固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法,以及电子机器
技术领域
本申请是关于固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法,以及电子机器。
背景技术
作为使用检测光并产生电荷的光电转换元件的固态摄像装置(image sensor,图像传感器),CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器被提供在实用上。
CMOS图像传感器作为数码相机、电视相机、监视相机、医疗用内视镜、个人计算机(PC)、手机等携带终端装置(移动式(mobile)机器)等各种电子机器的一部分而被广泛地使用。
CMOS图像传感器具备在每个像素包含光电二极管(光电转换元件)以及浮游扩散层(FD:Floating Diffusion)的FD放大器,它的读出是选择像素阵列中的某一行,并把它们同时往列(column)输出方向读出的列并列输出型为主流。
图1是表示一般的列并列输出型固态摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图1的固态摄像装置1显示有像素PXL配置成行列状的像素部2、以及在快门(shutter)行及读出行中通过行扫描控制线进行像素的驱动的垂直描扫电路(行扫描电路)3。另外,图1中,显示1行的像素配置。
像素部2的各像素PXL基本上,例如对1个光电二极管PD,包括作为传输元件的传输晶体管TG-Tr,作为复位元件的复位晶体管RST-Tr,作为源极跟随器元件(放大元件)的源极跟随器(source follower)晶体管SF-Tr,以及作为选择元件的选择晶体管SEL-Tr的四个元件作为有源元件地构成。
传输晶体管TG-Tr在光电二极管PD的电荷累积期间保持为非导通状态,在把光电二极管的累积电荷传输到浮游扩散层FD的传输期间,通过控制信号线LTG向栅极施加驱动控制信号DTG并保持在导通状态,并藉由光电二极管PD把光电转换的电荷传输到浮游扩散层FD。
复位晶体管RST-Tr通过控制信号线LRST向其栅极賦予驱动控制信号(复位信号)DRST,藉此把浮游扩散层FD的电位复位到电源线的电位VDD。
浮游扩散层FD连接到源极跟随器晶体管SF-Tr的栅极。源极跟随器晶体管SF-Tr通过选择晶体管SEL-Tr而连接到垂直信号线LSGN,构成像素部外的负载电路的定电流源和源极跟随器。
然后,驱动控制信号(地址信号或者是选择信号)DSEL通过控制信号线LSEL而被赋予到选择晶体管SEL-Tr的栅极,选择晶体管SEL-Tr接通。
如果选择晶体管SEL-Tr接通,那么源极跟随器晶体管SF-Tr把浮游扩散层FD的电位放大并将对应其电位的电压输出到垂直信号线LSGN。通过垂直信号线LSGN,从各像素PXL输出的电压被输出到作为像素信号读出电路的列并列处理部。
列并列处理中,图像数据例如从模拟信号转换成数字信号,被传输到后段的信号处理部,在此接受特定的图像信号处理而能得到所希望的图像。
垂直扫描电路3如图1所表示,包含接受控制信号TG(RST、SEL)来将正电源电压的电平(level)的驱动控制信号DTG施加到对应的控制信号线LTG(LRST、LSEL)的行驱动器(row driver)31、以及和正电源电压vaa不同的电压,例如正电源电压vaa以上的电压供给到驱动器的电压供给部32。
电压供给部32是以包含:包括运算放大器(OPAMP)OPA32、内部的电容为100pF左右的内部电容器Cbst以及开关SW(1-4)等的电容器桥(capacitor bridge)电路CB32、以及电容为10nF左右的外部电容器Cext地构成。
另外,作为固态摄像装置10的CMOS图像传感器中,将藉由光电二极管生成并累积的光电荷,对每个像素或每个行依次扫描地进行读出动作。
这个依次扫描,也就是,在作为电子快门而采用滚动快门(rolling shutter)的情况下,无法使累积光电荷的曝光的开始时间以及结束时间在全部的像素一致。因此,在依次扫描的情况下,有在动被摄体的摄像时在摄像图像发生崎变的问题。
在此,在无法允许图像崎变的高速动作的被摄体的摄像和摄像图像的同时性为必要的感测(sensing)用途中,作为电子快门,对像素阵列部中的全像素在相同的时刻实行曝光开始和曝光结束的全局快门(global shutter)被采用。
作为电子快门而采用了全局快门的CMOS图像传感器在像素内,例如设有将从光电转换读出部读出的信号保持在信号保持电容器的信号保持部。
采用了全局快门的CMOS图像传感器中,从光电二极管把电荷作为电压信号一齐累积到信号保持部的信号保持电容器,之后依次读出,藉此确保图像整体的同时性(例如参考非专利文献1)。
【非专利文献1】J.Aoki,et al.,”A Rolling-Shutter Distortion-Free 3DStacked Image Sensor with-160dB Parasitic Light Sensitivity In-Pixel StorageNode”ISSCC 2013/SESSION 27/IMAGE SENSORS/27.3.
【发明的概要】【发明要解决的问题】包含伴随滚动快门动作的CMOS图像传感器的电压供给部32以及行驱动器31的垂直扫描电路3,有驱动像素阵列的1行的必要。
先前的电压供给部32中,使用运算放大器OPA32,将芯片内的电容器Cbst充电到希望的参考电压vref,藉由电源电压vaa进行泵送(pump up),生成过电压或过小电压的电源电压。然后,接着,将电荷多数次传输到外部电容器Cext。
但是,要在必要时间内将内部电容器Cbst和外部电容器Cext充电,需要大回转率(slew rate)和高速应答,因此有需要加大运算放大器OPA32的面积和电力。
又,伴随全局快门动作的CMOS图像传感器的垂直扫描电路3的升压器(booster)因需要驱动像素部2的像素阵列整体,负载电容非常地大。例如,成为滚动快门动作的约1000倍的负载电容。
或者,内部电容Cbst的电容有~1000x的必要。
或者,动作速度(充电以及传输周期)有~1000x的必要。
这些条件中,要满足内部电容器Cbst的电容和动作速度的条件,运算放大器OPA32需要具有非常大的回转率。
因此,现状下,要设计硅衬底上的具备全局快门功能的CMOS图像传感器的电压供给部(booster)是非常困难的。
本发明是提供一种用更简单的电路和更小的面积,寻求能够做到低消耗电力化,并且能够实现高速充电的固态摄像装置、固态摄像装置的驱动方法、以及电子机器。
[用以解决课题的手段]
本发明第1观点的固态摄像装置包括像素部,多个像素配置为行列状;以及读出部,对特定的控制信号线施加对应控制信号的特定电平的驱动控制信号而从所述像素部以1行或多个行为单位来进行像素信号的读出;所述读出部包含驱动器,接受所述控制信号而将被供给的电压电平的所述驱动控制信号施加到对应的所述控制信号线;以及电压供给部,将和第1电源电压不同的电压或和第2电源电压不同的电压供给到所述驱动器;所述电压供给部包含第1节点;第2节点;电容器,第1电极和所述第1节点连接,第2电极和所述第2节点连接;第1电源电位;第2电源电位;第1开关,将所述第1电源电位和所述第1节点或所述第2节点对应第1信号而选择性地连接;第2开关,将所述第2电源电位和所述第2节点或所述第1节点对应第2信号而选择性地连接;且进而包含以下至少任一者:第3开关,将所述第1电源电位和所述第2节点对应第3信号而选择性地连接;第4开关,将所述第2电源电位和所述第1节点对应第4信号而选择性地连接;在包含所述第3开关的情况下,所述第1节点连接到所述驱动器的第1电源电压端子;在包含所述第4开关的情况下,所述第2节点连接到所述驱动器的第2电源电压端子。
本发明第2观点的固态摄像装置的驱动方法是:所述固态摄像装置包含像素部,多个像素配置为行列状;以及读出部,对特定的控制信号线施加对应控制信号的特定电平的驱动控制信号而从所述像素部以1行或多个行为单位来进行像素信号的读出;所述读出部包含驱动器,接受所述控制信号而将被供给的电压电平的所述驱动控制信号施加到对应的所述控制信号线;以及电压供给部,将和第1电源电压不同的电压或和第2电源电压不同的电压供给到所述驱动器;所述电压供给部包含第1节点;第2节点;电容器,第1电极和所述第1节点连接,第2电极和所述第2节点连接;第1电源电位;第2电源电位;第1开关,将所述第1电源电位和所述第1节点或所述第2节点对应第1信号而选择性地连接;第2开关,将所述第2电源电位和所述第2节点或所述第1节点对应第2信号而选择性地连接;第3开关,将所述第1电源电位和所述第2节点对应第3信号而选择性地连接;且所述第1节点连接到所述驱动器的第1电源电压端子;其中,所述固态摄像装置的驱动方法包含以下步骤:在第1期间中,藉由有效的所述第1信号以及所述第2信号而使所述第1开关以及所述第2开关接通,藉由非有效的所述第3信号而使所述第3开关断开;将所述第1节点的电位设定为所述第1电源电位,将所述第2节点的电位设定为基准电位也就是所述第2电源电位;或者将所述第1节点的电位设定为基准电位也就是所述第2电源电位,将所述第2节点的电位设定为所述第1电源电位;在第2期间中,将所述第1信号以及所述第2信号设为非有效而使所述第1开关以及所述第2开关断开,将所述第3信号设为有效而使所述第3开关接通;将所述第1节点的电位设定为比所述第1电源电位高,且到达该第1电源电位的2倍电位为止的电位;或者将所述第1节点的电位设定为到达比所述第1电源电位低了特定电位的电位为止的电位;在所述驱动器中,在接受了在所述第2期间生成的比第1电源电压高的电压的供给的状态下,接受所述控制信号而将比第1电源电压高的电压电平的所述驱动控制信号施加到对应的所述控制信号线;或者在接受了在所述第2期间生成的比第1电源电压低的电压的供给的状态下,接受所述控制信号而将比第1电源电压低的电压电平的所述驱动控制信号施加到对应的所述控制信号线。
又,本发明第2观点的固态摄像装置的驱动方法是:所述固态摄像装置包含像素部,多个像素配置为行列状;以及读出部,对特定的控制信号线施加对应控制信号的特定电平的驱动控制信号而从所述像素部以1行或多个行为单位来进行像素信号的读出;所述读出部包含驱动器,接受所述控制信号而将被供给的电压电平的所述驱动控制信号施加到对应的所述控制信号线;以及电压供给部,将和第1电源电压不同的电压或和第2电源电压不同的电压供给到所述驱动器;所述电压供给部包含第1节点;第2节点;电容器,第1电极和所述第1节点连接,第2电极和所述第2节点连接;第1电源电位;第2电源电位;第1开关,将所述第1电源电位和所述第1节点或所述第2节点对应第1信号而选择性地连接;第2开关,将所述第2电源电位和所述第2节点或所述第1节点对应第2信号而选择性地连接;第4开关,将所述第2电源电位和所述第1节点对应第4信号而选择性地连接;且所述第2节点连接到所述驱动器的第2电源电压端子;其中,所述固态摄像装置的驱动方法包含以下步骤:在第1期间中,藉由有效的所述第1信号以及所述第2信号而使所述第1开关以及所述第2开关接通,藉由非有效的所述第4信号而使所述第4开关断开;将所述第1节点的电位设定为所述第1电源电位,将所述第2节点的电位设定为基准电位也就是所述第2电源电位;或者将所述第1节点的电位设定为基准电位也就是所述第2电源电位,将所述第2节点的电位设定为所述第1电源电位;在第2期间中,将所述第1信号以及所述第2信号设为非有效而使所述第1开关以及所述第2开关断开,将所述第4信号设为有效而使所述第4开关接通;将所述第2节点的电位设定为比所述第2电源电位低,且在负侧到达所述第1电源电位电平为止的电位;或者将所述第2节点的电位设定为比所述第2电源电位高,且在正侧到达特定电位为止的电位;在所述驱动器中,在接受了在所述第2期间生成的比第2电源电压低的电压的供给的状态下,接受所述控制信号而将比第2电源电压低的电压电平的所述驱动控制信号施加到对应的所述控制信号线;或者在接受了在所述第2期间生成的比第2电源电压高的电压的供给的状态下,接受所述控制信号而将比第2电源电压高的电压电平的所述驱动控制信号施加到对应的所述控制信号线。
本发明第3观点的电子机器包括:固态摄像装置;光学系统,在所述固态摄像装置使被摄体成像;所述固态摄像装置包含像素部,多个像素配置为行列状;以及读出部,对特定的控制信号线施加对应控制信号的特定电平的驱动控制信号而从所述像素部以1行或多个行为单位来进行像素信号的读出;所述读出部包含驱动器,接受所述控制信号而将被供给的电压电平的所述驱动控制信号施加到对应的所述控制信号线;以及电压供给部,将和第1电源电压不同的电压或和第2电源电压不同的电压供给到所述驱动器;所述电压供给部包含第1节点;第2节点;电容器,第1电极和所述第1节点连接,第2电极和所述第2节点连接;第1电源电位;第2电源电位;第1开关,将所述第1电源电位和所述第1节点或所述第2节点对应第1信号而选择性地连接;第2开关,将所述第2电源电位和所述第2节点或所述第1节点对应第2信号而选择性地连接;且进而包含以下至少任一者:第3开关,将所述第1电源电位和所述第2节点对应第3信号而选择性地连接;第4开关,将所述第2电源电位和所述第1节点对应第4信号而选择性地连接;在包含所述第3开关的情况下,所述第1节点连接到所述驱动器的第1电源电压端子;在包含所述第4开关的情况下,所述第2节点连接到所述驱动器的第2电源电压端子。
根据本发明,能够用更简单的电路和更小的面积,寻求低消耗电力化,并且能实现高速充电。
附图说明
图1绘示一般的列并列输出型固态摄像装置(CMOS图像传感器)的像素部以及垂直扫描电路的构成例。
图2是表示和本发明的第1实施形态相关的固态摄像装置的构成例的方块图。
图3是表示和本发明的第1实施形态相关的固态摄像装置的像素的构成例的电路图。
图4是用来说明和本发明的实施形态相关的固态摄像装置的像素部的列输出的读出系统的构成例的图。
图5是表示和本发明的第1实施形态相关的固态摄像装置中的垂直扫描电路的驱动器以及电压供给部的具体构成例的电路图。
图6是表示和本发明的第1实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图7是表示和本发明的第2实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图8是表示和本发明的第2实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图9是表示和本发明的第3实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图10是表示和本发明的第3实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图11是表示和本发明的第4实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图12是表示和本发明的第4实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图13是表示和本发明的第5实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图14是表示和本发明的第5实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图15是表示和本发明的第6实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图16是表示和本发明的第6实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图17是表示和本发明的第7实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图18是表示和本发明的第7实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图19是表示和本发明的第8实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图20是表示和本发明的第8实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图21是表示和本发明的第9实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图22是表示和本发明的第9实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图23是表示和本发明的第10实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图24是表示和本发明的第10实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图25是表示和本发明的第11实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图26是表示和本发明的第11实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图27是表示和本发明的第12实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图28是表示和本发明的第12实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图29是表示和本发明的第13实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图30是表示和本发明的第13实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图31是表示和本发明的第14实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图32是表示和本发明的第14实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图33是表示和本发明的第15实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图34是表示和本发明的第15实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图35是表示和本发明的第16实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图36是表示和本发明的第16实施形态相关的固态摄像装置的垂直扫描电路中的电压供给部以及行驱动器的电压生成动作等的时序图。
图37是使用和本发明的实施形态相关的固态摄像装置的电子机器的构成的一例。
具体实施方式
[用以实施发明的形态]以下,将本发明的实施形态和附图賦予关联地进明说明。
(第1实施形态)
图2是表示和本发明的第1实施形态相关的固态摄像装置的构成例的方块图。
在本实施形态中,固态摄像装置10是例如藉由CMOS图像传威器来构成。
此固态摄像装置10如附图2所示,作为主构成要素地,包含将作为摄像部的像素部20、垂直扫描电路(行扫描电路)30、读出电路(列读出电路)40、水平扫描电路(列扫描电路)50、以及时序控制电路60。
这些构成要素中,例如藉由垂直扫描电路30、读出电路40、水平扫描电路50、以及时序控制电路60构成像素信号的读出部70。
在本发明第1形态中,固态摄像装置10如后述,对垂直扫描电路30中的行驱动器供给和正电源电压不同的电压,例如比正电源电压高或者低的电压(或者和负电源电压不同的电压,例如比负电源电压低或者高的电压)的电压供给部,基本上由半导体衬底(芯片)内的第1电源电位vaa、第2电源电位vgnd、3个开关SW、以及外部电容器Cext31构成,能够用更简单的电路和更小的面积,寻求低消耗电力化,并且能实现高速充电,以能够使用在具备滚动快门功能以及全局快门功能的CMOS图像传感器地构成。
本实施形态的电压供给部基本上仅需要硅和1个外部电容器的关开,不需要用于将电容器充放电的内部的运算放大器,也不需要消耗面积和电力的内部电容器,作为外部电容器的高速动作利用输出阻抗非常小的外部电源充电,且电压供给部的输出电压能够对使用电平判断部(电压检测电路)的情况、控制充电时间的情况进行调整。
以下对固态摄像装置10各部分的构成以及功能的概要,特别是像素部20的构成及功能、和它们相关联的读出部70,特别是垂直扫描电路30等中的行驱动器以及作为升压器的电压供给部的构成及功能等进行详述。
(像素及像素部20的构成)
图3是表示和本发明的第1实施形态相关的固态摄像装置10的像素的构成例的电路图。
此像素PXL20是例如包含光电转换元件也就是光电二极管(PD)。
然后,对此光电二极管PD21,分别包含一个传输晶体管TG21-Tr、复位晶体管RST21-Tr、源极跟随器晶体管SF21-Tr、以及选择晶体管SEL21-Tr。
光电二极管PD21产生对应入射光量的量的信号电荷(此处为电子)并累积。
以下,虽以信号电荷为电子,各晶体管为n型晶体管的情况进行说明,但信号电荷为空穴(hole),各晶体管为p型晶体管也可以。
又,本实施形态在多个光电二极管间,共有各晶体管的情况和采用不包含选择晶体管的3晶体管(3Tr)像素的情况也是有效的。
传输晶体管TG21-Tr连接到光电二极管PD21和浮游扩散层FD(FloatingDiffusion)21之间,藉由通过驱动控制线LTG21而被供给到栅极的驱动控制信号DTG21控制。
传输晶体管TG21-Tr在施加到驱动控制线LTG21的驱动控制信号DTG21为高电平(H)的期间被选择而成为导通状态,将由光电二极管PD21进行光电转换的电子传输到浮游扩散层FD21。
复位晶体管RST21-Tr连接在电源线VRst和浮游扩散层PD21之间,藉着通过驱动控制线LRST21而被供给到栅极的驱动控制信号DRST21控制。
另外,复位晶体管RST21-Tr也可以用连接在电源线VDD和浮游扩散层FD21之间,通过驱动控制线LRST21控制的方式构成。
复位晶体管RST21-Tr在施加到驱动控制线LRST21的驱动控制信号DRST21为H电平的期间被选择而成为导通状态,将浮游扩散层FD21复位到电源线VRst(或者VDD)的电位。
源极跟随器晶体管SF21-Tr和选择晶体管SEL21-Tr在电源线VDD和垂直信号线LSGN21之间串联连接。
源极跟随器晶体管SF21-Tr的栅极连接有浮游扩散层FD21。
选择晶体管SEL21-Tr藉由通过驱动控制线LSEL21而被供给到栅极的驱动控制信号DSEL21控制。
选择晶体管SEL21-Tr在施加到驱动控制线LSEL21的驱动控制信号DSEL21为H的期间被选择而成为导通状态。藉此,源极跟随器晶体管SF21-Tr将和浮游扩散层FD21对应的列输出模拟信号VSL输出到垂直信号线LSGN21。
这些动作,例如传输晶体管TG21-Tr、复位晶体管RST21-Tr、以及选择晶体管SEL21-Tr的各栅极以行单位来连接,因此对于1行的各像素同时并列地进行。
像素部20中,例如像素PXL21是n行×m列地配置,因此各驱动控制线LTG21、LRST21、LSEL21是分别为n条、垂直信号线LSGN21是m条。
在图2中,是将各驱动控制线LTG21、LRST21、LSEL21用1条行扫描驱动控制线来表示。
垂直扫描电路30是对应时序控制电路60的控制而在快门行以及读出行中通过行扫描驱动控制线进行像素的驱动。
又,垂直扫描电路30依地址信号,将进行信号的读出的读取(read)行、把累积在光电二极管PD21的电荷进行复位的快门行的行地址的行选择信号输出。
另外,关于垂直扫描电路30的行驱动器以及电压供给部的具体构成及功能,之后叙述。
读出电路40可包含和像素部20的各列输出相对应而配置的多个列信号处理电路(未图示),能用多个列信号处理电路做列并列处理。
读出电路40可包含相关二重采样(CDS:Correlated Double Sampling)电路和ADC(模拟数字转换器,AD转换器)、放大器(AMP)、采样保持(S/H)电路等地构成。
像这样地,读出电路40例如像图4(A)所示,也可以包含将像素部20的各列输出模拟信号VSL转换为数字信号的ADC41地构成。
或者,读出电路40例如像图4(B)所示,也可以配置将像素部20的各列输出模拟信号VSL放大的放大器(AMP)42。
又,读出电路40例如像图4(C)所示,也可以配置对像素部20的各列输出模拟信号VSL进行采样、保持的采样保持(S/H)电路43。
又,读出电路40也可以配置作为对从像素部20的各列输出的像素信号施以特定的处理的信号加以记忆的列存储器(column memory)的SRAM。
水平扫描电路50将利用读出电路40的ADC等的多个列信号处理电路处理的信号加以扫描并传输到水平方向,输出到读出部70。
时序控制电路60对像素部20、垂直扫描电路30、读出电路40、水平扫描电路50等的信号处理生成必要的时序信号。
本发明第1实施形态中,读出部70在滚动快门模式时或在全局快门模式时,控制垂直扫描电路30等,向特定的驱动控制线LTG21(LRST21、LSEL21)施加对应控制信号TG21(RST21、SEL21)的特定电平的驱动控制信号DTG21(DRST21、DSEL21)而从像素部20用1行或多个行为单位(全局快门中是全行)进行像素信号的读出。
(垂直扫描电路30的行驱动器以及电压供给部的具体构成及功能)
以下,说明关于本发明的第1实施形态的固态摄像装置10中的垂直扫描电路30的驱动器以及电压供给部的具体构成例及功能。
图5是表示和本发明的第1实施形态相关的固态摄像装置10中的垂直扫描电路30的驱动器以及电压供给部的具体构成例的电路图。
垂直扫描电路30如图5表示地,包含多个行驱动器310以及电压供给部320地构成。
行驱动器310接受控制信号TG21(RST21、SEL21),将和从电压供给部320供给的第1电源电压(正电源电压)vaa不同的电压,例如比正电源电压vaa高的电压,例如把(vaa+vref)的电平的驱动控制信号DTG21(DRST21,DSEL21)施加到对应的驱动控制线LTG21(LRST21、LSEL21)。
图5的行驱动器310对控制信号TG21(RST21、SEL21)的输入线串联连接有2个反相器(inverter)311、312,且第1电源电压端子TVAA连接到电压供给部320的电压供给线(第1节点ND31)。
例如2个反相器311、312是藉由CMOS反相器构成(在图5后段侧以具体的电路进行例示)。
CMOS反相器312是以p通道MOS(PMOS)晶体管PT31以及n通道MOS(NMOS)晶体管NT31在第1电源电压端子TVAA和基准电位VSS(例如接地电位GND)之间串联连接而构成。
具体来说,PMOS晶体管PT31的源极连接到第1电源电压端子TVAA,NMOS晶体管NT31的源极连接到基准电位VSS。然后,PMOS晶体管PT31的漏极和NMOS晶体管NT31的漏极连接并形成输出节点NDOT,此输出节点NDOT连接到对应的驱动控制线LTG21(LRST21,LSEL21)。
藉由PMOS晶体管PT31的栅极和NMOS晶体管NT31的栅极形成输入节点,并连接到前段元件的反相器311的输出端子。
电压供给部320生成比第1电源电压(正电源电压)vaa高的电压例如(vaa+vref),并供给到行驱动器310。
电压供给部320包含第1节点ND31、第2节点ND32、以及第1电极EL31利用第1连接端子T31和第1节点ND31连接,第2电极EL32利用第2连接端子T32和第2节点ND32连接的外部电容器Cext31。
电压供给部320包含第1电源电位(正电源电位)vaa的第1电源电位线Lvaa、第2电源电位(负电源电位)vgnd的第2电源电位线Lvgnd、第1开关SW31、第2开关SW32、第3开关SW33、第5开关SW35以及电平判断部321。
第1开关SW31例如由NMOS晶体管形成,将第1电源电位线Lvaa和第1节点ND31对应第1信号S31而选择性地连接。
第2开关SW32例如由NMOS晶体管形成,将第2电源电位线Lvgnd和第2节点ND32对应第2信号S32而选择性地连接。
第3开关SW33例如由NMOS晶体管形成,将第1电源电位线Lvaa和第2节点ND32对应第3信号S33而选择性地连接。
像这样,包含第3开关SW33的电压供给部320,第1节点ND31连接到行驱动器310的第1电源电压端子TVAA。
进一步地,第5开关SW35例如由NMOS晶体管形成,将第1节点ND31和第2节点ND32对应第5信号S35而选择性地连接。
电平判断部321在判断第1节点ND31的电位电平VND31比任意地设定的参考电压vref低的时候,令第1信号S31为有效(active),例如以高(H)电平向第1关开SW31输出而使第1开关SW31接通(ON)。
电平判断部321在判断第1节点ND31的电位电平VND31到达了参考电压vref的时候令第1信号S31为非有效,本例中以低电平向第1关开SW31输出而使第1开关SW31断开(OFF)。
本发明第1实施形态的电平判断部321是由非反相输入(+)连接到参考电压vref的供给线,反相输入端子(-)连接到第1节点ND31的比较器CMP31构成。
比较器CMP31将第1节点ND31的电位电平VND31和参考电压vref进行比较,在第1节点ND31的电位电平VND31比参考电压vref低的情况下,将第1信号S31以有效的H电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31接通。
比较器CMP31在第1节点ND31的电位电平VND31到达了参考电压vref的情况下,将第1信号S31以非有效的L电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31断开。
然后,本发明第1实施形态中,作为电平判断部321的比较器CMP31在激活(enable)信号CMP_ENA为有效的H电平时成为可动作状态而进行电平判断处理。
包含以上构成的电压供给部320藉由除了外部电容器Cext31的第1节点ND31、第2节点ND32、第1电源电位(正电源电位)vaa的第1电源电位线Lvaa、第2电源电位(负电源电位)vgnd的第2电源电位线Lvgnd、第1开关SW31、第2开关SW32、第3开关SW33、第5开关SW35、以及作为电平判断部321的比较器CMP31,而构成升压器(booster)322。
本发明第1实施形态中的电压供给部320在生成向行驱动器310供给的比正电源电压高的电压(vaa+vref)时,经过复位期间PRST、第1期间PFST、以及第2期间PSCD而生成希望的电平的比正电源电压vaa高的电压(vaa+vref),并供给到行驱动器310。
另外,在参考电压vref变化的情况下,第1节点ND31的电位电平VND31(vaa+vref)为可调整。
(垂直扫描电路30的电压生成等动作)
以上,对固态摄像装置10的垂直扫描电路30的行驱动器310以及电压供给部320的特征上的构成及功能进行了说明。
其次,说明关于和本发明第1实施形态相关的固态摄像装置10的垂直扫描电路30中的电压供给部320以及行驱动器310的电压生成动作等。
另外,在这里,为容易理解,用驱动像素PXL20的传输晶体管TG21-Tr而进行像素读出的情况为例进行说明。
图6(A)-(J)是和本发明第1实施形态相关的固体摄像装置10的垂直扫描电路30中的电压供给部320以及行驱动器310的电压生成动作等的时序图。
图6(A)表示像素PXL20的传输晶体管TG21-Tr的控制信号TG。图6(B)表示使电压供给部320的第2开关SW32接通、断开的第2信号S32。图6(C)表示使电压供给部320的第5开关SW35接通、断开的第5信号S35。图6(D)表示对应电压供给部320的比较器CMP31的激活信号CMP_ENA。
图6(E)表示使电压供给部320的第1开关SW31接通、断开的第1信号S31。图6(F)表示使电压供给部320的第3开关SW33接通、断开的第3信号S33。
图6(G)表示电压供给部320的第1节点ND31的电平迁移。图6(H)表示电压供给部320的第2节点ND32的电平迁移。
图6(I)表示电压供给部320的第1节点ND31的电平迁移。图6(J)表示电压供给部320的从行驱动器310向驱动控制线LTG21施加的驱动控制信号DTG。
(复位期间PRST的动作)
电压供给部320中,在生成电压的第1期间PFST之前设定复位期间PRST。
这个复位期间PRST中,激活信号CMP_ENA被设定为非有效的L电平而比较器CMP31被保持在非动作状态。比较器CMP31为非动作状态,因此其输出也就是第1信号S31被保持在非有效的L电平,伴随此,第1开关SW31被保持在断开状态。
又,复位期间PRST中,第3信号S33被设定为非有效的L电平,第3开关SW33被保持在断开状态。
像这样,复位期间PRST中,在使第1开关SW31以及第3开关SW33为断开的状态下,第2信号S32被设定为有效的H电平而第2开关SW32被保持在接通状态,第2节点ND32连接到第2电源电位线Lvgnd。
和此并行地,第5信号S35被设定为有效的H电平而第5开关SW35被保持在接通状态,第1节点ND31和第2节点ND32连接。
藉此,第1节点ND31以及第2节点ND32被设定为第2电源电位vgnd而被复位(被放电)。
在复位期间PRST中,如果第1节点ND31以及第2节点ND32被复位到第2电源电位vgnd,那么第5信号S35被设定为非有效的L电平而第5开关SW35被切换到断开状态,第1节点ND31和第2节点ND32成为非连接状态。
另外,第2信号S32到就算复位期间PRST结束也持续的第1期间PFST结束的前一刻为止保持为有效的H电平,伴随此,第2开关SW32到第2期间PSCD开始的前一刻为止保持为接通状态,第2节点ND32保持为连接在第2电源电位线Lvgnd的状态。
因此,第2节点ND32到第2期间PSCD开始的前一刻为止保持为第2电源电位vgnd。
(第1期间PFST的动作)
如果复位期间PRST的处理结束,那么接着进行第1期间PFST的处理。
在这个第1期间PFST中,激活信号CMP_ENA替换到有效的H电平而比较器CMP31切换到动作状态。
如果比较器CMP31切换到动作状态,那么开始第1节点ND31的电位电平VND31和参考电压vref的比较处理。在比较开始时,第1节点ND31的电位电平VND31比参考电压vref低,因此第1信号S31用有效的H电平向第1开关SW31输出,而第1开关SW31接通。
伴随第1开关SW31切换到接通状态,第1节点ND31连接到第1电源电位线Lvaa,第1节点ND31被充电,其电位电平VND31从第2电源电位vgnd向参考电压vref上升。
如果第1节点ND31的电位电平VND31上升并到达参考电压vref,那么在比较器CMP31中,检测出第1节点ND31的电位电平VND31到达了参考电压vref,第1信号S31切换到非有效的L电平并输出到第1开关SW31,第1开关SW31断开。
藉此,第1节点ND31和第1电源电位线Lvaa成为非连接状态。
然后,在第1期间PFST中,激活信号CMP_ENA被设定为非有效的L电平而比较器CMP31切换到非动作状态。
接着,第2信号S32切换到L电平,第2开关SW32被切换到断开状态,第2节点ND32和第2电源电位线Lvgnd成为非连接状态。
(第2期间PSCD的动作)
如果第1期间PFST的处理结束,那么接着进行第2期间PSCD的处理。
在这个第2期间PSCD中,使第1信号S31以及第2信号S32为非有效的L电平而使第1开关SW31以及第2开关SW32为断开状态,且第3信号S33被切换到有效的H电平。
藉此,第3开关SW33接通,第2节点ND32连接到第1电源电位线Lvaa,第1节点ND31藉由外部电容器Cext31的电容耦合而升压到电位(vaa+vref)。
这个升压电压(vaa+vref)作为比正电源电压(第1电源电压)高的应供给电压而从第1节点ND31向行驱动器310的第1电源电压端子TVAA供给。
行驱动器310中,接受控制信号TG21,将从电压供给部320供给的比第1电源电压(正电源电压)vaa高的电压(vaa+vref)的电平的驱动控制信号DTG21施加到对应的驱动控制线LTG21。
另外,外部电容器Cext31的电荷以电容器Cext31和像素部20的像素阵列的负载电容进行分压,而驱动控制信号DTG21(vout1p)的电压变得比升压电压(vaa+vref)稍微低。
如以上说明,根据本发明第1实施形态,垂直扫描电路30包含生成和第1电源电压(正电源电压)不同的电压,例如比正电源电压vaa高的电压(例如vaa+vref)并供给到行驱动器310的电压供给部320。
然后,电压供给部320包含第1节点ND31、第2节点ND32、以及第1电极EL31利用第1连接端子T31和第1节点ND31连接,第2电极EL32利用第2连接端子T32和第2节点ND32连接的外部电容器Cext31。进一步地,电压供给部320具有第1电源电位(正电源电位)vaa的第1电源电位线Lvaa、第2电源电位(负电源电位)vgnd的第2电源电位线Lvgnd、第1开关SW31、第2开关SW32、第3开关SW33、第5开关SW35以及作为电平判断部321的比较器CMP31。
比较器CMP31将第1节点ND31的电位电平VND31和参考电压vref进行比较,在第1节点ND31的电位电平VND31比参考电压vref低的情况下,将第1信号S31以有效的H电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31接通,在第1节点ND31的电位电平VND31到达了参考电压vref的情况下,将第1信号S31以非有效的L电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31断开。
也就是说,本发明第1实施形态的垂直扫描电路30中的对行驱动器供给比正电源电压高的电压(或者比负电源电压低的电压)的电压供给部320,基本上由半导体衬底(芯片)内的第1电源电位vaa、第2电源电位vgnd、3个开关SW31、SW32、SW33、以及外部电容器Cext31构成,能够用更简单的电路和更小的面积,寻求低消耗电力化,并且能实现高速充电,能够使用在具备滚动快门功能以及全局快门功能的CMOS图像传感器。
本发明第1实施形态的电压供给部,基本上仅需要硅和1个外部电容器的关开,不需要用于将电容器充放电的内部的运算放大器,也不需要消耗面积和电力的内部电容器,作为外部电容器的高速动作利用输出阻抗非常小的外部电源充电,电压供给部的输出电压能够对使用电平判断部(电压检测电路)也就是比较器CMP31的情况和控制充电时间的情况进行调整。
(第2实施形态)
图7是表示和本发明的第2实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图8(A)-(J)是表示和本发明的第2实施形态相关的固态摄像装置10A的垂直扫描电路30A中的电压供给部320A以及行驱动器310A的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第2实施形态相关的固态摄像装置10A和前述第1实施形态相关的固态摄像装置10的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第2实施形态相关的固态摄像装置10A中,以计数器(counter)CNT31取代比较器来构成电平判断部321A。
计数器CNT31以有效的H电平接受激活信号COUNT_ENA而计数可动作状态(成为激活状态)时钟CLK0,在计数值为目标值,在本例中为相当于第1节点ND31的电位电平VND31比参考电压vref低的情况(未达参考电压的情况)的值(<vx)的时候,将第1信号S31以有效的H电平向第1开关SW31输出而使第1开关SW31接通。
计数器CNT31,如果到达相当于第1节点ND31的电位电平VND31到达参考电压vref的情况的值(vx)的话,将第1信号S31以非有效的L电平向第1开关SW31输出而使第1开关SW31断开。
在第2实施形态的情况也是,在第2期间PSCD中,使第1信号S31以及第2信号S32为非有效的L电平,而让第1开关SW31以及第2开关SW32为断开的状态,且第3信号S33切换到有效的高H电平。
藉此,第3开关SW33接通,第2节点ND32连接到第1电源电位线Lvaa,第1节点ND31藉由外部电容器Cext31的电容耦合而升压到电位(vaa+vx(例如vref))。
这个升压电压(vaa+vx(vref))到作为比正电源电压(第1电源电压)高的应供给电压而从第1节点ND31向行驱动器310A的第1电源电压端子TVAA供给。
行驱动器310A中,接受控制信号TG21,将从电压供给部320供给的比第1电源电压(正电源电压)vaa高的电压(vaa+vx)的电平的驱动控制信号DTG21施加到对应的驱动控制线LTG21。
另外,本发明的第2实施形态中,在计数值,也就是时钟CLK0的数变化的情况下,第1节点ND31的电位电平VND31(vaa+vx)是可调整的。
其他的构成和第1实施形态相同。
根据本发明第2实施形态,能够得到和前述的第1实施形态的有益效果相同的有益效果。
(第3实施形态)
图9是表示和本发明的第3实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图10(A)-(G)是表示和本发明的第3实施形态相关的固态摄像装置10B的垂直扫描电路30B中的电压供给部320B以及行驱动器310B的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第3实施形态相关的固态摄像装置10B和前述第1以及第2实施形态相关的固态摄像装置10、10A的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第3实施形态相关的固态摄像装置10B中,不设置电平判断部321、321A、第5开关SW5,且向行驱动器310B的供给电压是升压到第1电源电压vaa的2倍的2vaa。
和本发明的第3实施形态相关的固态摄像装置10B中,不进行复位期间的处理,以第1期间PFST以及第2期间PSCD的处理进行升压动作。
本例中,第1信号S31和第2信号S32藉由第1开关SW31以及第2开关SW32而共用,这个共用信号和第3开关SW33用的第3信号S33成为逆相。
第1信号S31被切换到H电平,第1开关SW被切换到了接通状态,拌随地,第1节点ND31连接到第1电源电位线Lvaa,成为正电源电压vaa电平,第2节点ND32连接到第2电源电位线Lvgnd,成为负电源电压vgnd电平。
接下来,第1信号S31切换到非有效的L电平,第3信号S33切换到有效的H电平。藉此,第2节点ND32成为正电源电压vaa电平,第1节点ND31被升压到电源电压vaa的2倍的电压(2vaa)电平。
这个升压电压(2vaa)作为比正电源电压(第1电源电压)高的应供给电压而从第1节点ND31向行驱动器310B的第1电源电压端子TVAA供给。
行驱动器310B中,接受控制信号TG21,将从电压供给部320B供给的比第1电源电压(正电源电压)vaa高的电压(2vaa)的电平的驱动控制信号DTG21施加到对应的驱动控制线LTG21。
另外,在和本发明的第3实施形态相关的固态摄像装置10B中也是,外部电容器Cext31的电荷以电容器Cext31和像素部20的像素阵列的负载电容进行分压,而驱动控制信号DTG21(vout1p)的电压变得比升压电压(2vaa)稍微低。
根据本发明的第3实施形态,电压供给部320B,基本上由半导体衬底(芯片)内的第1电源电位vaa、第2电源电位vgnd、3个开关SW31、SW32、SW33、以及外部电容器Cext31构成,能够用更简单的电路和更小的面积,寻求低消耗电力化,并且能实现高速充电,能够使用在具备滚动快门功能以及全局快门功能的CMOS图像传感器。
(第4实施形态)
图11是表示和本发明的第4实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图12(A)-(J)是表示和本发明的第4实施形态相关的固态摄像装置10C的垂直扫描电路30C中的电压供给部320C以及行驱动器310C的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第4实施形态相关的固态摄像装置10C和前述第1实施形态相关的固态摄像装置10的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第4实施形态相关的固态摄像装置10C的电源供给部320C中,取代生成比正电源电压vaa高的电压,以生成比正电源电压vaa低的电压来供给到行驱动器310C的第1电源电压端子TVAA的方式构成。
和本发明的第4实施形态相关的固态摄像装置10C,电压供给部320C的构成和第1实施形态相关的固态摄像装置10不同。
电压供给部320C生成比第1电源电压(正电源电压)vaa低的电压例如(vaa-vref)并供给到行驱动器310C。
电压供给部320C包含第1节点ND31、第2节点ND32、以及第1电极EL31利用第1连接端子T31和第1节点ND31连接,第2电极EL32利用第2连接端子T32和第2节点ND32连接的外部电容器Cext31。
电压供给部320C包含第1电源电位(正电源电位)vaa的第1电源电位线Lvaa、第2电源电位(负电源电位)vgnd的第2电源电位线Lvgnd、第1开关SW31、第2开关SW32、第3开关SW33、第5开关SW35以及电平判断部321C。
第1开关SW31将第1电源电位线Lvaa和第2节点ND32对应第1信号S31而选择性地连接。
第2开关SW32将第2电源电位线Lvgnd和第1节点ND31对应第2信号S32而选择性地连接。
第3开关SW33将第1电源电位线Lvaa和第2节点ND32对应第3信号S33而选择性地连接。
像这样,包含第3开关SW33的电压供给部320C,第1节点ND31连接到行驱动器310C的第1电源电压端子TVAA。
进一步地,第5开关SW35例如由NMOS晶体管形成,将第1节点ND31和第2节点ND32对应第5信号S35而选择性地连接。
电平判断部321C在判断第2节点ND32的电位电平VND32比任意地设定的参考电压vref低的时候,令第1信号S31为有效,例如以高(H)电平向第1关开SW31输出而使第1开关SW31接通。
电平判断部321C在判断第2节点ND32的电位电平VND32到达了参考电压vref的时候令第1信号S31为非有效,本例中以低电平向第1关开SW31输出而使第1开关SW31断开。
本发明的第4实施形态的电平判断部321C是由非反相输入(+)连接到参考电压vref的供给线,反相输入端子(-)连接到第2节点ND32的比较器CMP31C构成。
比较器CMP31C将第2节点ND32的电位电平VND32和参考电压vref进行比较,在第2节点ND32的电位电平VND32比参考电压vref低的情况下,将第1信号S31以有效的H电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31接通。
比较器CMP31C在第2节点ND32的电位电平VND32到达参考电压vref的情况下,将第1信号S31以非有效的L电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31断开。
然后,本发明第4实施形态中也是,和第1实施形态相同地,和作为电平判断部321C的比较器CMP31C,在激活信号CMP_ENA为有效的H电平时成为可动作状态而进行电平判断处理。
具有以上构成的电压供给部320C藉由除了外部电容器Cext31的第1节点ND31、第2节点ND32、第1电源电位(正电源电位)vaa的第1电源电位线Lvaa、第2电源电位(负电源电位)vgnd的第2电源电位线Lvgnd、第1开关SW31、第2开关SW32、第3开关SW33、第5开关SW35、以及作为电平判断部321C的比较器CMP31C,而构成升压器(booster)322C。
本发明第4实施形态中的电压供给部320C在生成向行驱动器310C供给的比正电源电压低的电压(vaa-vref)时,经过复位期间PRST、第1期间PFST、以及第2期间PSCD而生成希望的电平的比正电源电压vaa低的电压(vaa-vref),并供给到行驱动器310C。
另外,在参考电压vref变化的情况下,第2节点ND32的电位电平VND32(vaa-vref)为可调整。
(垂直扫描电路30C的电压生成等动作)
接着,说明关于和本发明第4实施形态相关的固态摄像装置10C的垂直扫描电路30C中的电压供给部320C以及行驱动器310C的电压生成动作等。
另外,在这里,和本发明第1实施形态同样地,为容易理解,用驱动像素PXL20的传输晶体管TG21-Tr来进行像素读出的情况为例进行说明。
图12(A)-(J)是表示和本发明的第4实施形态相关的固态摄像装置10C的垂直扫描电路30C中的电压供给部320C以及行驱动器310C的电压生成动作等的时序图。
图12(A)表示像素PXL20的传输晶体管TG21-Tr的控制信号TG。图12(B)表示使电压供给部320C的第2开关SW32接通、断开的第2信号S32。图12(C)表示使电压供给部320C的第5开关SW35接通、断开的第5信号S35。图12(D)表示对应电压供给部320C的比较器CMP31C的激活信号CMP_ENA。
图12(E)表示使电压供给部320C的第1开关SW31接通、断开的第1信号S31。图12(F)表示使电压供给部320C的第3开关SW33接通、断开的第3信号S33。
图12(G)表示电压供给部320C的第2节点ND32的电平迁移。图12(H)表示电压供给部320C的第1节点ND31的电平迁移。
图12(I)表示电压供给部320C的第1节点ND31的电平迁移。图12(J)表示电压供给部320C的从行驱动器310C向驱动控制线LTG21施加的驱动控制信号DTG。
(复位期间PRST的动作)
电压供给部320C中,在生成电压的第1期间PFST之前设定复位期间PRST。
这个复位期间PRST中,激活信号CMP_ENA被设定为非有效的L电平而比较器CMP31C被保持在非动作状态。比较器CMP31C为非动作状态,因此其输出也就是第1信号S31被保持在非有效的L电平,伴随此,第1开关SW31被保持在断开状态。
又,复位期间PRST中,第3信号S33被设定为非有效的L电平,第3开关SW33被保持在断开状态。
像这样,复位期间PRST中,使第1开关SW31以及第3开关SW33为断开的状态下,第2信号S32被设定为有效的H电平而第2开关SW32被保持在接通状态,第1节点ND31连接到第2电源电位线Lvgnd。
和这些并行地,第5信号S35被设定为有效的H电平而第5开关SW35被保持在接通状态,第1节点ND31和第2节点ND32连接。
藉此,第1节点ND31以及第2节点ND32被设定为第2电源电位vgnd而被复位(被放电)。
在复位期间PRST中,如果第1节点ND31以及第2节点ND32被复位到第2电源电位vgnd,那么第5信号S35被设定为非有效的L电平而第5开关SW35被切换到断开状态,第1节点ND31和第2节点ND32成为非连接状态。
另外,第2信号S32到就算复位期间PRST结束也持续的第1期间PFST结束的前一刻为止保持为有效的H电平,伴随此,第2开关SW32到第2期间PSCD开始的前一刻为止保持为接通状态,第1节点ND31保持为连接在第2电源电位线Lvgnd的状态。
因此,第1节点ND31到第2期间PSCD开始的前一刻为止保持为第2电源电位vgnd。
(第1期间PFST的动作)
如果复位期间PRST的处理结束,那么接着进行第1期间PFST的处理。
在这个第1期间PFST中,激活信号CMP_ENA被切换到有效的H电平而比较器CMP31C被切换到动作状态。
如果比较器CMP31C切换到动作状态,那么开始第2节点ND32的电位电平VND32和参考电压vref的比较处理。在比较开始时,第2节点ND32的电位电平VND32比参考电压vref低,因此第1信号S31以有效的H电平向第1开关SW31输出,而第1开关SW31接通。
伴随第1开关SW31被切换到接通状态,第2节点ND32连接到第1电源电位线Lvaa,第2节点ND32被充电,其电位电平VND32从第2电源电位vgnd向参考电压vref上升。
如果第2节点ND32的电位电平VND32上升并到达参考电压vref,那么在比较器CMP31C中,检测出第2节点ND32的电位电平VND32到达了参考电压vref,第1信号S31被切换到非有效的L电平并被输出到第1开关SW31,第1开关SW31断开。
藉此,第2节点ND32和第1电源电位线Lvaa成为非连接状态。
然后,在第1期间PFST中,激活信号CMP_ENA被设定为非有效的L电平而比较器CMP31C切换到非动作状态。
接着,第2信号S32切换到L电平,第2开关SW32被切换到断开状态,第1节点ND31和第2电源电位线Lvgnd成为非连接状态。
(第2期间PSCD的动作)
如果第1期间PFST结束,那么接着进行第2期间PSCD的处理。
在这个第2期间PSCD中,使第1信号S31以及第2信号S32为非有效的L电平而使第1开关SW31以及第2开关SW32为断开状态,且第3信号S33被切换到有效的H电平。
藉此,第3开关SW33接通,第2节点ND32连接到第1电源电位线Lvaa,第1节点ND31藉由外部电容器Cext31的电容耦合而降压到电位(vaa-vref)。
这个降压电压(vaa-vref)作为比正电源电压(第1电源电压)低的应供给电压而从第1节点ND31向行驱动器310C的第1电源电压端子TVAA供给。
行驱动器310C中,接受控制信号TG21,将从电压供给部320C供给的比第1电源电压(正电源电压)vaa低的电压(vaa-vref)的电平的驱动控制信号DTG21施加到对应的驱动控制线LTG21。
另外,外部电容器Cext31的电荷以电容器Cext31和像素部20的像素阵列的负载电容进行分压,而驱动控制信号DTG21(vout1p)的电压变得比降压电压(vaa-vref)稍微低。
根据本发明第4实施形态,能够得到和前述的第1实施形态的有益效果相同的有益效果。
也就是说,根据本发明第4实施形态,垂直扫描电路30C包含生成和第1电源电压(正电源电压)不同的电压,例如比正电源电压vaa低的电压(例如vaa-vref)并供给到行驱动器310C的电压供给部320C。
接着,电压供给部320C具有第1节点ND31、第2节点ND32、以及第1电极EL31利用第1连接端子T31和第1节点ND31连接,第2电极EL32利用第2连接端子T32和第2节点ND32连接的外部电容器Cext31。进一步地,电压供给部320C具有第1电源电位(正电源电位)vaa的第1电源电位线Lvaa、第2电源电位(负电源电位)vgnd的第2电源电位线Lvgnd、第1开关SW31、第2开关SW32、第3开关SW33、第5开关SW35以及作为电平判断部321C的比较器CMP31C。
比较器CMP31C将第2节点ND32的电位电平VND32和参考电压vref进行比较,在第2节点ND32的电位电平VND32比参考电压vref低的情况下,将第1信号S31以有效的H电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31接通,在第2节点ND32的电位电平VND32到达参考电压vref的情况下,将第1信号S31以非有效的L电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31断开。
也就是说,本发明第4实施形态的垂直扫描电路30C中的对行驱动器供给比正电源电压低的电压的电压供给部320C,基本上由半导体衬底(芯片)内的第1电源电位vaa、第2电源电位vgnd、3个开关SW31、SW32、SW33、以及外部电容器Cext31构成,能够用更简单的电路和更小的面积,寻求低消耗电力化,并且能实现高速充电,能够使用在具备滚动快门功能以及全局快门功能的CMOS图像传感器。
本发明第4实施形态的电压供给部,基本上仅需要硅和1个外部电容器的关开,不需要用于将电容器充放电的内部的运算放大器,也不需要消耗面积和电力的内部电容器,作为外部电容器的高速动作利用输出阻抗非常小的外部电源充电,电压供给部的输出电压能够对使用电平判断部(电压检测电路)也就是比较器CMP31C的情况和控制充电时间的情况进行调整。
(第5实施形态)
图13是表示和本发明的第5实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图14(A)-(K)是表示和本发明的第5实施形态相关的固态摄像装置10D的垂直扫描电路30D中的电压供给部320D以及行驱动器310D的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第5实施形态相关的固态摄像装置10D和前述第1实施形态相关的固态摄像装置10的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第5实施形态相关的固态摄像装置10D的电源供给部320D中,在第1节点ND31和行驱动器310D的第1电源电压端子TVAA之间连接有开关SW36D,且第1电源电压端子TVAA和正电源电位vaa的第1电源电位线Lvaa之间连接有电容器C32D。
开关SW36D和第3开关SW33相同地,藉由第3信号S33控制接通、断开,且将第1节点ND31和第1电源电压端子TVAA对应第3信号S33而选择性地连接。
也就是说,本发明的第5实施形态中,在第2期间PSCD中,第3开关SW33接通,第2节点ND32连接到第1电源电位线Lvaa,第1节点ND31藉由外部电容器Cext31的电容耦合而升压到电位(vaa+vref),和此并行地开关SW36D接通,在开关SW36D接通的期间,此升压电压(vaa+vref)作为比正电源电压(第1电源电压)高的应供给电压而从第1节点ND31向行驱动器310D的第1电源电压端子TVAA供给。
又,第1电源电压端子TVAA的电压电平藉由电容器C32D而保持在稳定的电平。
其他构成和前述的第1实施形态相同。
根据本发明的第5实施形态,能够得到和前述的第1实施形态的有益功效相同的有益功效自不待言,且能够实现更良好的升压电压的供给动作。
(第6实施形态)
图15是表示和本发明的第6实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图16(A)-(L)是表示和本发明的第6实施形态相关的固态摄像装置10E的垂直扫描电路30E中的电压供给部320E以及行驱动器310E的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第6实施形态相关的固态摄像装置10E和前述第2实施形态相关的固态摄像装置10A的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第6实施形态相关的固态摄像装置10E的电源供给部320E中,在第1节点ND31和行驱动器310E的第1电源电压端子TVAA之间连接有开关SW36E,且第1电源电压端子TVAA和正电源电位vaa的第1电源电位线Lvaa之间连接有电容器C32E。
开关SW36E和第3开关SW33相同地,藉由第3信号S33控制接通、断开,且将第1节点ND31和第1电源电压端子TVAA对应第3信号S33而选择性地连接。
也就是说,本发明的第6实施形态中,在第2期间PSCD中,第3开关SW33接通,第2节点ND32连接到第1电源电位线Lvaa,第1节点ND31藉由外部电容器Cext31的电容耦合而升压到电位(vaa+vx(例如vref)),和此并行地开关SW36E接通,在开关SW36E接通的期间,此升压电压(vaa+vx(vref))作为比正电源电压(第1电源电压)高的应供给电压而从第1节点ND31向行驱动器310E的第1电源电压端子TVAA供给。
又,第1电源电压端子TVAA的电压电平藉由电容器C32E而保持在稳定的电平。
其他构成和前述的第2实施形态相同。
根据本发明的第6实施形态,能够得到和前述的第2实施形态的有益功效相同的有益功效自不待言,且能够实现更良好的升压电压的供给动作。
(第7实施形态)
图17是表示和本发明的第7实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图18(A)-(H)是表示和本发明的第7实施形态相关的固态摄像装置10F的垂直扫描电路30F中的电压供给部320F以及行驱动器310F的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第7实施形态相关的固态摄像装置10F和前述第3实施形态相关的固态摄像装置10B的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第7实施形态相关的固态摄像装置10F的电源供给部320F中,在第1节点ND31和行驱动器310F的第1电源电压端子TVAA之间连接有开关SW36F,且第1电源电压端子TVAA和正电源电位vaa的第1电源电位线Lvaa之间连接有电容器C32F。
开关SW36F和第3开关SW33相同地,藉由第3信号S33控制接通、断开,且将第1节点ND31和第1电源电压端子TVAA对应第3信号S33而选择性地连接。
也就是说,本发明的第7实施形态中,在第2期间PSCD中,第3开关SW33接通,第2节点ND32连接到第1电源电位线Lvaa,第1节点ND31藉由外部电容器Cext31的电容耦合而升压到电位(2vaa),和此并行地开关SW36F接通,在开关SW36F接通的期间,此升压电压(2vaa)作为比正电源电压(第1电源电压)高的应供给电压而从第1节点ND31向行驱动器310F的第1电源电压端子TVAA供给。
又,第1电源电压端子TVAA的电压电平藉由电容器C32F而保持在稳定的电平。
另外,外部电容器Cext31的电荷以电容器Cext31和像素部20的像素阵列的负载电容进行分压,而驱动控制信号DTG21(vout1p)的电压变得比升压电压(2vaa)稍微低。
其后,第3信号S33为成低电平,第1信号S31再度成为高电平。此时,第1节点ND31的电压电平变成vaa,但节点vhird(TVAA)维持在约2vaa。
其他构成和前述的第3实施形态相同。
根据本发明的第7实施形态,能够得到和前述的第3实施形态的有益功效相同的有益功效自不待言,且能够实现更良好的升压电压的供给动作。
(第8实施形态)
图19是表示和本发明的第8实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图20(A)-(K)是表示和本发明的第8实施形态相关的固态摄像装置10G的垂直扫描电路30G中的电压供给部320G以及行驱动器310G的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第8实施形态相关的固态摄像装置10G和前述第4实施形态相关的固态摄像装置10C的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第8实施形态相关的固态摄像装置10G的电源供给部320G中,在第1节点ND31和行驱动器310G的第1电源电压端子TVAA之间连接有开关SW36G,且第1电源电压端子TVAA和正电源电位vaa的第1电源电位线Lvaa之间连接有电容器C32G。
开关SW36G和第3开关SW33相同地,藉由第3信号S33控制接通、断开,且将第1节点ND31和第1电源电压端子TVAA对应第3信号S33而选择性地连接。
也就是说,本发明的第8实施形态中,在第2期间PSCD中,第3开关SW33接通,第2节点ND32连接到第1电源电位线Lvaa,第1节点ND31藉由外部电容器Cext31的电容耦合而降压到电位(vaa-vref),和此并行地开关SW36G接通,在开关SW36G接通的期间,此降压电压(vaa-vref)作为比正电源电压(第1电源电压)低的应供给电压而从第1节点ND31向行驱动器310G的第1电源电压端子TVAA供给。
又,第1电源电压端子TVAA的电压电平藉由电容器C32G而保持在稳定的电平。
其他构成和前述的第4实施形态相同。
根据本发明的第8实施形态,能够得到和前述的第4实施形态的有益功效相同的有益功效自不待言,且能够实现更良好的升压电压的供给动作。
(第9实施形态)
图21是表示和本发明的第9实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图22(A)-(K)是表示和本发明的第9实施形态相关的固态摄像装置10H的垂直扫描电路30H中的电压供给部320H以及行驱动器310H的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第9实施形态相关的固态摄像装置10H和前述第1实施形态相关的固态摄像装置10的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第9实施形态相关的固态摄像装置10H的电源供给部320H中,取代生成比正电源电压vaa高的电压,以生成比负电源电压vgnd低的电压来供给到行驱动器310H的第2电源电压端子TVGND的方式构成。
和本发明的第9实施形态相关的固态摄像装置10H的电压供给部320H中,和第1实施形态相同地,设有作为电平判断部321H的比较器CMP31H、第5开关SW35,且以向行驱动器310H的供给电压能调整为比第2电源电压(负电源电压)vgnd低的电压的方式构成。
和本发明的第9实施形态相关的固态摄像装置10H中,和第1实施形态的情况相同,进行复位期间的处理,接着以第1期间PFST以及第2期间PSCD的处理进行升压动作。
基本的动作和第1实施形态相同,所以此处省略其详细说明。
比较器CMP31H将第1节点ND31的电位电平和参考电压vref进行比较,在第1节点ND31的电位电平未达参考电压vref的情况下,将第1信号S31以有效的H电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31接通,在第1节点ND31的电位电平到达参考电压vref的情况下,将第1信号S31以非有效的L电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31断开。
进一步地,本发明的第9实施形态中,取代第3开关SW33的设置,而设置有将第2电源电位vgnd的第2电源电位线Lvgnd和第1节点ND31对应第4信号S34而选择性地连接的第4开关SW34。
在包含第4开关SW34的情况下,第2节点ND32连接到行驱动器310H的第2电源电压端子TVGND。
第9实施形态的电压供给部320H中,在复位期间PRST后的第1期间PFST,藉由有效的H电平的第1信号S31以及第2信号S32使第1开关SW31以及第2开关SW32接通,藉由非有效的L电平的第4信号S34使第4开关SW34断开,并将第1节点ND31设定为第1电源电位vaa,将第2节点ND32的电位设定为基准电位也就是第2电源电位vgnd。
接着,在第2期间PSCD,将第1信号S31以及第2信号S32切换到非有效的L电平而使第1开关SW31以及第2开关SW32断开,将第4信号S34切换到有效的H电平而使第4开关SW34接通。
藉此,第2节点ND32的电位被设定为比第2电源电位vgnd低,且在负侧到达参考电位vref的电位为止的电位-vref。
在行驱动器310H中,接受控制信号TG21,将从电压供给部320H供给的电压-vref的电平的驱动控制信号DTG21施加到对应的驱动控制线LTG21。
另外,外部电容器Cext31的电荷以电容器Cext31和像素部20的像素阵列的负载电容进行分压,而驱动控制信号DTG21(vout1p)的电压变得比供给电压-vref稍微高。
根据本发明的第9实施形态,能够得到和前述第1实施形态的有益功效相同的有益功效。
(第10实施形态)
图23是表示和本发明的第10实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图24(A)-(L)是表示和本发明的第10实施形态相关的固态摄像装置10I的垂直扫描电路30I中的电压供给部320I以及行驱动器310I的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第10实施形态相关的固态摄像装置10I和前述第9实施形态相关的固态摄像装置10H的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第10实施形态相关的固态摄像装置10I中,和第1实施形态及第2实施形态的关系相同地,以计数器CNT31I取代比较器来构成电平判断部321I。
在第10实施形态中也是,和前述的第9实施形态的情况相同,在第2期间PSCD中,使第1信号S31以及第2信号S32为非有效的L电平而使第1开关SW31以及第2开关SW32为断开状态,且第4信号S34被切换到有效的高H电平。
藉此,第4开关SW34接通,第1节点ND31连接到第2电源电位线Lvgnd,第2节点ND32藉由外部电容器Cext31的电容耦合而降压到电位(vgnd-vx(例如vref))。
此降压电压(vgnd-vx(vref))作为比负电源电压(第2电源电压)低的应供给电压而从第2节点ND32向行驱动器310I的第2电源电压端子TVGND供给。
另外,本发明的第10实施形态中,在计数值,也就是时钟CLK0的数变化的情况下,第2节点ND32的电位电平VND32(vgnd-vx)是可调整的。
其他的构成和第9实施形态相同。
根据本发明第10实施形态,能够得到和前述的第1以及第9实施形态的有益效果相同的有益效果。
(第11实施形态)
图25是表示和本发明的第11实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图26(A)-(G)是表示和本发明的第11实施形态相关的固态摄像装置10J的垂直扫描电路30J中的电压供给部320J以及行驱动器310J的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第11实施形态相关的固态摄像装置10J和前述第3实施形态相关的固态摄像装置10B的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第11实施形态相关的固态摄像装置10J的电源供给部320J中,取代生成比正电源电压vaa高的电压,以生成比負电源电压vgnd低的电压来供给到行驱动器310J的第2电源电压端子TVGND的方式构成。
具体来说,取代第3开关SW33的设置,而设置有将第2电源电位vgnd的第2电源电位线Lvgnd和第1节点ND31对应第4信号S34而选择性地连接的第4开关SW34。
在包含第4开关SW34的情况,第2节点ND32连接到行驱动器310J的第2电源电压端子TVGND。
第11实施形态的电压供给部320J中,在第1期间PFST,藉由有效的H电平的第1信号S31以及第2信号S32使第1开关SW31以及第2开关SW32接通,藉由非有效的L电平的第4信号S34使第4开关SW34断开,并将第1节点ND31的电位设定为第1电源电位vaa,将第2节点ND32的电位设定为基准电位也就是第2电源电位vgnd。
接着,在第2期间PSCD,将第1信号S31以及第2信号S32切换到非有效的L电平而使第1开关SW31以及第2开关SW32断开,将第4信号S34切换到有效的H电平而使第4开关SW34接通。
藉此,第2节点ND32的电位比第2电源电位vgnd低,在负侧设定到第1电源电位vaa的电位为止的电位-vaa。
在行驱动器310J中,接受控制信号TG21,将从电压供给部320J供给的电压-vaa的电平的驱动控制信号DTG21施加到对应的驱动控制线LTG21。
另外,外部电容器Cext31的电荷以电容器Cext31和像素部20的像素阵列的负载电容进行分压,而驱动控制信号DTG21(vout1p)的电压变得比供给电压-vaa稍微高。
根据本发明的第11实施形态,能够得到和前述第3实施形态的有益功效相同的有益功效。
(第12实施形态)
图27是表示和本发明的第12实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图28(A)-(K)是表示和本发明的第12实施形态相关的固态摄像装置10K的垂直扫描电路30K中的电压供给部320K以及行驱动器310K的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第12实施形态相关的固态摄像装置10K和前述第9实施形态相关的固态摄像装置10H的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第12实施形态相关的固态摄像装置10K的电源供给部320K中,取代生成比负电源电压vgnd低的电压,以生成比负电源电压vgnd高的电压来供给到行驱动器310K的第2电源电压端子TVGND的方式构成。
和本发明的第12实施形态相关的固态摄像装置10K,电压供给部320K的构成和第9实施形态相关的固态摄像装置10H不同。
电压供给部320生成比第2电源电压(负电源电压)vgnd高的电压例如(vgnd+vref)并供给到行驱动器310K。
第1开关SW31将第1电源电位线Lvaa和第2节点ND32对应第1信号S31而选择性地连接。
第2开关SW32将第2电源电位线Lvgnd和第1节点ND31对应第2信号S32而选择性地连接。
第4开关SW34将第2电源电位线Lvgnd和第1节点ND31对应第4信号S34而选择性地连接。
像这样,包含第4开关SW34的电压供给部320K,第2节点ND32连接到行驱动器310K的第2电源电压端子TVGND。
进一步地,第5开关SW35例如由NMOS晶体管形成,将第1节点ND31和第2节点ND32对应第5信号S35而选择性地连接。
本发明的第12实施形态的电平判断部321K是由非反相输入(+)连接到参考电压vref的供给线,反相输入端子(-)连接到第2节点ND32的比较器CMP31K构成。
比较器CMP31K将第2节点ND32的电位电平VND32和参考电压vref进行比较,在第2节点ND32的电位电平VND32比参考电压vref低的情况下,将第1信号S31以有效的H电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31接通。
比较器CMP31K在第2节点ND32的电位电平VND32到达参考电压vref的情况下,将第1信号S31以非有效的L电平向第1开关SW31输出,使第1开关SW31断开。
本发明第12实施形态中的电压供给部320K在生成比向行驱动器310K供给的负电源电压高的电压(vgnd+vref)时,经过复位期间PRST、第1期间PFST、以及第2期间PSCD而生成希望的电平的比负电源电压vgnd高的电压(vgnd+vref),并供给到行驱动器310K。
具体的控制时序,和升压电压为-vref的情况相同。
但是,在第2节点ND32的电压电平成为+vref的时候,第1节点ND31连接到第2电源电压线Lvgnd,所以此操作可以说不是泵送。
如果参考电压vref变化的话,升(boost)电压+vref为可调整。
根据本发明的第12实施形态,能够得到和前述第9实施形态的有益功效相同的有益功效。
(第13实施形态)
图29是表示和本发明的第13实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图30(A)-(K)是表示和本发明的第13实施形态相关的固态摄像装置10L的垂直扫描电路30L中的电压供给部320L以及行驱动器310L的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第13实施形态相关的固态摄像装置10L和前述第9实施形态相关的固态摄像装置10H的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第13实施形态相关的固态摄像装置10L的电源供给部320L中,在第2节点ND32和行驱动器310L的第2电源电压端子TVGND之间连接有开关SW36L,且第2电源电压端子TVGND和负电源电位vgnd的第2电源电位线Lvgnd之间连接有电容器C32L。
开关SW36L和第4开关SW34相同地,藉由第4信号S34控制接通、断开,且将第2节点ND32和第2电源电压端子TVGND对应第4信号S34而选择性地连接。
也就是说,本发明的第13实施形态中,在第2期间PSCD中,第4开关SW34接通,第1节点ND31连接到第2电源电位线Lvgnd,第2节点ND32藉由外部电容器Cext31的电容耦合而降压到负侧的电位(-vref),和此并行地开关SW36L接通,在开关SW36L接通的期间,此升压电压(-vref)作为比负电源电压(第2电源电压)低的应供给电压而从第2节点ND32向行驱动器310L的第2电源电压端子TVGND供给。
又,第2电源电压端子TVGND的电压电平藉由电容器C32L而保持在稳定的电平。
其他构成和前述的第9实施形态相同。
根据本发明的第13实施形态,能够得到和前述的第9实施形态的有益功效相同的有益功效自不待言,且能够实现更良好的升压电压的供给动作。
(第14实施形态)
图31是表示和本发明的第14实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图32(A)-(L)是表示和本发明的第14实施形态相关的固态摄像装置10M的垂直扫描电路30M中的电压供给部320M以及行驱动器310M的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第14实施形态相关的固态摄像装置10M和前述第10实施形态相关的固态摄像装置10I的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第14实施形态相关的固态摄像装置10M的电源供给部320M中,在第2节点ND32和行驱动器310M的第2电源电压端子TVGND之间连接有开关SW36M,且第2电源电压端子TVGND和负电源电位vgnd的第2电源电位线Lvgnd之间连接有电容器C32M。
开关SW36M和第4开关SW34相同地,藉由第4信号S34控制接通、断开,且将第2节点ND32和第2电源电压端子TVGND对应第4信号S34而选择性地连接。
也就是说,本发明的第14实施形态中,在第2期间PSCD中,第4开关SW34接通,第1节点ND31连接到第2电源电位线Lvgnd,第2节点ND32藉由外部电容器Cext31的电容耦合而降压到负侧的电位(-vx(例如vref)),和此并行地开关SW36M接通,在开关SW36M接通的期间,此降压电压(-vx(vref))作为比负电源电压(第2电源电压)低的应供给电压而从第2节点ND32向行驱动器310M的第2电源电压端子TVGND供给。
又,第2电源电压端子TVGND的电压电平藉由电容器C32M而保持在稳定的电平。
其他构成和前述的第10实施形态相同。
根据本发明的第14实施形态,能够得到和前述的第10实施形态的有益功效相同的有益功效自不待言,且能够实现更良好的升压电压的供给动作。
(第15实施形态)
图33是表示和本发明的第15实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图34(A)-(H)是表示和本发明的第15实施形态相关的固态摄像装置10N的垂直扫描电路30N中的电压供给部320N以及行驱动器310N的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第15实施形态相关的固态摄像装置10N和前述第11实施形态相关的固态摄像装置10M的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第15实施形态相关的固态摄像装置10N的电源供给部320N中,在第2节点ND32和行驱动器310N的第2电源电压端子TVGND之间连接有开关SW36N,且第2电源电压端子TVGND和负电源电位vgnd的第2电源电位线Lvgnd之间连接有电容器C32N。
开关SW36N和第4开关SW34相同地,藉由第4信号S34控制接通、断开,且将第2节点ND32和第2电源电压端子TVGND对应第4信号S34而选择性地连接。
也就是说,本发明的第15实施形态中,在第2期间PSCD中,第4开关SW34接通,第1节点ND31连接到第2电源电位线Lvgnd,第2节点ND32藉由外部电容器Cext31的电容耦合而降压到负侧电位(-vaa),和此并行地开关SW36N接通,在开关SW36N接通的期间,此降压电压(-vaa)作为比负电源电压(第2电源电压)低的应供给电压而从第2节点ND32向行驱动器310N的第2电源电压端子TVGND供给。
又,第2电源电压端子TVGND的电压电平藉由电容器C32N而保持在稳定的电平。
其他构成和前述的第11实施形态相同。
根据本发明的第15实施形态,能够得到和前述的第11实施形态的有益功效相同的有益功效自不待言,且能够实现更良好的升压电压的供给动作。
(第16实施形态)
图35是表示和本发明的第16实施形态相关的固态摄像装置的像素部以及垂直扫描电路的构成例的图。
图36(A)-(K)是表示和本发明的第16实施形态相关的固态摄像装置10O的垂直扫描电路30O中的电压供给部320O以及行驱动器310O的电压生成动作等的时序图。
和本发明的第16实施形态相关的固态摄像装置10O和前述第12实施形态相关的固态摄像装置10K的不同点,如下面的叙述。
和本发明的第16实施形态相关的固态摄像装置10O的电源供给部320O中,在第2节点ND32和行驱动器310O的第2电源电压端子TVGND之间连接有开关SW36O,且第2电源电压端子TVGND和负电源电位vgnd的第2电源电位线Lvgnd之间连接有电容器C32O。
开关SW36O和第4开关SW34相同地,藉由第4信号S34控制接通、断开,且将第2节点ND32和第2电源电压端子TVGND对应第4信号S34而选择性地连接。
也就是说,本发明的第16实施形态中,在第2期间PSCD中,第4开关SW34接通,第1节点ND31连接到第2电源电位线Lvgnd,第2节点ND32藉由外部电容器Cext31的电容耦合而升压到正侧的电位(vref),和此并行地开关SW36O接通,在开关SW36O接通的期间,此升压电压(vref)作为比负电源电压(第2电源电压)高的应供给电压而从第2节点ND32向行驱动器310O的第2电源电压端子TVGND供给。
又,第2电源电压端子TVGND的电压电平藉由电容器C32O而保持在稳定的电平。
其他构成和前述的第12实施形态相同。
根据本发明的第16实施形态,能够得到和前述的第12实施形态的有益功效相同的有益功效自不待言,且能够实现更良好的升压电压的供给动作。
以上说明的固态摄像装置10、10A-10O能够在数码相机和电视摄相机、携带终端、或者监视用相机、医疗用内视镜用相机等的电子机器,作为摄像器件使用。
图37是搭载了使用和本发明实施形态相关的固态摄像装置的相机系统的电子机器的构成的一例。
本发明的电子机器800如图37所表示地,包含能够使用和本实施形态相关的固态摄像装置10、10A-10O的CMOS图像传感器810。
进一步地,电子机器800具有将入射光导向此CMOS图像传感器810的像素区域(将被摄体成像)的光学系统820(透镜等)。
电子机器800具有处理CMOS图像传感器810的输出信号的信号处理电路(PRC)830。
信号处理电路830对CMOS图像传感器810的输出信号施以特定的信号处理。
利用信号处理电路830处理的图像信号在包含液晶显示器(display)等的监视器(monitor)上作为动画而映出,或者也可以输出到打印机,或是向存储卡(memory card)等的记录谋体直接进行记录等,可以有各种态样。
如前述,作为CMOS图像传感器810,藉由搭载前述固态摄像装置10、10A-10O,而能够提供高性能、小型、低成本的相机系统。
然后,针对相机的设置的要件安装尺寸、可连接缆线条数、缆线长度、设置高度等限定被用在一些用途,能够实现例如监视用相机、医疗用内视镜用相机等的电子机器。
主要元件符号说明
10、10A-10O:固态摄像装置
20、20A-20O:像素部
PXL20:像素
PD21:光电二极管
TG21-Tr:传输晶体管
RS21-Tr:复位晶体管
SF21-Tr:源极跟随器晶体管
FD21:浮游扩散层
30:垂直扫描电路
310:行驱动器
320:电压供给部
321:电平判断部
CMP31、CMP31D:比较器
CNT:计数器
ND31:第1节点
ND32:第2节点
Cext31:电容器
vaa:第1电源电位(正电源电位)
Lvaa:第1电源电位线
vgnd:第2电源电位(负电源电位)
Lvgnd:第2电源电位线
SW31:第1开关
SW32:第2开关
SW33:第3开关
SW34:第4开关
SW35:第5开关
SW36D-SW36G、SW36L-SW36O:开关
C36D-C36G、C36L-C36O:电容器
40:读出电路(列读出电路)
50:水平扫描电路
60:时序控制电路
70:读出部
800:电子机器
810:CMOS图像传感器
820:光学系统
830:信号处理电路(PRC)