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JP2575964B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

固体撮像装置

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JP2575964B2
JP2575964B2 JP3063244A JP6324491A JP2575964B2 JP 2575964 B2 JP2575964 B2 JP 2575964B2 JP 3063244 A JP3063244 A JP 3063244A JP 6324491 A JP6324491 A JP 6324491A JP 2575964 B2 JP2575964 B2 JP 2575964B2
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JP
Japan
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terminal
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inverter
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井 誠 物
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
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    • H03F3/70Charge amplifiers
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/01Shaping pulses
    • H03K5/02Shaping pulses by amplifying
    • H03K5/023Shaping pulses by amplifying using field effect transistors

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  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Amplifiers (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電圧増幅回路に係り、特
にCCDイメージセンサの出力回路に好適な電圧増幅回
路に関する。
【0002】
【従来の技術】光画像信号を電気信号に変換する半導体
素子としてCCDイメージセンサが広く普及している。
例えば、直線上に画素が並んだCCDリニアイメージセ
ンサはファクシミリや複写機の画像読み取り用の受光素
子として不可欠の部品となっている。
【0003】図4はCCDリニアイメージセンサの概略
構造を示した図である。複数の画素を直線上に並べた画
素列1と、各画素で発生した電荷を転送のために一時的
に保持するCCDレジスタ3と、画素列1からの電荷を
CCDレジスタ3へ転送するためのシフトゲート2とか
ら構成されている。
【0004】CCDレジスタ3によって転送される信号
電荷は出力端に接続される浮遊拡散容量11に蓄積さ
れ、その電位変化が後続のソースフォロア4によって検
出され低インピーダンス電圧出力10として出力され
る。電圧出力10は複数のインバータ回路5,6,7か
ら構成される電圧増幅回路9に入力され所定の電圧増幅
が行われて出力端子8に出力として現れる図4に示す電
圧増幅回路9は一般にコストの低下とノイズの低減とを
考慮してCCDセンサと同一チップ上に設けられてい
る。図8は図4に示す電圧増幅回路9の詳細回路構成の
一例を示したものである。ソースフォロア回路4の後段
に2段のインバータ回路5,6を接続しさらに最終段に
ソースフォロア回路7を接続して低インピーダンス出力
を出力端子8から得ている。
【0005】図5はソースフォロア回路4の入力電圧V
aと出力電圧Vbとの関係を示す入出力特性図、また図
6はインバータ回路5の入力電圧Vbと出力電圧Vcと
の関係を示す入出力特性図をそれぞれ示している。ソー
スフォロア回路4では入出力電圧はそれぞれ直線状に広
い範囲で動作するが、インバータ回路5では入力電圧V
bが(A)に示す範囲にあるときのみ線形領域での反転
増幅を行うことができる。
【0006】このように図8に示す電圧増幅回路では、
インバータ回路5または6の利得を大きくすると線形入
力電圧範囲(A)が小さくなり、入力電圧のオフセット
の設定が難しくなる。これを解決するための1つの方法
として図9に示すような回路が知られている。この回路
では各インバータ回路5,6への入力を容量12,13
で直流分をカットし、しかも信号入力の印加前の期間に
それぞれのインバータ回路5,6の入出力間を接続する
スイッチ14,15を一定時間導通させてインバータ
5,6の動作点設定を行うようにしている。
【0007】図7は回路5の入力電圧Vdと出力電圧V
eとの関係を示す入出力特性図で、図に示す(B)点に
動作点が設定される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図9に
示す回路では容量12,13の形成方法に問題がある。
ノイズを押さえるために金属電極間容量を用いて容量1
2,13を形成する方法が知られているが、例えば第1
ポリシリコン電極と第2ポリシリコン電極との間の容量
でこの容量12,13を形成した場合電極間の耐圧が低
く耐圧不良を起こす可能性がある。さらに容量12,1
3の値は利得の損失を防ぐためにある程度大きくしなけ
ればならないが、そのためには容量を形成するための回
路領域が大きくなったり、動作設定時間が長くなった
り、浮遊容量が増えて動作速度が遅くなる等の問題点が
ある。
【0009】本発明は上述した問題点を解消するために
なされたもので、簡単な回路構成で高利得の電圧増幅回
路を含む固体撮像装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる固体撮像
装置は、入射光を電気信号に変換する光電変換手段と、
一入力端子に前記光電変換回路からの出力信号が与えら
れる差動回路と、前記差動回路の一出力端子に縦列接続
された少なくとも1段のインバータと、前記インバータ
回路の最終段の一端子と前記差動回路の他方側端子間を
所定のタイミングで制御されるスイッチ手段を介して接
続し、前記インバータ回路の最終段の一端子を帰還させ
る負帰還回路と、前記スイッチ手段と前記差動回路の他
方側端子間の接続点と接地点間に接続された対接地容量
であって、インバータ回路の初段の動作電圧を、前記光
電変換手段の出力信号が印加される前の期間中、前記ス
イッチ手段を閉じることによりそこで定まる電圧に保持
する対接地容量を備えたことを特徴とする。前記差動回
路は電力供給端子間に直列に接続された第1および第2
のMOSトランジスタを含み、前記第1のMOSトラン
ジスタのゲート端子にはフィードバック信号が与えら
れ、前記第2のMOSトランジスタのゲート端子には前
記入力信号が与えられるものであると良い。
【0011】
【作用】本発明では入力信号の印加前の期間に前記スイ
ッチ素子を導通させ、初段のインバータ回路の動作点電
圧を設定する。したがって動作点を所定の入力電圧範囲
内に安定して設定することができる。
【0012】
【実施例】図1は本発明の一実施例にかかる固体撮像装
置に含まれる電圧増幅回路の構成を示す回路図である。
なお、従来の回路構成部分と同一部分には同一符号を付
し、その詳細説明は省略する。
【0013】この電圧増幅回路ではソースフォロア回路
4からの出力は差動回路18の一方の負側入力端に接続
されている。さらにインバータ回路6の出力Vgはスイ
ッチ16を介して差動回路18の正側入力端に接続され
ている。これにより負帰還回路が形成される。またスイ
ッチ16と差動回路18との接続点と、接地点との間に
対接地容量17を接続し、動作点電圧をこの対接地容量
に保持するようにしている。この対接地容量はポリシリ
コン電極とゲート酸化膜容量との間で容易に形成できる
ため、大きな容量値を得ることが可能で、しかも高耐圧
でノイズの影響を受けにくい。
【0014】図2はインバータ回路6の入力電圧Vf
と、出力電圧Vgとの関係を示す特性図で、動作点は図
中に示す(C)点に設定される。
【0015】図3は図1の回路に印加される各種電圧の
動作タイミングを示したタイミングチャートである。浮
遊拡散容量11の一端に現れる信号FJが差動回路18
の一端に入力される直前の期間に信号Φamprsによ
りスイッチ16を所定期間だけ導通させ、動作点を設定
し、その後に入力信号Φrsおよびタイミング信号Φ1
が入力される。なおこの時設定された動作点電圧は、対
接地容量17で決まる電圧に保持されている。
【0016】なお、図3に示す実施例では信号Φamp
rsを印加しスイッチ16をオンさせ、動作点を設定す
るタイミングが各画素の読出しごとに行われるようにな
っているが、一ラインの画素読出しに対し1回だけ行う
ようにしてもよい。この場合には、動作点を保持する期
間が長くなるため対接地容量17を大きくする必要があ
る。さらに図1に示す実施例ではインバータ回路が1段
のみであったが3段以上の奇数段接続して構成すること
もできる。この場合も段間に容量を挿入して直流分をカ
ットする必要はなく、容量分での利得の損失が発生しな
い。このため、所望の動作を実現するための対接地容量
を小さくでき、回路領域の面積を減少させることもでき
る。
【0017】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて詳細に説明した
ように、本発明によれば、負帰還回路のスイッチ手段と
差動回路の接続点に動作電圧を決定する対接地容量を設
けるようにしているので、動作特性の調整を容易に行う
ことができる。
【0018】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る電圧増幅回路の構成を
示す回路図。
【図2】本発明のインバータの動作点を示す図。
【図3】本発明の回路に印加される各種電圧波形のタイ
ミングを示すタイミングチャート。
【図4】CCDリニアイメージセンサの概略構成を示す
図。
【図5】ソースフォロア回路の入出力特性を示す特性
図。
【図6】インバータ回路の入出力特性を示す特性図。
【図7】インバータ回路の動作点設定を示す図。
【図8】従来の電圧増幅回路の一例を示す回路図。
【図9】従来の他の電圧増幅回路の一例を示す回路図。
【符号の説明】
1 画素列 2 シフトゲート 3 CCDレジスタ 4,7 ソースフォロア回路 6 インバータ回路 16 スイッチ 17 対接地容量 18 差動回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射光を電気信号に変換する光電変換手段
    と、 一入力端子に前記光電変換回路からの出力信号が与えら
    れる差動回路と、 前記差動回路の一出力端子に縦列接続された少なくとも
    1段のインバータと、 前記インバータ回路の最終段の一端子と前記差動回路の
    他方側端子間を所定のタイミングで制御されるスイッチ
    手段を介して接続し、前記インバータ回路の最終段の一
    端子を帰還させる負帰還回路と、 前記スイッチ手段と前記差動回路の他方側端子間の接続
    点と接地点間に接続された対接地容量であって、インバ
    ータ回路の初段の動作電圧を、前記光電変換手段の出力
    信号が印加される前の期間中、前記スイッチ手段を閉じ
    ることによりそこで定まる電圧に保持する対接地容量、 を備えた固体撮像装置。
  2. 【請求項2】前記差動回路は電力供給端子間に直列に接
    続された第1および第2のMOSトランジスタを含み、
    前記第1のMOSトランジスタのゲート端子にはフィー
    ドバック信号が与えられ、前記第2のMOSトランジス
    タのゲート端子には前記入力信号が与えられることを特
    徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
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