタンスgmで前記ドライバ回路が動作するように前記バイアス制御回路が前記バイアス制御信号を制御することを特徴とする。
In the signal processing circuit of the present invention, the sample and hold circuit includes a sampling switch that is controlled to be turned on and off by a sampling clock, and a sampling capacitor having a capacitance value of CSH , and the sampling switch Is set to ts, the sampling error allowed in the sample and hold circuit is ε, and the voltage difference between the maximum signal and the minimum signal is V CONT_MAX ,
The bias control circuit controls the bias control signal so that the driver circuit operates with a transconductance gm satisfying

また、本発明の信号処理回路において、前記信号列生成回路は、半導体基板の平面上に配列され、受光量に応じた前記電圧信号を生成する複数の受光素子を有する画素列と、第一端子および第二端子を有し、前記第一端子が各々の前記受光素子に接続され、前記第二端子が互いに接続され、オンとオフの切り替えが可能な複数のスイッチと、を有し、オンとなる前記スイッチを順次切り替えることにより、前記複数の受光素子で生成された前記電圧信号を時系列的に切り替えて前記第一の信号列として順次出力し、前記複数の受光素子で生成された前記電圧信号を前記第二の信号列として、前記複数の受光素子の夫々に対応して設けられた信号線に同時に並列的に出力することを特徴とする。   In the signal processing circuit of the present invention, the signal string generation circuit is arranged on a plane of a semiconductor substrate, and includes a pixel string having a plurality of light receiving elements that generate the voltage signal according to the amount of received light, and a first terminal And a second terminal, the first terminal is connected to each of the light receiving elements, the second terminal is connected to each other, and a plurality of switches that can be switched on and off, and The voltage signals generated by the plurality of light receiving elements are sequentially output as the first signal sequence by sequentially switching the switches, and the voltages generated by the plurality of light receiving elements. A signal is output as a second signal sequence in parallel to signal lines provided corresponding to each of the plurality of light receiving elements.

また、本発明の信号処理回路において、前記最大値/最小値検出回路は、複数のNMOSトランジスタと、第一端子および第二端子を有する第一の電流源とを有し、前記複数のNMOSトランジスタの夫々のゲート端子が前記複数の受光素子の全て、若しくは一部に接続され、前記複数のNMOSトランジスタの夫々のドレイン端子が第一の電源に接続され、前記複数のNMOSトランジスタの夫々のソース端子が互いに接続され、前記第一の電流源の前記第一端子が前記複数のNMOSトランジスタの全てのソース端子に接続され、前記第一の電流源の前記第二端子が第二の電源に接続され、前記NMOSトランジスタのソース端子と、前記第一の電流源の前記第一端子とが接続された部分から前記最大信号を出力する最大値検出回路と、複数のPMOSトランジスタと、第一端子および第二端子を有する第二の電流源とを有し、前記複数のPMOSトランジスタの夫々のゲート端子が前記複数の受光素子の全て、若しくは一部に接続され、前記複数のPMOSトランジスタの夫々のドレイン端子が前記第二の電源に接続され、前記複数のPMOSトランジスタの夫々のソース端子が互いに接続され、前記第二の電流源の前記第一端子が前記PMOSトランジスタの全てのソース端子に接続され、前記第二の電流源の前記第二端子が前記第一の電源に接続され、前記PMOSトランジスタのソース端子と、前記第二の電流源の前記第一端子とが接続された部分から前記最小信号を出力する最小値検出回路と、を有することを特徴とする。   In the signal processing circuit of the present invention, the maximum value / minimum value detection circuit includes a plurality of NMOS transistors and a first current source having a first terminal and a second terminal, and the plurality of NMOS transistors. Each of the plurality of light receiving elements is connected to all or part of the plurality of light receiving elements, each drain terminal of the plurality of NMOS transistors is connected to a first power supply, and each source terminal of the plurality of NMOS transistors is connected Are connected to each other, the first terminal of the first current source is connected to all source terminals of the plurality of NMOS transistors, and the second terminal of the first current source is connected to a second power source. A maximum value detection circuit for outputting the maximum signal from a portion where the source terminal of the NMOS transistor and the first terminal of the first current source are connected; A plurality of PMOS transistors and a second current source having a first terminal and a second terminal, each gate terminal of the plurality of PMOS transistors being connected to all or a part of the plurality of light receiving elements. Each drain terminal of the plurality of PMOS transistors is connected to the second power source, each source terminal of the plurality of PMOS transistors is connected to each other, and the first terminal of the second current source is the PMOS Connected to all source terminals of the transistor, the second terminal of the second current source is connected to the first power source, the source terminal of the PMOS transistor, and the first terminal of the second current source And a minimum value detection circuit that outputs the minimum signal from a portion connected to.

また、本発明の信号処理回路において、前記ドライバ回路は、前記バイアス制御信号により出力電流が制御されるテール電流源と、前記テール電流源から入力された前記出力電流の値に応じた所定のトランスコンダクタンスで、反転入力端子および非反転入力端子に入力された電圧の差分に応じた電流を出力する差動対回路と、前記差動対回路から入力された前記電流に応じた電圧を出力する負荷回路と、を有することを特徴とする。   In the signal processing circuit of the present invention, the driver circuit includes a tail current source whose output current is controlled by the bias control signal, and a predetermined transformer corresponding to the value of the output current input from the tail current source. A differential pair circuit that outputs a current corresponding to a difference between voltages input to an inverting input terminal and a non-inverting input terminal, and a load that outputs a voltage corresponding to the current input from the differential pair circuit. And a circuit.

また、本発明は、半導体基板の平面上に配列され、受光量に応じた前記電圧信号を生成する複数の受光素子を有する画素列を前記信号列生成回路に備え、前記電圧信号に対応した前記AD変換信号を出力する前記信号処理回路と、被写体から入力された光束を前記画素列に結像する対物レンズと、前記信号処理回路から入力された前記AD変換信号に基づいた画像処理を行う画像処理回路と、前記信号処理回路および前記画像処理回路に電源を供給する電源供給回路と、を有することを特徴とするカプセル内視鏡である。   The present invention also includes a pixel column having a plurality of light receiving elements arranged on a plane of a semiconductor substrate and generating the voltage signal corresponding to the amount of received light, in the signal column generation circuit, and corresponding to the voltage signal. An image for performing image processing based on the AD conversion signal input from the signal processing circuit that outputs an AD conversion signal, an objective lens that forms an image of a light beam input from a subject on the pixel array, and the signal processing circuit A capsule endoscope comprising: a processing circuit; and a power supply circuit that supplies power to the signal processing circuit and the image processing circuit.

本発明によれば、バイアス制御回路は、最大値/最小値検出回路が出力する最大信号と最小信号との差に応じて変化するバイアス制御信号を出力する。あるいは、バイアス制御回路は、1つ前のフレームに出力された最大信号と最小信号との差に基づき、次のフレームに出力される最大信号と最小信号との差を予想し、次のフレームに出力される第一の信号列に対応するバイアス制御信号を出力する。そして、ドライバ回路は、バイアス制御信号に応じたトランスコンダクタンスで第一の信号列を変換したドライバ出力電圧を出力する。これによって、ドライバ回路の消費電力を削減することができる。   According to the present invention, the bias control circuit outputs a bias control signal that changes according to the difference between the maximum signal and the minimum signal output from the maximum value / minimum value detection circuit. Alternatively, the bias control circuit predicts the difference between the maximum signal and the minimum signal output in the next frame based on the difference between the maximum signal and the minimum signal output in the previous frame and outputs the difference in the next frame. A bias control signal corresponding to the output first signal sequence is output. Then, the driver circuit outputs a driver output voltage obtained by converting the first signal sequence with transconductance according to the bias control signal. Thereby, the power consumption of the driver circuit can be reduced.

本発明の第1の実施形態に係る信号処理回路の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a signal processing circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る信号列生成回路の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a signal string generation circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る受光素子の動作を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows operation | movement of the light receiving element which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る信号読み出し動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart illustrating a signal read operation according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る最大値/最小値検出回路の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a maximum / minimum value detection circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係るバイアス制御回路、ドライバ回路、およびサンプルアンドホールド回路の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a bias control circuit, a driver circuit, and a sample and hold circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係るサンプルアンドホールド回路の動作を示すタイミングチャートである。3 is a timing chart illustrating an operation of the sample and hold circuit according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係るドライバ回路の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a driver circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る差動対に流れる電流とトランスコンダクタンスの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electric current which flows into the differential pair which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and transconductance. 本発明の第1の実施形態に係るテール電流源の構成を示す回路図である。1 is a circuit diagram showing a configuration of a tail current source according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係るカプセル内視鏡の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the capsule endoscope which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るカプセル内視鏡の被写体である人体の胃壁を示す参考図である。It is a reference figure showing the stomach wall of a human body which is a subject of a capsule endoscope concerning a 2nd embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る信号処理回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal processing circuit which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る信号列生成回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the signal sequence generation circuit which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係るドライバ回路におけるトランスコンダクタンスアンプの構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the transconductance amplifier in the driver circuit based on the 2nd Embodiment of this invention. 従来のGmCフィルタ回路の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional GmC filter circuit.

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
<信号処理回路の構成>
本発明の第1の実施形態に係る信号処理回路SIG_PROC_CIRの構成について図1を用いて説明する。図1は、信号処理回路SIG_PROC_CIRの構成を示している。信号処理回路SIG_PROC_CIRは、信号列生成回路SIG_ARY_GENと、最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTと、バイアス制御回路BIAS_GENと、ドライバ回路DRV_CIRと、AD変換器ADCと、を有する。これらの構成は同一の半導体チップ上に形成されている。
(First embodiment)
<Configuration of signal processing circuit>
The configuration of the signal processing circuit SIG_PROC_CIR according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows the configuration of the signal processing circuit SIG_PROC_CIR. The signal processing circuit SIG_PROC_CIR includes a signal string generation circuit SIG_ARY_GEN, a maximum / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT, a bias control circuit BIAS_GEN, a driver circuit DRV_CIR, and an AD converter ADC. These structures are formed on the same semiconductor chip.

信号列生成回路SIG_ARY_GENは、複数の電圧信号(DC電圧信号)で構成される電圧信号群を時分割して第一の信号列SIG_ARY1としてドライバ回路DRV_CIRに順次出力する一方、電圧信号群を第二の信号列SIG_ARY2として最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTに同時に並列的に出力する。最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTは、第二の信号列SIG_ARY2が入力され、第二の信号列SIG_ARY2を構成する電圧信号群の最大値に対応した最大信号Vmaxと、電圧信号群の最小値に対応した最小信号Vminとを生成してバイアス制御回路BIAS_GENに出力する。   The signal string generation circuit SIG_ARY_GEN time-divides a voltage signal group composed of a plurality of voltage signals (DC voltage signals) and sequentially outputs the voltage signal group to the driver circuit DRV_CIR as a first signal string SIG_ARY1, while the second voltage signal group Are simultaneously output in parallel to the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT as the signal sequence SIG_ARY2. The maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT receives the second signal sequence SIG_ARY2, receives the maximum signal Vmax corresponding to the maximum value of the voltage signal group constituting the second signal sequence SIG_ARY2, and the minimum value of the voltage signal group. A corresponding minimum signal Vmin is generated and output to the bias control circuit BIAS_GEN.

バイアス制御回路BIAS_GENは、最大信号Vmaxと最小信号Vminとが入力され、最大信号Vmaxと最小信号Vminとの差に応じて変化するバイアス制御信号gm_ctrlを生成してドライバ回路DRV_CIRに出力する。ドライバ回路DRV_CIRは、第一の信号列SIG_ARY1とバイアス制御信号gm_ctrlとが入力され、第一の信号列SIG_ARY1を、バイアス制御信号gm_ctrlに応じた駆動力(トランスコンダクタンス)でドライバ出力電圧V_DRVOUTに変換してAD変換器ADCに出力する。   The bias control circuit BIAS_GEN receives the maximum signal Vmax and the minimum signal Vmin, generates a bias control signal gm_ctrl that changes according to the difference between the maximum signal Vmax and the minimum signal Vmin, and outputs it to the driver circuit DRV_CIR. The driver circuit DRV_CIR receives the first signal sequence SIG_ARY1 and the bias control signal gm_ctrl, and converts the first signal sequence SIG_ARY1 into the driver output voltage V_DRVOUT with a driving force (transconductance) corresponding to the bias control signal gm_ctrl. And output to the AD converter ADC.

AD変換器ADCは、ドライバ出力電圧V_DRVOUTが入力され、サンプル期間においてドライバ出力電圧V_DRVOUTをサンプルする動作と、保持期間においてドライバ出力電圧V_DRVOUTを保持する動作とを繰り返すサンプルアンドホールド回路SHCを入力段に有する。また、AD変換器ADCは、サンプルアンドホールド回路SHCに保持されたアナログ信号をデジタル信号であるAD変換信号AD_SIGに変換して信号処理回路SIG_PROC_CIRの外部に出力する。各ブロックの内部構成と各信号との詳細については後述する。   The AD converter ADC receives the driver output voltage V_DRVOUT, and inputs a sample-and-hold circuit SHC that repeats the operation of sampling the driver output voltage V_DRVOUT in the sample period and the operation of holding the driver output voltage V_DRVOUT in the holding period. Have. The AD converter ADC converts the analog signal held in the sample and hold circuit SHC into an AD conversion signal AD_SIG that is a digital signal and outputs the AD signal to the outside of the signal processing circuit SIG_PROC_CIR. Details of the internal configuration of each block and each signal will be described later.

<信号列生成回路>
[構成]
以下、図2を用いて、信号列生成回路SIG_ARY_GENの構成についてより詳細に説明する。図2は、信号列生成回路SIG_ARY_GENの構成を示している。信号列生成回路SIG_ARY_GENは、画素列PD_ARYと、スイッチ列SW_ARYと、を有する。
<Signal string generation circuit>
[Constitution]
Hereinafter, the configuration of the signal string generation circuit SIG_ARY_GEN will be described in more detail with reference to FIG. FIG. 2 shows a configuration of the signal string generation circuit SIG_ARY_GEN. The signal column generation circuit SIG_ARY_GEN includes a pixel column PD_ARY and a switch column SW_ARY.

画素列PD_ARYは、半導体基板の平面上に配列され、受光量に応じた電圧信号である画素信号を生成するn(n:2以上の整数)個の受光素子PD[1]〜PD[n]を有する。スイッチ列SW_ARYは、図示しない制御信号によりオンとオフの切り替えが可能であって、第一端子および第二端子を有するn個のスイッチSW[1]〜SW[n]を有する。   The pixel column PD_ARY is arranged on the plane of the semiconductor substrate and generates n (n: integer of 2 or more) light receiving elements PD [1] to PD [n] that generate pixel signals that are voltage signals according to the amount of received light. Have The switch row SW_ARY can be switched on and off by a control signal (not shown), and has n switches SW [1] to SW [n] having a first terminal and a second terminal.

n個の受光素子PD[1]〜PD[n]は、夫々、対応する番号のスイッチSW[1]〜SW[n]の第一端子に接続されており、画素信号VPD[1]〜VPD[n]をスイッチSW[1]〜SW[n]の第一端子に出力する。また、n個の受光素子PD[1]〜PD[n]は、夫々に対応して配置された信号線を介して、図1を用いて説明した最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTに接続されており、画素信号VPD[1]〜VPD[n]を最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTに出力する。n個の受光素子PD[1]〜PD[n]と最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTを接続する信号線はn本配置されており、これらn本の信号線の夫々に画素信号VPD[1]〜VPD[n]の夫々が出力される。   The n light receiving elements PD [1] to PD [n] are respectively connected to the first terminals of the corresponding numbered switches SW [1] to SW [n], and the pixel signals VPD [1] to VPD. [N] is output to the first terminals of the switches SW [1] to SW [n]. Further, the n light receiving elements PD [1] to PD [n] are connected to the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT described with reference to FIG. The pixel signals VPD [1] to VPD [n] are output to the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT. n signal lines connecting the n light receiving elements PD [1] to PD [n] and the maximum / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT are arranged, and the pixel signal VPD [1 is connected to each of these n signal lines. ] To VPD [n] are output.

スイッチSW[1]〜SW[n]の第二端子は互いに接続されている。例えば、スイッチSW[1]〜SW[n]の第二端子は、信号列生成回路SIG_ARY_GENの出力端子に接続された出力信号線に共通に接続されている。   The second terminals of the switches SW [1] to SW [n] are connected to each other. For example, the second terminals of the switches SW [1] to SW [n] are commonly connected to the output signal line connected to the output terminal of the signal string generation circuit SIG_ARY_GEN.

上記の構成を有する信号列生成回路SIG_ARY_GENは、オンとなるスイッチを順次切り替えることにより、受光素子PD[1]〜PD[n]で生成された画素信号VPD[1]〜VPD[n]を時系列的に切り替えて第一の信号列SIG_ARY1として順次出力する。また、信号列生成回路SIG_ARY_GENは、受光素子PD[1]〜PD[n]で生成された画素信号VPD[1]〜VPD[n]を第二の信号列SIG_ARY2として、受光素子PD[1]〜PD[n]の夫々に対応して配置された信号線を介して、同時に並列的に出力する。   The signal string generation circuit SIG_ARY_GEN having the above-described configuration generates pixel signals VPD [1] to VPD [n] generated by the light receiving elements PD [1] to PD [n] by sequentially switching the switches that are turned on. The signals are sequentially switched and sequentially output as the first signal sequence SIG_ARY1. The signal string generation circuit SIG_ARY_GEN uses the pixel signals VPD [1] to VPD [n] generated by the light receiving elements PD [1] to PD [n] as the second signal string SIG_ARY2, and receives the light receiving element PD [1]. Are simultaneously output in parallel via signal lines arranged corresponding to each of PD [n].

[動作シーケンス]
以下、図3、図4を用いて、信号列生成回路SIG_ARY_GENの動作についてより詳細に説明する。先ず、図3を用いて受光素子PD[k](k:1≦k≦nである任意の整数)の動作について説明する。図3は、受光素子PD[k]の露光動作を説明するためのタイミングチャートである。本タイミングチャートの横軸は時間、縦軸は電圧レベルである。
[Operation sequence]
Hereinafter, the operation of the signal string generation circuit SIG_ARY_GEN will be described in more detail with reference to FIGS. First, the operation of the light receiving element PD [k] (k: an arbitrary integer satisfying 1 ≦ k ≦ n) will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a timing chart for explaining the exposure operation of the light receiving element PD [k]. The horizontal axis of this timing chart is time, and the vertical axis is voltage level.

受光素子PD[k]はリセット期間RESET_Tに、図示しない制御信号によりOBレベルVobにリセットされる。OBレベルVobは、受光素子PD[k]がリセットされ、蓄積された電荷量が0となる場合に生成される電圧信号である。リセット期間RESET_Tが終了すると、続いて蓄積期間INTEG_Tが始まる。蓄積期間INTEG_T中、受光素子PD[k]は、外部から入射された光量に応じた電荷を生成し、生成した電荷に応じた電圧信号を出力する。入射される光量が多い場合、蓄積期間INTEG_T中の画素信号VPD[k]の変化を示すスロープの傾きは急になり、画素信号VPD[k]はより短時間で飽和レベルVsatに近付く。飽和レベルVsatは、受光素子PD[k]が蓄積可能な最大電荷量に対応した電圧信号である。受光素子PD[k]に入射される光量と蓄積期間が適切に制御されている場合、画素信号VPD[k]は飽和レベルVsatとOBレベルVobの間に保たれる。蓄積期間INTEG_Tが終わると、続いて転送期間TRAN_Tが始まり、この時点での画素信号VPD[k]が読み出される。   The light receiving element PD [k] is reset to the OB level Vob by a control signal (not shown) in the reset period RESET_T. The OB level Vob is a voltage signal generated when the light receiving element PD [k] is reset and the accumulated charge amount becomes zero. When the reset period RESET_T ends, the accumulation period INTEG_T starts. During the accumulation period INTEG_T, the light receiving element PD [k] generates a charge corresponding to the amount of light incident from the outside, and outputs a voltage signal corresponding to the generated charge. When the amount of incident light is large, the slope of the slope indicating the change in the pixel signal VPD [k] during the accumulation period INTEG_T becomes steep, and the pixel signal VPD [k] approaches the saturation level Vsat in a shorter time. The saturation level Vsat is a voltage signal corresponding to the maximum amount of charge that can be accumulated in the light receiving element PD [k]. When the amount of light incident on the light receiving element PD [k] and the accumulation period are appropriately controlled, the pixel signal VPD [k] is kept between the saturation level Vsat and the OB level Vob. When the accumulation period INTEG_T ends, the transfer period TRAN_T starts, and the pixel signal VPD [k] at this time is read out.

以下、図4を用いて、転送期間TRAN_T中に受光素子PD[1]〜PD[n]から画素信号VPD[1]〜VPD[n]を読み出す信号読み出し動作について説明する。図4は、転送期間TRAN_T中における信号読み出し動作について説明するためのタイミングチャートである。横軸は時間、縦軸は電圧レベルを表す。   Hereinafter, a signal read operation for reading the pixel signals VPD [1] to VPD [n] from the light receiving elements PD [1] to PD [n] during the transfer period TRAN_T will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a timing chart for explaining a signal read operation during the transfer period TRAN_T. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage level.

先ず、転送期間TRAN_Tにおける受光素子PD[k]の読み出しシーケンスについて説明する。転送期間TRAN_Tは時刻t[1]に開始し、時刻t[n+1]に終了する。この期間では、スイッチSW[1]〜SW[n]のうち、1つがオン、残りがオフとなり、オンとなるスイッチが順次切り替わることで、電圧信号群G1を構成する、受光素子PD[k]の画素信号VPD[k]が順次読み出される。   First, a reading sequence of the light receiving element PD [k] in the transfer period TRAN_T will be described. The transfer period TRAN_T starts at time t [1] and ends at time t [n + 1]. During this period, one of the switches SW [1] to SW [n] is turned on, the rest are turned off, and the switches that are turned on are sequentially switched, so that the light receiving element PD [k] constituting the voltage signal group G1. Pixel signals VPD [k] are sequentially read out.

受光素子PD[k]の画素信号VPD[k]の読み出しが行われる期間は時刻t[k]に開始し、時刻t[k+1]に終了する。図4において、転送期間TRAN_T中に出力された最小レベルの画素信号はVPD[3]、最大レベルの画素信号はVPD[n]である。以下では、最小レベルの信号と最大レベルの信号との差分を最大コントラストVCONT_MAXと定義する。 The period in which the pixel signal VPD [k] of the light receiving element PD [k] is read starts at time t [k] and ends at time t [k + 1]. In FIG. 4, the minimum level pixel signal output during the transfer period TRAN_T is VPD [3], and the maximum level pixel signal is VPD [n]. Hereinafter, the difference between the minimum level signal and the maximum level signal is defined as the maximum contrast V CONT_MAX .

画素信号VPD[k]の取りうる電圧の範囲はOBレベルVobから飽和レベルVsatまでの範囲である。以下では、OBレベルVobと飽和レベルVsatとの差分を最大振幅VSWING_MAXと定義する。OBレベルVobは、受光素子PD[k]に光が全く当たらなかった場合に出力される画素信号に相当する。飽和レベルVsatは、光電変換によって受光素子PD[k]に発生した電荷が最大蓄積量に達した場合に出力される画素信号に相当する。 The range of voltage that can be taken by the pixel signal VPD [k] is the range from the OB level Vob to the saturation level Vsat. Hereinafter, the difference between the OB level Vob and the saturation level Vsat is defined as a maximum amplitude V SWING_MAX . The OB level Vob corresponds to a pixel signal output when no light strikes the light receiving element PD [k]. The saturation level Vsat corresponds to a pixel signal output when the charge generated in the light receiving element PD [k] by photoelectric conversion reaches the maximum accumulation amount.

転送期間TRAN_Tが終わると、リセット期間RESET_Tが始まる。リセット期間RESET_Tが終わると、蓄積期間INTEG_Tが始まる。蓄積期間INTEG_Tが終わると、新たな転送期間TRAN_T’が始まる。転送期間TRAN_T’は時刻t’[1]に開始し、時刻t’[n+1]に終了する。この期間では、電圧信号群G2を構成する、受光素子PD[k]の画素信号VPD[k]が順次読み出される。以下では、転送期間TRAN_T’中に得られた最小レベルの信号と最大レベルの信号との差分を最大コントラストV’ CONT_MAXと定義する。 When the transfer period TRAN_T ends, the reset period RESET_T starts. When the reset period RESET_T ends, the accumulation period INTEG_T starts. When the accumulation period INTEG_T ends, a new transfer period TRAN_T ′ starts. The transfer period TRAN_T ′ starts at time t ′ [1] and ends at time t ′ [n + 1]. In this period, the pixel signal VPD [k] of the light receiving element PD [k] constituting the voltage signal group G2 is sequentially read. Hereinafter, the difference between the minimum level signal and the maximum level signal obtained during the transfer period TRAN_T ′ is defined as the maximum contrast V ′ CONT_MAX .

<最大値/最小値検出回路>
[構成]
以下、最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTについて図5を用いて説明する。図5は、最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTの構成を示している。最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTは、最大値検出回路MAX_DETECTと、最小値検出回路MIN_DETECTと、を有する。
<Maximum / minimum value detection circuit>
[Constitution]
Hereinafter, the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a configuration of the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT. The maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT includes a maximum value detection circuit MAX_DETECT and a minimum value detection circuit MIN_DETECT.

最大値検出回路MAX_DETECTは、入力された第二の信号列SIG_ARY2を構成する画素信号VPD[1]〜VPD[n]の中から最大値を検出し、検出した最大値に対応する最大信号Vmaxを出力する。最小値検出回路MIN_DETECTは、入力された第二の信号列SIG_ARY2を構成する画素信号VPD[1]〜VPD[n]の中から最小値を検出し、検出した最小値に対応する最小信号Vminを出力する。   The maximum value detection circuit MAX_DETECT detects the maximum value from the pixel signals VPD [1] to VPD [n] constituting the input second signal sequence SIG_ARY2, and outputs the maximum signal Vmax corresponding to the detected maximum value. Output. The minimum value detection circuit MIN_DETECT detects the minimum value from the pixel signals VPD [1] to VPD [n] constituting the input second signal sequence SIG_ARY2, and outputs the minimum signal Vmin corresponding to the detected minimum value. Output.

最大値検出回路MAX_DETECTは、n個のNMOSトランジスタTr1[1]〜Tr1[n]と、第一端子および第二端子を有する第一の電流源Iconst1と、を有する。最小値検出回路MIN_DETECTは、n個のPMOSトランジスタTr2[1]〜Tr2[n]と、第一端子および第二端子を有する第二の電流源Iconst2と、を有する。   The maximum value detection circuit MAX_DETECT includes n NMOS transistors Tr1 [1] to Tr1 [n] and a first current source Iconst1 having a first terminal and a second terminal. The minimum value detection circuit MIN_DETECT includes n PMOS transistors Tr2 [1] to Tr2 [n] and a second current source Iconst2 having a first terminal and a second terminal.

NMOSトランジスタTr1[1]〜Tr1[n]のゲート端子は、図2に記載された受光素子PD[1]〜PD[n]に夫々接続されており、画素信号VPD[1]〜VPD[n]が入力される。また、NMOSトランジスタTr1[1]〜Tr1[n]のドレイン端子は夫々、第一の電源VDDに接続され、NMOSトランジスタTr1[1]〜Tr1[n]のソース端子は互いに接続されると共に、夫々、第一の電流源Iconst1の第一端子に接続されている。NMOSトランジスタTr1[1]〜Tr1[n]のソース端子と、第一の電流源Iconst1の第一端子とが接続された部分(例えば、両者を接続する信号線上の1つのノード)から、最大信号Vmaxが出力される。また、第一の電流源Iconst1の第二端子は第二の電源VSSに接続されている。   The gate terminals of the NMOS transistors Tr1 [1] to Tr1 [n] are connected to the light receiving elements PD [1] to PD [n] shown in FIG. 2, respectively, and the pixel signals VPD [1] to VPD [n] are connected. ] Is entered. The drain terminals of the NMOS transistors Tr1 [1] to Tr1 [n] are connected to the first power supply VDD, respectively, and the source terminals of the NMOS transistors Tr1 [1] to Tr1 [n] are connected to each other, respectively. , Connected to the first terminal of the first current source Iconst1. The maximum signal from the portion where the source terminals of the NMOS transistors Tr1 [1] to Tr1 [n] and the first terminal of the first current source Iconst1 are connected (for example, one node on the signal line connecting them). Vmax is output. The second terminal of the first current source Iconst1 is connected to the second power supply VSS.

PMOSトランジスタTr2[1]〜Tr2[n]のゲート端子は、図2に記載された受光素子PD[1]〜PD[n]に夫々接続されており、画素信号VPD[1]〜VPD[n]が入力される。また、PMOSトランジスタTr2[1]〜Tr2[n]のドレイン端子は夫々、第二の電源VSSに接続され、PMOSトランジスタTr2[1]〜Tr2[n]のソース端子は互いに接続されると共に、夫々、第二の電流源Iconst2の第一端子に接続されている。PMOSトランジスタTr2[1]〜Tr2[n]のソース端子と、第二の電流源Iconst2の第一端子とが接続された部分(例えば、両者を接続する信号線上の1つのノード)から、最小信号Vminが出力される。また、第二の電流源Iconst2の第二端子は第一の電源VDDに接続されている。   The gate terminals of the PMOS transistors Tr2 [1] to Tr2 [n] are connected to the light receiving elements PD [1] to PD [n] shown in FIG. 2, respectively, and the pixel signals VPD [1] to VPD [n] are connected. ] Is entered. The drain terminals of the PMOS transistors Tr2 [1] to Tr2 [n] are connected to the second power supply VSS, respectively, and the source terminals of the PMOS transistors Tr2 [1] to Tr2 [n] are connected to each other, respectively. Are connected to the first terminal of the second current source Iconst2. The minimum signal from the portion where the source terminals of the PMOS transistors Tr2 [1] to Tr2 [n] and the first terminal of the second current source Iconst2 are connected (for example, one node on the signal line connecting them). Vmin is output. The second terminal of the second current source Iconst2 is connected to the first power supply VDD.

[動作原理]
以下、最大値検出回路MAX_DETECTの動作原理について説明する。NMOSトランジスタTr1[1]〜Tr1[n]と第一の電流源Iconst1は一種のソースフォロアアレーとみなすことができ、ゲートに最も高い電圧が入力されたソースフォロアトランジスタのみがオンとなる。画素信号VPD[1]〜VPD[n]の中の最大値をVPDmaxとした場合、最大信号Vmaxは(1)式で与えられる。
[Operating principle]
Hereinafter, the operation principle of the maximum value detection circuit MAX_DETECT will be described. The NMOS transistors Tr1 [1] to Tr1 [n] and the first current source Iconst1 can be regarded as a kind of source follower array, and only the source follower transistor having the highest voltage input to the gate is turned on. When the maximum value among the pixel signals VPD [1] to VPD [n] is VPDmax, the maximum signal Vmax is given by equation (1).

ただし、k1は、NMOSトランジスタの基板効果を表す係数であり、通常0.6〜0.9程度の値である。また、Vgsnは、第一の電流源Iconst1が流す回路電流(定電流)を供給するために必要なNMOSトランジスタのゲート−ソース間電圧である。NMOSトランジスタの基板効果を表す係数k1は製造プロセスにより略一定の値である。また、第一の電流源Iconst1に流す回路電流を正確に制御することにより、Vgsnの概略値を予め予想できる。したがって、本実施形態に係る最大値検出回路MAX_DETECTを用いることにより、画素信号VPD[k]の略最大値に対応した最大信号Vmaxの値を検出することができる。   Here, k1 is a coefficient representing the substrate effect of the NMOS transistor and is usually a value of about 0.6 to 0.9. Further, Vgsn is a gate-source voltage of the NMOS transistor necessary for supplying a circuit current (constant current) supplied by the first current source Iconst1. The coefficient k1 representing the substrate effect of the NMOS transistor is a substantially constant value depending on the manufacturing process. Further, the approximate value of Vgsn can be predicted in advance by accurately controlling the circuit current flowing through the first current source Iconst1. Therefore, by using the maximum value detection circuit MAX_DETECT according to the present embodiment, the value of the maximum signal Vmax corresponding to the substantially maximum value of the pixel signal VPD [k] can be detected.

以下、最小値検出回路MIN_DETECTの動作原理について説明する。PMOSトランジスタTr2[1]〜Tr2[n]と第二の電流源Iconst2は一種のソースフォロアアレーとみなすことができ、ゲートに最も低い電圧が入力されたソースフォロアトランジスタのみがオンとなる。画素信号VPD[1]〜VPD[n]の中の最小値をVPDminとした場合、最小信号Vminは(2)式で与えられる。   Hereinafter, the operation principle of the minimum value detection circuit MIN_DETECT will be described. The PMOS transistors Tr2 [1] to Tr2 [n] and the second current source Iconst2 can be regarded as a kind of source follower array, and only the source follower transistor having the lowest voltage input to the gate is turned on. When the minimum value among the pixel signals VPD [1] to VPD [n] is VPDmin, the minimum signal Vmin is given by equation (2).

ただし、k2は、PMOSトランジスタの基板効果を表す係数であり、通常0.6〜0.9程度の値である。また、Vgspは、第二の電流源Iconst2が流す回路電流(定電流)を供給するために必要なPMOSトランジスタのゲート−ソース間電圧である。PMOSトランジスタの基板効果を表す係数k2は製造プロセスにより略一定の値である。また、第二の電流源Iconst2に流す回路電流を正確に制御することにより、Vgspの概略値を予め予想できる。したがって、本実施形態に係る最小値検出回路MIN_DETECTを用いることにより、画素信号VPD[k]の略最小値に対応した最小信号Vminの値を検出することができる。   Here, k2 is a coefficient representing the substrate effect of the PMOS transistor and is usually a value of about 0.6 to 0.9. Further, Vgsp is a gate-source voltage of the PMOS transistor necessary for supplying a circuit current (constant current) supplied by the second current source Iconst2. The coefficient k2 representing the substrate effect of the PMOS transistor is a substantially constant value depending on the manufacturing process. In addition, the approximate value of Vgsp can be predicted in advance by accurately controlling the circuit current flowing through the second current source Iconst2. Therefore, by using the minimum value detection circuit MIN_DETECT according to the present embodiment, the value of the minimum signal Vmin corresponding to the substantially minimum value of the pixel signal VPD [k] can be detected.

<バイアス制御回路、ドライバ回路、およびサンプルアンドホールド回路>
[構成]
以下、図6および図7を参照して、バイアス制御回路BIAS_GEN、ドライバ回路DRV_CIR、およびサンプルアンドホールド回路SHCについてより詳細に説明する。図6は、バイアス制御回路BIAS_GEN、ドライバ回路DRV_CIR、およびサンプルアンドホールド回路SHCの構成を示している。図7は、サンプルアンドホールド回路SHCがドライバ回路DRV_CIRによって駆動される際の動作について説明するためのタイミングチャートである。
<Bias control circuit, driver circuit, and sample and hold circuit>
[Constitution]
Hereinafter, the bias control circuit BIAS_GEN, the driver circuit DRV_CIR, and the sample and hold circuit SHC will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 6 shows the configuration of the bias control circuit BIAS_GEN, the driver circuit DRV_CIR, and the sample and hold circuit SHC. FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation when the sample and hold circuit SHC is driven by the driver circuit DRV_CIR.

先ず、図6を用いてサンプルアンドホールド回路SHCの構成について説明する。サンプルアンドホールド回路SHCは、入力端子、出力端子、および制御端子を有しサンプリングクロックΦSHによりオンとオフが制御可能なサンプリングスイッチS1と、第一端子および第二端子を有し容量の値がCSHであるサンプリング容量CSHと、を有する。 First, the configuration of the sample and hold circuit SHC will be described with reference to FIG. The sample and hold circuit SHC has an input terminal, an output terminal, and a control terminal, a sampling switch S1 that can be turned on and off by a sampling clock ΦSH, a first terminal and a second terminal, and a capacitance value C A sampling capacitor CSH which is SH .

サンプリングスイッチS1の入力端子にはドライバ回路DRV_CIRからドライバ出力電圧V_DRVOUTが入力され、制御端子にはサンプリングクロックΦSHが入力される。また、サンプリングスイッチS1の出力端子はサンプリング容量CSHの第一端子と接続されている。サンプリング容量CSHの第一端子はサンプリングスイッチS1の出力端子に接続されており、サンプリング容量CSHの第二端子は第二の電源VSSに接続されている。以下では、サンプリングスイッチS1の出力端子の電圧をサンプリング電圧V_SHと定義する。図6に記載されているドライバ回路DRV_CIRおよびバイアス制御回路BIAS_GENの動作と互いの接続については図1を用いて既に説明した通りである。より詳細な説明については後述する。   The driver output voltage V_DRVOUT is input from the driver circuit DRV_CIR to the input terminal of the sampling switch S1, and the sampling clock ΦSH is input to the control terminal. The output terminal of the sampling switch S1 is connected to the first terminal of the sampling capacitor CSH. The first terminal of the sampling capacitor CSH is connected to the output terminal of the sampling switch S1, and the second terminal of the sampling capacitor CSH is connected to the second power supply VSS. Hereinafter, the voltage at the output terminal of the sampling switch S1 is defined as the sampling voltage V_SH. The operation of the driver circuit DRV_CIR and the bias control circuit BIAS_GEN described in FIG. 6 and their connection with each other are as already described with reference to FIG. A more detailed description will be described later.

[動作原理]
次に、図7を用いて、サンプルアンドホールド回路SHCの動作と、サンプルアンドホールド回路SHCを駆動するドライバ回路DRV_CIRおよびバイアス制御回路BIAS_GENの動作とについて詳細に説明する。図7に示すタイミングチャートの横軸は時間であり、縦軸は電圧または論理レベルを表す。
[Operating principle]
Next, the operation of the sample and hold circuit SHC and the operation of the driver circuit DRV_CIR and the bias control circuit BIAS_GEN that drive the sample and hold circuit SHC will be described in detail with reference to FIG. In the timing chart shown in FIG. 7, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage or logic level.

図7の上段の矩形波はサンプリングクロックΦSHの時間変化を表す。サンプリングクロックΦSHは、サンプル期間の間、ハイレベル(以降、Hレベル)となり、保持期間の間、ローレベル(以降、Lレベル)となる。サンプル期間はts秒継続し、保持期間はth秒継続し、サンプル期間と保持期間が交互に周期的に繰り返される。ts秒のサンプル期間が継続した後、th秒の保持期間が継続し、続いてts秒のサンプル期間が再度継続した後、th秒の保持期間が再度継続する。サンプル期間ではサンプリングクロックΦSHがHレベルであるためサンプリングスイッチS1はオンであり、ホールド期間ではサンプリングクロックΦSHがLレベルであるためサンプリングスイッチS1はオフである。   The upper rectangular wave in FIG. 7 represents the time change of the sampling clock ΦSH. The sampling clock ΦSH is at a high level (hereinafter, H level) during the sampling period, and is at a low level (hereinafter, L level) during the holding period. The sample period continues for ts seconds, the holding period continues for th seconds, and the sample period and the holding period are alternately repeated periodically. After a sample period of ts seconds continues, a hold period of th seconds continues, and subsequently, after a sample period of ts seconds continues again, the hold period of th seconds continues again. Since the sampling clock ΦSH is at the H level in the sample period, the sampling switch S1 is on. In the hold period, the sampling clock ΦSH is at the L level, so the sampling switch S1 is off.

図7の下段はサンプリング電圧V_SHの時間変化を表す。図7に示すタイミングチャートは画素信号VPD[k−1]の保持期間から始まっており、この保持期間にサンプリング電圧V_SHはVPD[k−1]に維持されている。時刻t[k]に画素信号VPD[k]のサンプル期間が始まると、時刻t[k]’におけるサンプリング電圧V_SHは以下の(3)式で与えられる。   The lower part of FIG. 7 represents the time change of the sampling voltage V_SH. The timing chart shown in FIG. 7 starts from the holding period of the pixel signal VPD [k−1], and the sampling voltage V_SH is maintained at VPD [k−1] during this holding period. When the sampling period of the pixel signal VPD [k] starts at time t [k], the sampling voltage V_SH at time t [k] 'is given by the following equation (3).

ここで、サンプリング誤差εは、画素信号VPD[k]と、実際のサンプリング電圧V_SHとの差を表す電圧であり、ε=VPD[k]−V_SHの関係式で与えられる。また、Vは、画素信号VPD[k]と画素信号VPD[k−1]との差を表す電圧である。また、tsは、時刻t[k]’と時刻t[k]との差を表す時間である。また、τは、τ=CSH/gmの関係式で与えられる時定数である。 Here, the sampling error ε is a voltage representing a difference between the pixel signal VPD [k] and the actual sampling voltage V_SH, and is given by a relational expression ε = VPD [k] −V_SH. V 1 is a voltage representing the difference between the pixel signal VPD [k] and the pixel signal VPD [k−1]. Also, ts is a time representing the difference between the time t [k] ′ and the time t [k]. Further, τ is a time constant given by the relational expression of τ = C SH / gm.

(3)式を変形することにより、サンプリング誤差が所定のサンプリング誤差ε以下となるようにドライバ出力電圧V_DRVOUTをサンプリングするために求められるドライバ回路DRV_CIRのトランスコンダクタンスgmの値は以下の(4)式を満たす必要があることがわかる。   By transforming the equation (3), the transconductance gm of the driver circuit DRV_CIR required for sampling the driver output voltage V_DRVOUT so that the sampling error is equal to or less than the predetermined sampling error ε is expressed by the following equation (4): It turns out that it is necessary to satisfy.

(4)式において、最大コントラストVCONT_MAXは、図4を用いて説明した通り、最大信号Vmaxと最小信号Vminとの差を表す信号である。また、(4)式において、lnは自然対数(eを底とする対数)である。 In the equation (4), the maximum contrast V CONT_MAX is a signal representing the difference between the maximum signal Vmax and the minimum signal Vmin as described with reference to FIG. In the equation (4), ln is a natural logarithm (logarithm with e as the base).

もし、本実施形態における最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTが存在しない場合、ドライバ回路DRV_CIRは、飽和レベルVsatとOBレベルVobとの間に存在する任意の振幅を有する信号をサンプル期間ts中に駆動する必要がある。このため、以下の(5)式を満たすトランスコンダクタンスgm’でドライバ回路DRV_CIRを動作させ、サンプリング容量CSHを駆動する必要がある。   If the maximum / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT does not exist in the present embodiment, the driver circuit DRV_CIR drives a signal having an arbitrary amplitude existing between the saturation level Vsat and the OB level Vob during the sample period ts. There is a need to. For this reason, it is necessary to drive the sampling capacitor CSH by operating the driver circuit DRV_CIR with a transconductance gm ′ satisfying the following expression (5).

(5)式において、最大振幅VSWING_MAXは、図4を用いて説明した通り、飽和レベルVsatとOBレベルVobとの差分である。また、(5)式において、lnは自然対数(eを底とする対数)である。図4から、VCONT_MAX<VSWING_MAXは明らかなので、以下の(6)式が成り立つようにドライバ回路DRV_CIRを制御することが可能となる。
gm<gm’ ・・・(6)
In the equation (5), the maximum amplitude V SWING_MAX is a difference between the saturation level Vsat and the OB level Vob as described with reference to FIG. In the equation (5), ln is a natural logarithm (logarithm with e as the base). Since V CONT_MAX <V SWING_MAX is clear from FIG. 4, the driver circuit DRV_CIR can be controlled so that the following expression (6) is satisfied.
gm <gm ′ (6)

詳細については後述する通り、トランスコンダクタンスgmは回路電流の増加関数(回路電流が増加すると値が増加する関数)で表わされる。このため、(6)式が成り立つようにドライバ回路DRV_CIRを制御すると、ドライバ回路DRV_CIRの消費電流は、最大振幅VSWING_MAXに対応するトランスコンダクタンスgm’でドライバ回路DRV_CIRを動作させる場合よりも小さくなる。言い換えると、本実施形態におけるドライバ回路DRV_CIRは、従来よりも小さな消費電流であっても、所定のサンプル期間ts内に、サンプリング誤差を、許容されるサンプリング誤差ε以下に抑えつつドライバ出力電圧V_DRVOUTをサンプリングするようにサンプルアンドホールド回路SHCを駆動することができる。 As will be described later in detail, the transconductance gm is represented by an increasing function of the circuit current (a function that increases as the circuit current increases). For this reason, when the driver circuit DRV_CIR is controlled so that the expression (6) is satisfied, the current consumption of the driver circuit DRV_CIR becomes smaller than when the driver circuit DRV_CIR is operated with the transconductance gm ′ corresponding to the maximum amplitude V SWING_MAX . In other words, the driver circuit DRV_CIR in the present embodiment reduces the driver output voltage V_DRVOUT while suppressing the sampling error to be equal to or less than the allowable sampling error ε within the predetermined sample period ts even if the current consumption is smaller than that of the conventional circuit. The sample and hold circuit SHC can be driven to sample.

以上に説明した通り、第1の実施形態における信号処理回路SIG_PROC_CIRでは、ドライバ回路DRV_CIRは、予め最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTから得た画素信号の最大値と最小値の差分(被写体映像の最大コントラストに相当)を所定のサンプリング時間内にサンプリングするのに必要最低限なトランスコンダクタンスgmでサンプルアンドホールド回路SHCを駆動する。サンプルアンドホールド回路SHCがフルダイナミックレンジ(画素信号の黒レベルと飽和レベルとの差)を所定のサンプリング時間内にサンプリングするために必要なトランスコンダクタンスよりも小さなトランスコンダクタンスでドライバ回路DRV_CIRが動作しても、サンプリング誤差を所定値以下とすることができる。このため、従来よりもドライバ回路DRV_CIRの消費電力を削減することができる。   As described above, in the signal processing circuit SIG_PROC_CIR in the first embodiment, the driver circuit DRV_CIR determines the difference between the maximum value and the minimum value of the pixel signal obtained in advance from the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT (the maximum of the subject image). The sample-and-hold circuit SHC is driven with the minimum transconductance gm necessary for sampling within a predetermined sampling time. The driver circuit DRV_CIR operates with a transconductance smaller than the transconductance necessary for the sample and hold circuit SHC to sample the full dynamic range (difference between the black level and the saturation level of the pixel signal) within a predetermined sampling time. Also, the sampling error can be set to a predetermined value or less. For this reason, the power consumption of the driver circuit DRV_CIR can be reduced as compared with the conventional case.

<ドライバ回路DRV_CIRの構成および動作原理>
[構成]
以下、ドライバ回路DRV_CIRの構成について、図8を用いて説明する。図8は、ドライバ回路DRV_CIRの構成を示している。ドライバ回路DRV_CIRは、テール電流源I_TAILと、第一のトランジスタM1と、第二のトランジスタM2と、第三のトランジスタM3と、第四のトランジスタM4と、を有する。
<Configuration and Operation Principle of Driver Circuit DRV_CIR>
[Constitution]
Hereinafter, the configuration of the driver circuit DRV_CIR will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows the configuration of the driver circuit DRV_CIR. The driver circuit DRV_CIR includes a tail current source I_TAIL, a first transistor M1, a second transistor M2, a third transistor M3, and a fourth transistor M4.

テール電流源I_TAILは、第一端子および第二端子を有し、第一端子が第一の電源VDDに接続され、図1に記載されたバイアス制御回路BIAS_GENから入力されるバイアス制御信号gm_ctrlにより電流値が制御されるテール電流Itailを第二端子から出力する。第一のトランジスタM1は、テール電流Itailがソース端子から入力され、ゲート端子が非反転入力端子V+に接続された第一導電型のトランジスタである。第二のトランジスタM2は、テール電流Itailがソース端子から入力され、ゲート端子が反転入力端子V−に接続された第一導電型のトランジスタである。反転入力端子V−は出力端子VOUTと第四のトランジスタM4のドレイン端子に接続されている。   The tail current source I_TAIL has a first terminal and a second terminal, the first terminal is connected to the first power supply VDD, and the current is supplied by the bias control signal gm_ctrl input from the bias control circuit BIAS_GEN described in FIG. The tail current Itail whose value is controlled is output from the second terminal. The first transistor M1 is a first conductivity type transistor in which the tail current Itail is input from the source terminal and the gate terminal is connected to the non-inverting input terminal V +. The second transistor M2 is a first conductivity type transistor in which the tail current Itail is input from the source terminal and the gate terminal is connected to the inverting input terminal V−. The inverting input terminal V- is connected to the output terminal VOUT and the drain terminal of the fourth transistor M4.

第三のトランジスタM3は、ドレイン端子が第一のトランジスタM1のドレイン端子に接続され、ソース端子が第二の電源VSSに接続され、ゲート端子が第一のトランジスタM1のドレイン端子および第四のトランジスタM4のゲート端子に接続された第二導電型のトランジスタである。第四のトランジスタM4は、ドレイン端子が第二のトランジスタM2のドレイン端子および出力端子VOUTに接続され、ソース端子が第二の電源VSSに接続された第二導電型のトランジスタである。   The third transistor M3 has a drain terminal connected to the drain terminal of the first transistor M1, a source terminal connected to the second power supply VSS, a gate terminal connected to the drain terminal of the first transistor M1 and the fourth transistor. It is a transistor of the second conductivity type connected to the gate terminal of M4. The fourth transistor M4 is a second conductivity type transistor having a drain terminal connected to the drain terminal of the second transistor M2 and the output terminal VOUT, and a source terminal connected to the second power supply VSS.

本実施形態において、第一の電源VDDは電源電圧であり、第二の電源VSSはグラウンドである。また、第一導電型のトランジスタはPMOSトランジスタであり、第二導電型のトランジスタはNMOSトランジスタである。   In the present embodiment, the first power supply VDD is the power supply voltage, and the second power supply VSS is the ground. The first conductivity type transistor is a PMOS transistor, and the second conductivity type transistor is an NMOS transistor.

第一のトランジスタM1および第二のトランジスタM2は、差動対DIFF_STAGE(差動対回路)を構成しており、入力されたテール電流Itailの値に応じた所定のトランスコンダクタンスgmdで、反転入力端子V−と、非反転入力端子V+とに入力された電圧の差分に応じた電流Ioutを出力端子VOUTに出力する。非反転入力端子V+には、第一の信号列SIG_ARY1が入力される。   The first transistor M1 and the second transistor M2 form a differential pair DIFF_STAGE (differential pair circuit), and have a predetermined transconductance gmd according to the value of the input tail current Itail, and an inverting input terminal A current lout corresponding to the difference between the voltages input to V− and the non-inverting input terminal V + is output to the output terminal VOUT. The first signal sequence SIG_ARY1 is input to the non-inverting input terminal V +.

また、第三のトランジスタM3および第四のトランジスタM4は、負荷回路LOAD_STAGEを構成しており、差動対DIFF_STAGEから入力された電流信号を電圧信号に変換して出力端子VOUTに出力する。   The third transistor M3 and the fourth transistor M4 constitute a load circuit LOAD_STAGE, which converts the current signal input from the differential pair DIFF_STAGE into a voltage signal and outputs the voltage signal to the output terminal VOUT.

[動作原理]
以下、図8、図9、および図10を用いて、ドライバ回路DRV_CIRの動作原理について説明する。図9は、差動対DIFF_STAGEに流れる電流とトランスコンダクタンスの関係を示している。図10は、テール電流源I_TAILの構成の変形例を示している。
[Operating principle]
Hereinafter, the operation principle of the driver circuit DRV_CIR will be described with reference to FIG. 8, FIG. 9, and FIG. FIG. 9 shows the relationship between the current flowing through the differential pair DIFF_STAGE and the transconductance. FIG. 10 shows a modification of the configuration of the tail current source I_TAIL.

先ず、図8を用いてドライバ回路DRV_CIRの基本動作を説明する。ドライバ回路DRV_CIRは、一般的なOTA(Operational Transcondactance Amplifier)を構成するテール電流源I_TAILの出力電流を可変にしただけである。その詳細な動作は、参考文献のp186−190に記載されている。参考文献では、第一の電源VDDはグラウンド、第二の電源VSSは電源電圧、第一導電型のトランジスタはNMOSトランジスタ、第二導電型のトランジスタはPMOSトランジスタとなっているが、その基本動作は同じである。
参考文献:Behzad Razav、「アナログCMOS集積回路の設計 基礎編」、丸善株式会社、2003年
First, the basic operation of the driver circuit DRV_CIR will be described with reference to FIG. The driver circuit DRV_CIR only makes the output current of the tail current source I_TAIL that constitutes a general OTA (Operational Transactance Amplifier) variable. Its detailed operation is described in reference p186-190. In the reference, the first power supply VDD is ground, the second power supply VSS is a power supply voltage, the first conductivity type transistor is an NMOS transistor, and the second conductivity type transistor is a PMOS transistor. The same.
Reference: Behzad Razav, “Basic Design of Analog CMOS Integrated Circuits”, Maruzen Co., Ltd., 2003

参考文献からも分かる通り、トランスコンダクタンスアンプのトランスコンダクタンスgmは、差動対を構成する第一のトランジスタM1と第二のトランジスタM2とのトランスコンダクタンスgmdにより決定される(gm=gmd)。   As can be seen from the reference, the transconductance gm of the transconductance amplifier is determined by the transconductance gmd of the first transistor M1 and the second transistor M2 constituting the differential pair (gm = gmd).

差動対DIFF_STAGEを構成する第一のトランジスタM1と第二のトランジスタM2とが弱反転領域で動作する場合、ドレイン電流Iは以下の(7)式で与えられる。 When the first transistor M1 and the second transistor M2 constituting the differential pair DIFF_STAGE operate in the weak inversion region, the drain current ID is given by the following equation (7).

したがって、これらのトランジスタのトランスコンダクタンスgmdは以下の(8)式で与えられ、ドレイン電流Iに比例することがわかる。 Therefore, it can be seen that the transconductance gmd of these transistors is given by the following equation (8) and is proportional to the drain current ID .

ただし、WはMOSトランジスタのゲート幅、LはMOSトランジスタのゲート長、IはMOSトランジスタのテクノロジー電流、nはMOSトランジスタの弱反転領域におけるスロープファクター、Vは熱電圧、VGSはMOSトランジスタのゲート―ソース間電圧、VDSはMOSトランジスタのドレイン―ソース間電圧である。したがって、テール電流Itailの値の大小により、ドライバ回路DRV_CIRのトランスコンダクタンスgmの値を制御できることは明らかである。 However, W is the gate width of the MOS transistor, L is the gate length of the MOS transistor, I t is technology current of the MOS transistor, n represents slope factor in the weak inversion region of a MOS transistor, V T is the thermal voltage, V GS is a MOS transistor The gate-source voltage VDS is the drain-source voltage of the MOS transistor. Therefore, it is clear that the value of the transconductance gm of the driver circuit DRV_CIR can be controlled by the magnitude of the value of the tail current Itail.

差動対DIFF_STAGEが弱反転領域で動作している場合、トランスコンダクタンスgmの値はドレイン電流Iに比例する。このため、バイアス制御信号gm_ctrlを適切な値に制御することにより、図9の実線に示すような特性を実現することができる。図9に示すグラフの横軸はドレイン電流Iを表し、縦軸はトランスコンダクタンスgmdを表す。 When the differential pair DIFF_STAGE operates in the weak inversion region, the value of the transconductance gm is proportional to the drain current ID . Therefore, by controlling the bias control signal gm_ctrl to an appropriate value, it is possible to realize characteristics as shown by the solid line in FIG. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 9 represents the drain current ID , and the vertical axis represents the transconductance gmd.

差動対DIFF_STAGEを構成するトランジスタの動作領域は強反転領域であっても良いし、中間領域であっても良い。差動対DIFF_STAGEを構成するトランジスタの動作領域が強反転領域である場合、トランスコンダクタンスgmはドレイン電流Iの平方根に比例するので、バイアス制御信号gm_ctrlを適切な値に制御することにより、図9の破線で示すような特性が得られる。差動対DIFF_STAGEを構成するトランジスタの動作領域が中間領域である場合、弱反転領域と強反転領域の中間の特性が得られる。 The operation region of the transistors constituting the differential pair DIFF_STAGE may be a strong inversion region or an intermediate region. When the operation region of the transistors constituting the differential pair DIFF_STAGE is a strong inversion region, the transconductance gm is proportional to the square root of the drain current ID. Therefore, by controlling the bias control signal gm_ctrl to an appropriate value, FIG. The characteristic shown by the broken line is obtained. When the operation region of the transistors constituting the differential pair DIFF_STAGE is an intermediate region, characteristics intermediate between the weak inversion region and the strong inversion region can be obtained.

図10に示すように、トランスコンダクタンスgmは、テール電流源I_TAILを構成するカレントミラー回路のミラー比をバイアス制御信号gm_ctrlにより変更することによって実現されても良い。ミラー比の変更により、ドレイン電流Iの値は離散的に変化するので、図9の二重丸に示すような特性が得られる。図9では、ミラー比(M)が増加すると、トランスコンダクタンスgmが増加する。以上に説明した全ての変形例において、gmはIに対する増加関数である。 As shown in FIG. 10, the transconductance gm may be realized by changing the mirror ratio of the current mirror circuit constituting the tail current source I_TAIL by the bias control signal gm_ctrl. Since the value of the drain current ID changes discretely by changing the mirror ratio, the characteristic shown by the double circle in FIG. 9 is obtained. In FIG. 9, as the mirror ratio (M) increases, the transconductance gm increases. In all the modifications described above, gm is an increasing function with respect to ID .

ドレイン電流Iを供給するテール電流源I_TAILのテール電流Itailは、バイアス制御信号gm_ctrlによって制御される。前述したように、バイアス制御信号gm_ctrlは、最大信号Vmaxと最小信号Vminとの差に応じて変化する。より具体的には、最大信号Vmaxと最小信号Vminとの差が増加するとトランスコンダクタンスgmの値が増加し、最大信号Vmaxと最小信号Vminとの差が減少するとトランスコンダクタンスgmの値が減少するように、バイアス制御信号gm_ctrlが制御される。 Tail current Itail of the tail current source I_TAIL supplies drain current I D is controlled by a bias control signal Gm_ctrl. As described above, the bias control signal gm_ctrl changes according to the difference between the maximum signal Vmax and the minimum signal Vmin. More specifically, the value of transconductance gm increases as the difference between maximum signal Vmax and minimum signal Vmin increases, and the value of transconductance gm decreases as the difference between maximum signal Vmax and minimum signal Vmin decreases. In addition, the bias control signal gm_ctrl is controlled.

(第2の実施形態)
<カプセル内視鏡>
[構成]
本発明の第2の実施形態に係るカプセル内視鏡SCOPEについて、図11および図12を用いて説明する。図11は、カプセル内視鏡SCOPEの構成を示している。図12は、人体の胃壁を示している。
(Second Embodiment)
<Capsule endoscope>
[Constitution]
A capsule endoscope SCOPE according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. FIG. 11 shows the configuration of the capsule endoscope SCOPE. FIG. 12 shows the stomach wall of the human body.

先ず、図11を用いてカプセル内視鏡SCOPEの構成について説明する。カプセル内視鏡SCOPEは、対物レンズOLと、信号処理回路SIG_PROC_CIR’と、画像処理回路MPUと、電源供給回路SUPと、を有する。   First, the configuration of the capsule endoscope SCOPE will be described with reference to FIG. The capsule endoscope SCOPE includes an objective lens OL, a signal processing circuit SIG_PROC_CIR ', an image processing circuit MPU, and a power supply circuit SUP.

対物レンズOLは、被写体から入力された光束LIGHTを、信号処理回路SIG_PROC_CIR’上に形成された画素列PD_ARYに結像する。信号処理回路SIG_PROC_CIR’は、画素列PD_ARYに入射された光量に応じて生成された電圧信号に対応したデジタル信号であるAD変換信号AD_SIGを出力する。画像処理回路MPUは、入力されたAD変換信号AD_SIGに基づいた画像処理を行い、被写体に関する画像を生成する。電源供給回路SUPは、信号処理回路SIG_PROC_CIR’と画像処理回路MPUに電源を供給する。   The objective lens OL forms an image of the light beam LIGHT input from the subject on the pixel column PD_ARY formed on the signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′. The signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ outputs an AD conversion signal AD_SIG that is a digital signal corresponding to a voltage signal generated according to the amount of light incident on the pixel column PD_ARY. The image processing circuit MPU performs image processing based on the input AD conversion signal AD_SIG and generates an image related to the subject. The power supply circuit SUP supplies power to the signal processing circuit SIG_PROC_CIR 'and the image processing circuit MPU.

被写体から入力された光束LIGHTは、対物レンズOLを通して、画素列PD_ARYに結像される。信号処理回路SIG_PROC_CIR’は、画像処理回路MPUに接続されており、画像処理回路MPUにAD変換信号AD_SIGを出力する。電源供給回路SUPは、信号処理回路SIG_PROC_CIR’および画像処理回路MPUに接続されており、各回路の動作に必要な電源を供給する。   The light beam LIGHT input from the subject is imaged on the pixel column PD_ARY through the objective lens OL. The signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ is connected to the image processing circuit MPU and outputs an AD conversion signal AD_SIG to the image processing circuit MPU. The power supply circuit SUP is connected to the signal processing circuit SIG_PROC_CIR 'and the image processing circuit MPU, and supplies power necessary for the operation of each circuit.

[動作]
カプセル内視鏡SCOPEは、患者がカプセル内視鏡SCOPEを口から飲み込み肛門から排出するまでの体内の映像を撮影するために用いられる。主な撮影対象は、胃、小腸、大腸である。一次元方向に配列された複数の受光素子を有する画素列PD_ARYを、例えば受光素子が配列された方向と直交する方向に複数配置することによって、二次元映像を取得することができる。例えば、n個の画素列PD_ARYが配置されている場合、n個の画素列PD_ARYのそれぞれが、図12に示す矢印L1,L2,・・・,Lnが通過する領域の画像を構成する電圧信号を生成する。
[Operation]
The capsule endoscope SCOPE is used to take an image of the body until the patient swallows the capsule endoscope SCOPE from the mouth and ejects it from the anus. The main subjects are the stomach, small intestine, and large intestine. By arranging a plurality of pixel columns PD_ARY having a plurality of light receiving elements arranged in a one-dimensional direction, for example, in a direction orthogonal to the direction in which the light receiving elements are arranged, a two-dimensional image can be acquired. For example, when n pixel columns PD_ARY are arranged, each of the n pixel columns PD_ARY is a voltage signal that forms an image of a region through which arrows L1, L2,..., Ln shown in FIG. Is generated.

画素列PD_ARYは、画素列PD_ARYに入力された光量に応じた電圧信号を出力する。画素列PD_ARYから出力された電圧信号はAD変換器ADCでAD変換信号AD_SIGに変換される。AD変換信号AD_SIGに対して、画像処理回路MPUにおいて、画像処理の演算が行われ、最終的に、図12に示すような映像が生成される。映像の更新は所定のフレームレート(フレーム周期)で行われ、典型的な使用例では1秒間に1回から100回程度、映像の更新が行われる。信号処理回路SIG_PROC_CIR’の詳細な動作については以下で説明する。   The pixel column PD_ARY outputs a voltage signal corresponding to the amount of light input to the pixel column PD_ARY. The voltage signal output from the pixel column PD_ARY is converted into an AD conversion signal AD_SIG by the AD converter ADC. Image processing is performed on the AD conversion signal AD_SIG in the image processing circuit MPU, and finally a video as shown in FIG. 12 is generated. The video is updated at a predetermined frame rate (frame period). In a typical use example, the video is updated about once to about 100 times per second. The detailed operation of the signal processing circuit SIG_PROC_CIR 'will be described below.

<信号処理回路SIG_PROC_CIR’>
[構成]
以下、信号処理回路SIG_PROC_CIR’の構成について図13を用いて説明する。図13は、信号処理回路SIG_PROC_CIR’の構成を示している。信号処理回路SIG_PROC_CIR’は、信号列生成回路SIG_ARY_GEN’と、ドライバ回路DRV_CIRと、AD変換器ADCと、最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECT’と、バイアス制御回路BIAS_GEN’と、を有する。これらの構成は同一の半導体チップ上に形成されている。
<Signal processing circuit SIG_PROC_CIR '>
[Constitution]
Hereinafter, the configuration of the signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows the configuration of the signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′. The signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ includes a signal string generation circuit SIG_ARY_GEN ′, a driver circuit DRV_CIR, an AD converter ADC, a maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT ′, and a bias control circuit BIAS_GEN ′. These structures are formed on the same semiconductor chip.

信号列生成回路SIG_ARY_GEN’は、複数の電圧信号(DC電圧信号)で構成される電圧信号群を所定のフレーム周期で繰り返し時分割して第一の信号列SIG_ARY1としてドライバ回路DRV_CIRに出力する。ドライバ回路DRV_CIRは、第一の信号列SIG_ARY1とバイアス制御信号gm_ctrl’とが入力され、第一の信号列SIG_ARY1を、バイアス制御信号gm_ctrl’に応じたトランスコンダクタンスでドライバ出力電圧V_DRVOUTに変換してサンプルアンドホールド回路SHCに出力する。AD変換器ADCは、サンプルアンドホールド回路SHCを入力段に有し、サンプルアンドホールド回路SHCに保持されたアナログ信号をデジタル信号であるAD変換信号AD_SIGに変換して、図11に記載された画像処理回路MPUに出力する。   The signal string generation circuit SIG_ARY_GEN 'repeatedly time-divides a voltage signal group composed of a plurality of voltage signals (DC voltage signals) at a predetermined frame period, and outputs it to the driver circuit DRV_CIR as a first signal string SIG_ARY1. The driver circuit DRV_CIR receives the first signal sequence SIG_ARY1 and the bias control signal gm_ctrl ′, converts the first signal sequence SIG_ARY1 into the driver output voltage V_DRVOUT with a transconductance according to the bias control signal gm_ctrl ′, and samples it. Output to the hold circuit SHC. The AD converter ADC has a sample and hold circuit SHC at the input stage, converts an analog signal held in the sample and hold circuit SHC into an AD conversion signal AD_SIG that is a digital signal, and displays the image shown in FIG. Output to the processing circuit MPU.

最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECT’は、AD変換信号AD_SIGが入力され、1フレーム分の第一の信号列SIG_ARY1に対応するAD変換信号AD_SIGの最大値に対応した最大信号Vmax’と、最小値に対応した最小信号Vmin’とを生成してバイアス制御回路BIAS_GEN’に出力する。バイアス制御回路BIAS_GEN’は、最大信号Vmax’と最小信号Vmin’とが入力され、1つ前のフレーム(第1のフレーム)に出力された最大信号Vmax’と最小信号Vmin’との差である最大コントラストVCONT_MAXに基づき、次のフレーム(第2のフレーム)に出力される最大信号Vmax’と最小信号Vmin’との差である最大コントラストV’CONT_MAXを予想し、次のフレームに出力される第一の信号列SIG_ARY1の処理に使用されるバイアス制御信号gm_ctrl’を生成してドライバ回路DRV_CIRに出力する。 The maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT ′ receives the AD conversion signal AD_SIG and receives the maximum signal Vmax ′ corresponding to the maximum value of the AD conversion signal AD_SIG corresponding to the first signal sequence SIG_ARY1 for one frame and the minimum value. Is generated and output to the bias control circuit BIAS_GEN ′. The bias control circuit BIAS_GEN ′ receives the maximum signal Vmax ′ and the minimum signal Vmin ′, and is a difference between the maximum signal Vmax ′ and the minimum signal Vmin ′ output in the previous frame (first frame). Based on the maximum contrast V CONT_MAX , the maximum contrast V ′ CONT_MAX that is the difference between the maximum signal Vmax ′ and the minimum signal Vmin ′ output in the next frame (second frame) is predicted and output in the next frame. A bias control signal gm_ctrl ′ used for processing the first signal sequence SIG_ARY1 is generated and output to the driver circuit DRV_CIR.

[動作]
ドライバ回路DRV_CIRとサンプルアンドホールド回路SHCの内部構成および動作は、図1に記載された各回路の内部構成および動作と同じであり、詳細な説明は省略する。図14は、信号列生成回路SIG_ARY_GEN’の構成を示している。信号列生成回路SIG_ARY_GEN’の構成は、図2に示す信号列生成回路SIG_ARY_GENから、第二の信号列SIG_ARY2を取り出すための信号線を取り除いたこと以外は同じであるため、信号列生成回路SIG_ARY_GEN’の構成についての詳細な説明は省略する。
[Operation]
The internal configuration and operation of the driver circuit DRV_CIR and the sample-and-hold circuit SHC are the same as the internal configuration and operation of each circuit described in FIG. FIG. 14 shows a configuration of the signal string generation circuit SIG_ARY_GEN ′. The configuration of the signal string generation circuit SIG_ARY_GEN ′ is the same except that the signal line for extracting the second signal string SIG_ARY2 is removed from the signal string generation circuit SIG_ARY_GEN shown in FIG. A detailed description of the configuration will be omitted.

以下、図4を再度引用し、信号処理回路SIG_PROC_CIR’における読み出しシーケンスについて説明する。最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECT’およびバイアス制御回路BIAS_GEN’の機能は、図1に記載されたものと異なるため、後述する。   Hereinafter, the reading sequence in the signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ will be described with reference to FIG. 4 again. The functions of the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT 'and the bias control circuit BIAS_GEN' are different from those described in FIG.

先ず、図4を用いて、最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECT’について説明する。最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECT’は、AD変換器ADCによりAD変換された電圧信号群G1に対応したAD変換信号AD_SIGを用いて、1フレーム前の転送期間TRAN_Tに読み出された電圧信号群G1の最大コントラストVCONT_MAXを決定し、次のフレームの転送期間TRAN_T’に読み出される電圧信号群G2の最大コントラストを予想する。例えば、1フレーム前の転送期間TRAN_Tに読み出された電圧信号群G1の最大コントラストVCONT_MAXの2割増しである1.2×VCONT_MAXを次のフレームにおける最大コントラストであると予想する。このような予想演算を行った結果、以下の(9)式が成り立てば、サンプリング誤差を所定のサンプリング誤差ε以下に抑えつつドライバ出力電圧V_DRVOUTをサンプリングするようにサンプルアンドホールド回路SHCを駆動することができる。
V’CONT_MAX≦1.2×VCONT_MAX ・・・(9)
First, the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT ′ will be described with reference to FIG. The maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT ′ uses the AD conversion signal AD_SIG corresponding to the voltage signal group G1 AD-converted by the AD converter ADC to read the voltage signal group read in the transfer period TRAN_T one frame before. The maximum contrast V CONT_MAX of G1 is determined, and the maximum contrast of the voltage signal group G2 read in the transfer period TRAN_T ′ of the next frame is predicted. For example, 1.2 × V CONT_MAX that is 20% higher than the maximum contrast V CONT_MAX of the voltage signal group G1 read in the transfer period TRAN_T one frame before is predicted to be the maximum contrast in the next frame. If the following equation (9) is established as a result of performing such a prediction calculation, the sample and hold circuit SHC is driven so as to sample the driver output voltage V_DRVOUT while suppressing the sampling error to a predetermined sampling error ε or less. Can do.
V ′ CONT_MAX ≦ 1.2 × V CONT_MAX (9)

ただし、V’CONT_MAXは、実際に次のフレームで読み出された電圧信号群G2の最大コントラストである。したがって、(9)式および以下の(10)式の両方が成り立つ撮影条件である限り、(6)式が成り立つので、本実施形態に係る信号処理回路SIG_PROC_CIR’は従来技術に比べて消費電流を低減することができる。
1.2×VCONT_MAX<VSWING_MAX ・・・(10)
However, V ′ CONT_MAX is the maximum contrast of the voltage signal group G2 actually read out in the next frame. Therefore, as long as both the expression (9) and the following expression (10) are satisfied, the expression (6) is satisfied. Therefore, the signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ according to the present embodiment consumes less current than the related art. Can be reduced.
1.2 × V CONT_MAX <V SWING_MAX (10)

信号処理回路SIG_PROC_CIR’が、本実施形態に係るカプセル内視鏡SCOPEに搭載されることにより、より消費電力を低減する効果が得られる。これは、以下の2点が挙げられるためである。第一の点は、図12で示した通り、一般に胃壁の腸壁の映像のコントラストは低く、最大コントラストVCONT_MAXの値が小さいことである。第二の点は、カプセル内視鏡SCOPEが定期的に撮影を繰り返すことにより生成される映像が同様な映像であるため、1つ前のフレームに読み出された電圧信号群の最大コントラストVCONT_MAXに基づいた次のフレームにおける最大コントラストV’CONT_MAXの予想を正確に行いやすいことである。 By mounting the signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ on the capsule endoscope SCOPE according to the present embodiment, an effect of further reducing power consumption can be obtained. This is because of the following two points. The first point is that, as shown in FIG. 12, the contrast of the image of the intestinal wall of the stomach wall is generally low and the value of the maximum contrast V CONT_MAX is small. The second point is that the image generated by the capsule endoscope SCOPE periodically taking images is the same image, and therefore the maximum contrast V CONT_MAX of the voltage signal group read out in the previous frame. It is easy to accurately predict the maximum contrast V ′ CONT_MAX in the next frame based on the above.

以上に説明した通り、本実施形態に係るカプセル内視鏡SCOPEに搭載された信号処理回路SIG_PROC_CIR’を構成するドライバ回路DRV_CIRは、図12の矢印L1,L2が示すような、コントラスト(明暗差)の低い被写体に対応した部分では小さなトランスコンダクタンスgmでサンプルアンドホールド回路SHCを駆動する。また、本実施形態に係るカプセル内視鏡SCOPEに搭載された信号処理回路SIG_PROC_CIR’を構成するドライバ回路DRV_CIRは、図12の矢印Lnが示すような、比較的大きなコントラストを有する被写体に対応した部分では大きなトランスコンダクタンスgmで動作する。   As described above, the driver circuit DRV_CIR constituting the signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ mounted on the capsule endoscope SCOPE according to the present embodiment has a contrast (light / dark difference) as indicated by arrows L1 and L2 in FIG. The sample and hold circuit SHC is driven with a small transconductance gm in a portion corresponding to a low subject. Further, the driver circuit DRV_CIR constituting the signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ mounted on the capsule endoscope SCOPE according to the present embodiment is a part corresponding to a subject having a relatively large contrast as indicated by an arrow Ln in FIG. Then, it operates with a large transconductance gm.

カプセル内視鏡SCOPEが撮影対象とする被写体(例えば、胃壁や腸壁)の映像がローコントラストであることが多いため、ドライバ回路DRV_CIRが駆動すべき信号の最大値と最小値の差分は小さくなる傾向にある。したがって、本実施形態に係る信号処理回路SIG_PROC_CIR’をカプセル内視鏡SCOPEに搭載することにより、ドライバ回路DRV_CIRはより長い時間、小さなトランスコンダクタンスで動作するため、カプセル内視鏡SCOPEは従来よりも小さな消費電力で動作することができる。   Since the image of the subject (for example, stomach wall or intestinal wall) to be imaged by the capsule endoscope SCOPE is often low contrast, the difference between the maximum value and the minimum value of the signal to be driven by the driver circuit DRV_CIR becomes small. There is a tendency. Therefore, since the driver circuit DRV_CIR operates with a small transconductance for a longer time by mounting the signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ according to the present embodiment in the capsule endoscope SCOPE, the capsule endoscope SCOPE is smaller than the conventional one. It can operate with power consumption.

<変形例>
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
<Modification>
As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above-described embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. .

ドライバ回路DRV_CIRの構成は、図8に示す構成に限らない。例えば、図15に示すトランスコンダクタンスアンプでドライバ回路DRV_CIRを構成しても良いし、これ以外の構成のトランスコンダクタンスアンプでドライバ回路DRV_CIRを構成しても良い。   The configuration of the driver circuit DRV_CIR is not limited to the configuration shown in FIG. For example, the driver circuit DRV_CIR may be configured by the transconductance amplifier shown in FIG. 15, or the driver circuit DRV_CIR may be configured by a transconductance amplifier having a configuration other than this.

以下、図15に示すトランスコンダクタンスアンプについて説明する。図15に示すトランスコンダクタンスアンプは、PMOSトランジスタP1,P2,P3,P4,P1’,P3’,P4’と、NMOSトランジスタN1,N2,N3,N4,N1’,N3’,N4’と、を有する。   Hereinafter, the transconductance amplifier shown in FIG. 15 will be described. The transconductance amplifier shown in FIG. 15 includes PMOS transistors P1, P2, P3, P4, P1 ′, P3 ′, P4 ′ and NMOS transistors N1, N2, N3, N4, N1 ′, N3 ′, N4 ′. Have.

PMOSトランジスタP2は第一のテール電流源I_TAIL1を構成する。NMOSトランジスタN2は第二のテール電流源I_TAIL2を構成する。PMOSトランジスタP3,P3’およびNMOSトランジスタN3,N3’は差動対DIFF_STAGEを構成する。PMOSトランジスタP1,P4,P1’,P4’およびNMOSトランジスタN1,N4,N1’,N4’は負荷回路LOAD_STAGEを構成する。   The PMOS transistor P2 constitutes a first tail current source I_TAIL1. The NMOS transistor N2 constitutes a second tail current source I_TAIL2. The PMOS transistors P3 and P3 'and the NMOS transistors N3 and N3' constitute a differential pair DIFF_STAGE. The PMOS transistors P1, P4, P1 ', P4' and the NMOS transistors N1, N4, N1 ', N4' constitute a load circuit LOAD_STAGE.

図15では省略されているが、PMOSトランジスタP3のドレイン端子はNMOSトランジスタN1のドレイン端子およびNMOSトランジスタN4のソース端子に接続され、PMOSトランジスタP3’のドレイン端子はNMOSトランジスタN1’のドレイン端子およびNMOSトランジスタN4’のソース端子に接続され、NMOSトランジスタN3のドレイン端子はPMOSトランジスタP1のドレイン端子およびPMOSトランジスタP4のソース端子に接続され、NMOSトランジスタN3’のドレイン端子はPMOSトランジスタP1’のドレイン端子およびPMOSトランジスタP4’のソース端子に接続されている。   Although omitted in FIG. 15, the drain terminal of the PMOS transistor P3 is connected to the drain terminal of the NMOS transistor N1 and the source terminal of the NMOS transistor N4, and the drain terminal of the PMOS transistor P3 ′ is connected to the drain terminal of the NMOS transistor N1 ′ and the NMOS transistor. The drain terminal of the NMOS transistor N3 is connected to the drain terminal of the PMOS transistor P1 and the source terminal of the PMOS transistor P4. The drain terminal of the NMOS transistor N3 ′ is connected to the drain terminal of the PMOS transistor P1 ′. It is connected to the source terminal of the PMOS transistor P4 ′.

また、図8に記載のドライバ回路DRV_CIRにおいて、第一の電源VDDは電源電圧であり、第二の電源VSSはグラウンドであり、第一導電型のトランジスタはPMOSトランジスタであり、第二導電型のトランジスタはNMOSトランジスタである。電源および導電型の形態はこれ以外であってもよく、例えば、第一の電源VDDがグラウンドであり、第二の電源VSSが電源電圧であり、第一導電型のトランジスタがNMOSトランジスタであり、第二導電型のトランジスタがPMOSトランジスタであっても良い。   In the driver circuit DRV_CIR shown in FIG. 8, the first power supply VDD is the power supply voltage, the second power supply VSS is the ground, the first conductivity type transistor is a PMOS transistor, and the second conductivity type The transistor is an NMOS transistor. For example, the first power supply VDD is the ground, the second power supply VSS is the power supply voltage, the first conductivity type transistor is an NMOS transistor, The second conductivity type transistor may be a PMOS transistor.

また、ドライバ回路DRV_CIRはシングルエンド型であるとして説明を行ったが、全差動型のドライバ回路であっても構わない。   The driver circuit DRV_CIR has been described as being a single-ended type, but may be a fully differential type driver circuit.

また、図2では、n個の受光素子PD[1]〜PD[n]が全て最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTに接続されているが、最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTに接続される受光素子の数はn個よりも少なくても良い。例えば、受光素子PD[1]〜PD[n]と最大値/最小値検出回路MAX_MIN_DETECTを接続する信号線を1本毎に間引いても、最大コントラストVCONT_MAXの概算値を求めることができ、配線に必要な面積を抑えることができる。 In FIG. 2, all the n light receiving elements PD [1] to PD [n] are connected to the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT, but light reception connected to the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT. The number of elements may be less than n. For example, even if the signal lines connecting the light receiving elements PD [1] to PD [n] and the maximum value / minimum value detection circuit MAX_MIN_DETECT are thinned out one by one, an approximate value of the maximum contrast V CONT_MAX can be obtained. It is possible to reduce the area required for the process.

また、図11に示す信号処理回路SIG_PROC_CIR’が、第1の実施形態に係る信号処理回路SIG_PROC_CIRであっても、同様の効果が得られる。   Further, even when the signal processing circuit SIG_PROC_CIR ′ shown in FIG. 11 is the signal processing circuit SIG_PROC_CIR according to the first embodiment, the same effect can be obtained.

また、第2の実施形態では、バイアス制御回路BIAS_GEN’は、1つ前のフレームに出力された最大信号Vmax’と最小信号Vmin’との差である最大コントラストVCONT_MAXに基づき、次のフレームに出力される最大信号Vmax’と最小信号Vmin’との差である最大コントラストV’CONT_MAXを予想しているが、次のようにしてもよい。例えば、バイアス制御回路BIAS_GEN’は、第1のフレームに出力された最大信号Vmax’と最小信号Vmin’との差である最大コントラストVCONT_MAXに基づき、第1のフレームよりもmフレーム(m:2以上の整数)後の第2のフレームに出力される最大信号Vmax’と最小信号Vmin’との差である最大コントラストV’CONT_MAXを予想し、第2のフレームにおいて、予め予想した最大コントラストV’CONT_MAXに基づくバイアス制御信号gm_ctrl’を生成してドライバ回路DRV_CIRに出力する。 Further, in the second embodiment, the bias control circuit BIAS_GEN ′ performs the next frame based on the maximum contrast V CONT_MAX that is the difference between the maximum signal Vmax ′ and the minimum signal Vmin ′ output in the previous frame. Although the maximum contrast V ′ CONT_MAX that is the difference between the output maximum signal Vmax ′ and the minimum signal Vmin ′ is expected, the following may be used. For example, the bias control circuit BIAS_GEN ′ uses m frames (m: 2) from the first frame based on the maximum contrast V CONT_MAX that is the difference between the maximum signal Vmax ′ and the minimum signal Vmin ′ output in the first frame. The maximum contrast V ′ CONT_MAX that is the difference between the maximum signal Vmax ′ and the minimum signal Vmin ′ output in the second frame after the above is predicted, and the maximum contrast V ′ predicted in advance in the second frame A bias control signal gm_ctrl ′ based on CONT_MAX is generated and output to the driver circuit DRV_CIR.

また、図3および図4では、グラフの縦軸の上方を、蓄積電荷が多い状態(飽和レベルVsat)として説明を行ってきたが、グラフの縦軸の上方を、蓄積電荷が少ない状態(OBレベルVob)としても良い。   In FIGS. 3 and 4, the upper portion of the vertical axis of the graph has been described as a state in which the accumulated charge is large (saturation level Vsat). Level Vob) may be used.

SIG_PROC_CIR,SIG_PROC_CIR’ 信号処理回路、SIG_ARY_GEN,SIG_ARY_GEN’ 信号列生成回路、MAX_MIN_DETECT,MAX_MIN_DETECT’ 最大値/最小値検出回路、BIAS_GEN,BIAS_GEN’ バイアス制御回路、DRV_CIR ドライバ回路、ADC AD変換器、SHC サンプルアンドホールド回路、PD_ARY 画素列、SW_ARY スイッチ列、MAX_DETECT 最大値検出回路、MIN_DETECT 最小値検出回路、S1 サンプリングスイッチ、CSH サンプリング容量、Iconst1 第一の電流源、Iconst2 第二の電流源、I_TAIL テール電流源、M1 第一のトランジスタ、M2 第二のトランジスタ、M3 第三のトランジスタ、M4 第四のトランジスタ、DIFF_STASGE 差動対、LOAD_STAGE 負荷回路、SCOPE カプセル内視鏡、OL 対物レンズ、MPU 画像処理回路、SUP 電源供給回路   SIG_PROC_CIR, SIG_PROC_CIR 'signal processing circuit, SIG_ARY_GEN, SIG_ARY_GEN' signal sequence generation circuit, MAX_MIN_DETECT, MAX_MIN_DETECT 'maximum value / minimum value detection circuit, BIAS_GEN, BIAS_GEN' A / D driver control circuit, BIAS_GEN, BIAS_GEN'A circuit Circuit, PD_ARY pixel row, SW_ARY switch row, MAX_DETECT maximum value detection circuit, MIN_DETECT minimum value detection circuit, S1 sampling switch, CSH sampling capacitor, Iconst1 first current source, Iconst2 second current source, I_TAIL tail current source, M1 1st transistor, M2 2nd transistor M3 third transistor, M4 fourth transistor, DIFF_STASGE differential pair, LOAD_STAGE load circuit, SCOPE capsule endoscope, OL objective lens, MPU image processing circuit, SUP power supply circuit

Claims (8)

複数の電圧信号を時分割して第一の信号列として順次出力し、前記複数の電圧信号を第二の信号列として同時に並列的に出力する信号列生成回路と、
前記第二の信号列が入力され、前記複数の電圧信号の略最大値に対応した最大信号と、前記複数の電圧信号の略最小値に対応した最小信号とを出力する最大値/最小値検出回路と、
前記最大信号と前記最小信号とが入力され、前記最大信号と前記最小信号との差に応じて変化するバイアス制御信号を出力するバイアス制御回路と、
前記第一の信号列と前記バイアス制御信号とが入力され、前記バイアス制御信号に応じたトランスコンダクタンスで前記第一の信号列を変換したドライバ出力電圧を出力するドライバ回路と、
前記ドライバ出力電圧が入力され、サンプル期間において前記ドライバ出力電圧をサンプルする動作と、保持期間において前記ドライバ出力電圧を保持する動作とを繰り返すサンプルアンドホールド回路と、
を有し、
前記ドライバ回路の前記トランスコンダクタンスは、前記最大信号と前記最小信号との差が増加すると値が増加し、前記差が減少すると値が減少するように、前記バイアス制御信号によって制御されることを特徴とする信号処理回路。
A plurality of voltage signals are time-divided and sequentially output as a first signal string, and the plurality of voltage signals are simultaneously output in parallel as a second signal string; and
Maximum value / minimum value detection that receives the second signal sequence and outputs a maximum signal corresponding to a substantially maximum value of the plurality of voltage signals and a minimum signal corresponding to a substantially minimum value of the plurality of voltage signals. Circuit,
A bias control circuit that receives the maximum signal and the minimum signal and outputs a bias control signal that changes according to a difference between the maximum signal and the minimum signal;
A driver circuit that receives the first signal sequence and the bias control signal, and outputs a driver output voltage obtained by converting the first signal sequence with a transconductance according to the bias control signal;
A sample-and-hold circuit that receives the driver output voltage and repeats an operation of sampling the driver output voltage in a sample period and an operation of holding the driver output voltage in a holding period;
I have a,
The transconductance of the driver circuit is controlled by the bias control signal so that the value increases when the difference between the maximum signal and the minimum signal increases, and decreases when the difference decreases. A signal processing circuit.
前記サンプルアンドホールド回路を入力段に有し、前記サンプルアンドホールド回路に保持されたアナログ信号をデジタル信号であるAD変換信号として外部に出力するAD変換器を有することを特徴とする請求項1に記載の信号処理回路。   2. The AD converter having the sample-and-hold circuit in an input stage and outputting an analog signal held in the sample-and-hold circuit to the outside as an AD conversion signal that is a digital signal. The signal processing circuit described. 複数の電圧信号を所定のフレーム周期で繰り返し時分割して第一の信号列として出力する信号列生成回路と、
前記第一の信号列とバイアス制御信号とが入力され、前記バイアス制御信号に応じたトランスコンダクタンスで前記第一の信号列を変換したドライバ出力電圧を出力するドライバ回路と、
前記ドライバ出力電圧が入力され、サンプル期間において前記ドライバ出力電圧をサンプルする動作と、保持期間において前記ドライバ出力電圧を保持する動作とを繰り返すサンプルアンドホールド回路を入力段に有し、前記サンプルアンドホールド回路に保持されたアナログ信号をデジタル信号であるAD変換信号として出力するAD変換器と、
前記AD変換信号の略最大値に対応した最大信号と、前記AD変換信号の略最小値に対応した最小信号とを出力する最大値/最小値検出回路と、
第1のフレームに出力された前記最大信号と前記最小信号との差に基づき、前記第1のフレームよりも後の第2のフレームに出力される前記最大信号と前記最小信号との差を予想し、前記第2のフレームに出力される前記第一の信号列に対応する前記バイアス制御信号を出力するバイアス制御回路と、
を有し、
前記ドライバ回路の前記トランスコンダクタンスは、前記最大信号と前記最小信号との差が増加すると値が増加し、前記差が減少すると値が減少するように、前記バイアス制御信号によって制御されることを特徴とする信号処理回路。
A signal sequence generation circuit for repeatedly time-dividing a plurality of voltage signals at a predetermined frame period and outputting as a first signal sequence;
A driver circuit that receives the first signal sequence and the bias control signal, and outputs a driver output voltage obtained by converting the first signal sequence with transconductance according to the bias control signal;
A sample and hold circuit that receives the driver output voltage and repeats an operation of sampling the driver output voltage in a sample period and an operation of holding the driver output voltage in a holding period is provided in the input stage, and the sample and hold An AD converter that outputs an analog signal held in the circuit as an AD conversion signal that is a digital signal;
A maximum value / minimum value detection circuit for outputting a maximum signal corresponding to a substantially maximum value of the AD conversion signal and a minimum signal corresponding to a substantially minimum value of the AD conversion signal;
Based on the difference between the maximum signal and the minimum signal output in the first frame, the difference between the maximum signal and the minimum signal output in the second frame after the first frame is predicted. A bias control circuit that outputs the bias control signal corresponding to the first signal sequence output to the second frame;
I have a,
The transconductance of the driver circuit is controlled by the bias control signal so that the value increases when the difference between the maximum signal and the minimum signal increases, and decreases when the difference decreases. A signal processing circuit.
前記サンプルアンドホールド回路は、
サンプリングクロックによりオンとオフが制御されるサンプリングスイッチと、
容量の値がCSHであるサンプリング容量と、
を有し、
前記サンプリングスイッチがオンとなる前記サンプル期間の長さをts、前記サンプルアンドホールド回路に許容されるサンプリング誤差をε、前記最大信号と前記最小信号との電圧の差をVCONT_MAXとした場合に、
を満たすトランスコンダクタンスgmで前記ドライバ回路が動作するように前記バイアス制御回路が前記バイアス制御信号を制御する
ことを特徴とする請求項1または請求項3に記載の信号処理回路。
The sample and hold circuit
A sampling switch that is controlled on and off by a sampling clock;
A sampling capacity with a capacitance value of CSH ;
Have
When the length of the sample period when the sampling switch is turned on is ts, the sampling error allowed in the sample and hold circuit is ε, and the voltage difference between the maximum signal and the minimum signal is V CONT_MAX ,
The signal processing circuit according to claim 1 or claim 3 wherein the bias control circuit such that the driver circuit transconductance gm start operating and controlling the bias control signal satisfying.
前記信号列生成回路は、
半導体基板の平面上に配列され、受光量に応じた前記電圧信号を生成する複数の受光素子を有する画素列と、
第一端子および第二端子を有し、前記第一端子が各々の前記受光素子に接続され、前記第二端子が互いに接続され、オンとオフの切り替えが可能な複数のスイッチと、
を有し、オンとなる前記スイッチを順次切り替えることにより、前記複数の受光素子で生成された前記電圧信号を時系列的に切り替えて前記第一の信号列として順次出力し、前記複数の受光素子で生成された前記電圧信号を前記第二の信号列として、前記複数の受光素子の夫々に対応して設けられた信号線に同時に並列的に出力する
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理回路。
The signal string generation circuit includes:
A pixel array having a plurality of light receiving elements arranged on a plane of a semiconductor substrate and generating the voltage signal according to the amount of received light;
A plurality of switches having a first terminal and a second terminal, wherein the first terminal is connected to each of the light receiving elements, the second terminal is connected to each other, and can be switched on and off;
The voltage signals generated by the plurality of light receiving elements are sequentially switched and sequentially output as the first signal sequence by sequentially switching the switches that are turned on, and the plurality of light receiving elements The voltage signal generated in step (2) is simultaneously output in parallel to a signal line provided corresponding to each of the plurality of light receiving elements as the second signal sequence. Signal processing circuit.
前記最大値/最小値検出回路は、
複数のNMOSトランジスタと、第一端子および第二端子を有する第一の電流源とを有し、前記複数のNMOSトランジスタの夫々のゲート端子が前記複数の受光素子の全て、若しくは一部に接続され、前記複数のNMOSトランジスタの夫々のドレイン端子が第一の電源に接続され、前記複数のNMOSトランジスタの夫々のソース端子が互いに接続され、前記第一の電流源の前記第一端子が前記複数のNMOSトランジスタの全てのソース端子に接続され、前記第一の電流源の前記第二端子が第二の電源に接続され、前記NMOSトランジスタのソース端子と、前記第一の電流源の前記第一端子とが接続された部分から前記最大信号を出力する最大値検出回路と、
複数のPMOSトランジスタと、第一端子および第二端子を有する第二の電流源とを有し、前記複数のPMOSトランジスタの夫々のゲート端子が前記複数の受光素子の全て、若しくは一部に接続され、前記複数のPMOSトランジスタの夫々のドレイン端子が前記第二の電源に接続され、前記複数のPMOSトランジスタの夫々のソース端子が互いに接続され、前記第二の電流源の前記第一端子が前記PMOSトランジスタの全てのソース端子に接続され、前記第二の電流源の前記第二端子が前記第一の電源に接続され、前記PMOSトランジスタのソース端子と、前記第二の電流源の前記第一端子とが接続された部分から前記最小信号を出力する最小値検出回路と、
を有することを特徴とする請求項に記載の信号処理回路。
The maximum value / minimum value detection circuit includes:
A plurality of NMOS transistors; and a first current source having a first terminal and a second terminal; and each gate terminal of the plurality of NMOS transistors is connected to all or a part of the plurality of light receiving elements. Each drain terminal of the plurality of NMOS transistors is connected to a first power source, each source terminal of the plurality of NMOS transistors is connected to each other, and the first terminal of the first current source is the plurality of the plurality of NMOS transistors. Connected to all source terminals of the NMOS transistor, the second terminal of the first current source is connected to a second power source, the source terminal of the NMOS transistor, and the first terminal of the first current source And a maximum value detection circuit that outputs the maximum signal from a portion to which is connected,
A plurality of PMOS transistors; and a second current source having a first terminal and a second terminal; and each gate terminal of the plurality of PMOS transistors is connected to all or a part of the plurality of light receiving elements. Each drain terminal of the plurality of PMOS transistors is connected to the second power source, each source terminal of the plurality of PMOS transistors is connected to each other, and the first terminal of the second current source is the PMOS Connected to all source terminals of the transistor, the second terminal of the second current source is connected to the first power source, the source terminal of the PMOS transistor, and the first terminal of the second current source And a minimum value detection circuit that outputs the minimum signal from a portion connected to
The signal processing circuit according to claim 5 , comprising:
前記ドライバ回路は、
前記バイアス制御信号により、
出力電流が制御されるテール電流源と、
前記テール電流源から入力された前記出力電流の値に応じた所定のトランスコンダクタンスで、反転入力端子および非反転入力端子に入力された電圧の差分に応じた電流を出力する差動対回路と、
前記差動対回路から入力された前記電流に応じた電圧を出力する負荷回路と、
を有することを特徴とする請求項1または請求項3に記載の信号処理回路。
The driver circuit is
By the bias control signal,
A tail current source whose output current is controlled;
A differential pair circuit that outputs a current according to a difference between voltages input to an inverting input terminal and a non-inverting input terminal with a predetermined transconductance corresponding to a value of the output current input from the tail current source;
A load circuit that outputs a voltage corresponding to the current input from the differential pair circuit;
The signal processing circuit according to claim 1, further comprising:
請求項2または請求項3に記載の信号処理回路であって、半導体基板の平面上に配列され、受光量に応じた前記電圧信号を生成する複数の受光素子を有する画素列を前記信号列生成回路に備え、前記電圧信号に対応した前記AD変換信号を出力する前記信号処理回路と、
被写体から入力された光束を前記画素列に結像する対物レンズと、
前記信号処理回路から入力された前記AD変換信号に基づいた画像処理を行う画像処理回路と、
前記信号処理回路および前記画像処理回路に電源を供給する電源供給回路と、
を有することを特徴とするカプセル内視鏡。
4. The signal processing circuit according to claim 2, wherein a pixel column having a plurality of light receiving elements arranged on a plane of a semiconductor substrate and generating the voltage signal according to the amount of received light is generated. A signal processing circuit for preparing the circuit and outputting the AD conversion signal corresponding to the voltage signal;
An objective lens that forms an image of a light beam input from a subject on the pixel row;
An image processing circuit for performing image processing based on the AD conversion signal input from the signal processing circuit;
A power supply circuit for supplying power to the signal processing circuit and the image processing circuit;
A capsule endoscope characterized by comprising:
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