JP2001004681A - Charge detector - Google Patents
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- JP2001004681A JP2001004681A JP11178388A JP17838899A JP2001004681A JP 2001004681 A JP2001004681 A JP 2001004681A JP 11178388 A JP11178388 A JP 11178388A JP 17838899 A JP17838899 A JP 17838899A JP 2001004681 A JP2001004681 A JP 2001004681A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、電荷検出装置に
係り、特に、固体撮像装置、アナログディジタルコンバ
ータ(ADC)用のコンパレータなどに用いられる高精
度な信号電荷検出が必要とされる信号電荷検出装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charge detection device, and more particularly to a signal charge detection device that requires high-precision signal charge detection used in a solid-state imaging device, a comparator for an analog-to-digital converter (ADC), and the like. Related to the device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、首記のような信号電荷検出装
置として、入力される電圧信号の変化を容量を介して信
号電荷として回路に注入し、該注入された信号電荷を用
いて入力電圧の変化量を演算する方式のものが提案され
実用化されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a signal charge detecting device as described above, a change in an input voltage signal is injected into a circuit as a signal charge via a capacitor, and an input voltage is input using the injected signal charge. A method of calculating the amount of change in the above has been proposed and put into practical use.
【0003】また、近年、発展の顕著なCMOS回路で
は、半導体プロセス上、容量素子を構成することが容易
なため、容量素子を応用したアナログ回路が活発に開発
され利用されている。[0003] In recent years, in a CMOS circuit which has been remarkably developed, a capacitive element can be easily formed in a semiconductor process. Therefore, an analog circuit using the capacitive element is actively developed and used.
【0004】その一例として、例えば、特開昭57−2
02118号公報には、MOSインバータ回路に容量素
子を介して電荷を注入するように構成したコンパレータ
回路が紹介されているとともに、さらに、該コンパレー
タ回路のノイズを緩和する方法が開示されている。[0004] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No.
Japanese Patent Application Publication No. 02118 discloses a comparator circuit configured to inject electric charge into a MOS inverter circuit via a capacitor, and further discloses a method of reducing noise of the comparator circuit.
【0005】さらなる応用例として、特開昭58−10
4524号公報には上記コンパレータ回路を用いてAD
Cを構成する方式が開示されている。A further application example is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-10 / 1983.
No. 4524 discloses an AD converter using the above comparator circuit.
A method for configuring C is disclosed.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】ところが、これらの従
来の技術では、上記入力用の容量素子に溜まった電荷を
初期化(リセット)する際に生じる熱雑音が大きいとい
う問題があり、これを緩和するためには人力用の容量素
子を大きくする必要があった。However, in these conventional techniques, there is a problem that thermal noise generated when initializing (resetting) the electric charge accumulated in the input capacitance element is large, and this is alleviated. To do so, it was necessary to increase the size of the capacitive element for human input.
【0007】そのため回路の入力容量が大きくなり、駆
動する際の消費電力が大きいという問題や、チップ上に
回路を集積化する場合に面積の縮小が難しいという問題
がある。Therefore, there is a problem that the input capacitance of the circuit becomes large and power consumption at the time of driving is large, and that it is difficult to reduce the area when the circuit is integrated on a chip.
【0008】以下、上記従来の技術に用いられているコ
ンパレータ回路を例にとって上記問題点をさらに明確に
指摘するために説明する。Hereinafter, the above-mentioned problem will be described more clearly by taking the comparator circuit used in the above-mentioned conventional technique as an example.
【0009】図3は、従来の代表的な電荷検出装置の構
成を示している。FIG. 3 shows the configuration of a typical conventional charge detection device.
【0010】図3に示すように、電荷入力端子101は
容量C1を介して接地電位点に接続されるとともに、オ
ペアンプ回路130の負入力端子(−)に接続される。As shown in FIG. 3, the charge input terminal 101 is connected to the ground potential point via a capacitor C1 and to the negative input terminal (-) of the operational amplifier circuit 130.
【0011】このオペアンプ回路130の負入力端子
(−)すなわち電荷入力端子101と該オペアンプ回路
130の出力端子とは、リセットスイッチ104を介し
て接続されている。The negative input terminal (-) of the operational amplifier circuit 130, that is, the charge input terminal 101, and the output terminal of the operational amplifier circuit 130 are connected via a reset switch 104.
【0012】このリセットスイッチ104の制御端子1
14には、第1のリセットパルスΦRS1が印加され
る。The control terminal 1 of the reset switch 104
14 is applied with a first reset pulse ΦRS1.
【0013】なお、オペアンプ回路130の正電極
(+)側は基準電圧VREFが入力されるようになされ
ている。The reference voltage VREF is input to the positive electrode (+) side of the operational amplifier circuit 130.
【0014】オペアンプ回路130は、上述した従来の
技術である特開昭57−202118号公報や特開昭5
8−104527号公報に開示されているインバータ回
路に置き換えても基本動作上の差異はない。The operational amplifier circuit 130 is disclosed in Japanese Unexamined Patent Publication Nos. 57-202118 and 5
There is no difference in basic operation even if the inverter circuit disclosed in JP-A-8-104527 is used.
【0015】次に、図4に示すようなタイミングチャー
トに基づいて、図3に示した従来の電荷検出装置の動作
を説明する。Next, the operation of the conventional charge detecting device shown in FIG. 3 will be described with reference to a timing chart shown in FIG.
【0016】図4はリセットスイッチ104の制御端子
114に印加するリセットパルスΦRS1、電荷入力端
子101の電位VINを動作シーケンスに沿って時系列
的に示したものである。FIG. 4 shows the reset pulse ΦRS1 applied to the control terminal 114 of the reset switch 104 and the potential VIN of the charge input terminal 101 in a time-series manner along the operation sequence.
【0017】ここでは、説明の簡単のために、リセット
スイッチ104は、リセットパルスΦRS1が正論理の
ときに、閉じるものとしている。Here, for the sake of simplicity, the reset switch 104 is assumed to be closed when the reset pulse ΦRS1 has a positive logic.
【0018】まず、時刻t1以前の初期状態では、電荷
入力端子101の電位VINは任意の電位となってい
る。First, in an initial state before time t1, the potential VIN of the charge input terminal 101 is an arbitrary potential.
【0019】時刻t1にリセットパルスΦRS1が入力
され、リセットスイッチ104が閉じられると、オペア
ンプ130の出力端子及び負入力端子(−)とがショー
トされるため、オペアンプ回路130はアナログバッフ
ァ回路として動作するようになる。When the reset pulse ΦRS1 is input at time t1 and the reset switch 104 is closed, the output terminal of the operational amplifier 130 and the negative input terminal (-) are short-circuited, so that the operational amplifier circuit 130 operates as an analog buffer circuit. Become like
【0020】このため、電荷入力端子101の電位VI
Nは有限のランピング期間を経て基準電圧VREFに設
定される。For this reason, the potential VI of the charge input terminal 101
N is set to the reference voltage VREF after a finite ramping period.
【0021】次に、時刻t2にΦRS1が変化してリセ
ットスイッチ104が開くと、電荷入力端子101はD
C的にフローティング状態となり、電荷蓄積が可能な状
態になる。Next, when ΦRS1 changes at time t2 and the reset switch 104 opens, the charge input terminal 101
It becomes a floating state in a C manner, and becomes a state in which charge can be stored.
【0022】この後、信号電荷を電荷人力端子101に
注入することにより、注入電荷が正電荷の場合にはオペ
アンプ130の出力端子には負電位が出力され、注入電
荷が負の電荷の場合にはオペアンプ130の出力端子に
は正電位が出力される。Thereafter, by injecting the signal charge into the charge input terminal 101, a negative potential is output to the output terminal of the operational amplifier 130 when the injected charge is positive, and when the injected charge is negative, , A positive potential is output to the output terminal of the operational amplifier 130.
【0023】すなわち、本電荷検出装置は、負出力の電
荷検出コンパレータとして動作するものである。That is, the present charge detecting device operates as a negative output charge detecting comparator.
【0024】ところが、図3に示す従来の電荷検出装置
は、リセットスイッチ104によるスイッチング動作に
伴う熱雑音ΔVINが発生する。However, the conventional charge detecting device shown in FIG. 3 generates thermal noise ΔVIN due to the switching operation by the reset switch 104.
【0025】この熱雑音ΔVINは、電荷入力端子10
1の対接地容量値に対して発生し、ノイズ平均としては
式(1)に示すノイズ電圧を発生する。The thermal noise ΔVIN is equal to the charge input terminal 10
A noise voltage is generated for a capacitance value of 1 with respect to the ground, and a noise voltage represented by Expression (1) is generated as a noise average.
【0026】 ΔVIN(t=t2)=SQRT(kT/C1) …(1) ここで、kはボルツマン乗数、Tは絶対温度である。ΔVIN (t = t2) = SQRT (kT / C1) (1) where k is a Boltzmann multiplier and T is an absolute temperature.
【0027】このノイズ電圧はランダムに発生するの
で、電荷検出装置としてのノイズ検出限界を決定し、検
出精度を劣化させる原因となる。Since this noise voltage is generated at random, it determines the noise detection limit of the charge detection device and causes a deterioration in detection accuracy.
【0028】さらに、リセットスイッチ104が閉じる
瞬間に、リセットスイッチ104の制御端子と電荷入力
端子101との間に存在する寄生容量成分と、リセット
スイッチ104のチャネルを形成する電荷とが、リセッ
ト動作にともない電荷入力端子101に押し出されるこ
とになる。Further, at the moment when the reset switch 104 is closed, the parasitic capacitance component existing between the control terminal of the reset switch 104 and the charge input terminal 101 and the charge forming the channel of the reset switch 104 cause the reset operation. Will be pushed out to the charge input terminal 101.
【0029】これはフィードスルー現象と称されるもの
で、これが存在すると、等価的にオフセット電荷が発生
するため、リセット時の電荷入力端子101の初期電位
がコンパレータとしての釣り合い点からずれてしまうと
いう問題がある。This is called a feed-through phenomenon. If this is present, an offset charge is equivalently generated, so that the initial potential of the charge input terminal 101 at the time of resetting deviates from a balance point as a comparator. There's a problem.
【0030】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、従来の電荷検出装置における問題点を解消するた
めに、電荷入力端子の電位をリセットする際に生じる熱
雑音及びフィードスルーによるオフセットを低減して、
高精度の電荷検出が可能となる電荷検出装置を提供する
ことを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and in order to solve the problems in the conventional charge detection device, the offset caused by thermal noise and feedthrough generated when resetting the potential of the charge input terminal. To reduce
It is an object of the present invention to provide a charge detection device capable of detecting charges with high accuracy.
【0031】[0031]
【課題を解決するための手段】本発明によると、上記課
題を解決するために、(1) 容量素子の入力端がオペ
アンプの負入力端に接続されており、上記オペアンプの
出力端と上記オペアンプの負入力端を結ぶ帰還回路中に
リセットスイッチを有する電荷検出装置において、上記
帰還回路に並列に、上記オペアンプの出力端と上記オペ
アンプの負入力端を結ぶ上記リセットスイッチとは別個
のリセットスイッチと、上記容量素子とは別個の容量素
子とが直列に接続された回路を、少なくとも1つ以上有
することを特徴とする電荷検出装置が提供される。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (1) an input terminal of a capacitive element is connected to a negative input terminal of an operational amplifier, and an output terminal of the operational amplifier and the operational amplifier are connected to each other. A charge detection device having a reset switch in a feedback circuit connecting a negative input terminal of the operational amplifier, a reset switch separate from the reset switch connecting the output terminal of the operational amplifier and the negative input terminal of the operational amplifier in parallel with the feedback circuit. And a charge detection device comprising at least one circuit in which a capacitance element different from the above-mentioned capacitance element is connected in series.
【0032】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(2) オペアンプと、一端が上記オペアン
プの負入力端に接続され、他端が接地された第1の容量
素子と、上記オペアンプの出力端と負入力端を結ぶ、中
間に第1のリセットスイッチを有する第1の帰還回路
と、上記オペアンプの出力端と負入力端を結ぶ、中間に
直列に接続された第2のリセットスイッチと第2の容量
素子とを有する第2の帰還回路と、一端が上記第2のリ
セットスイッチと上記第2の容量素子の中間に接続さ
れ、他端が接地された第3の容量素子と、を具備するこ
とを特徴とする電荷検出装置が提供される。According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, (2) an operational amplifier, a first capacitive element having one end connected to the negative input terminal of the operational amplifier and the other end grounded, A first feedback circuit connecting the output terminal of the operational amplifier and the negative input terminal and having a first reset switch in the middle, and a second reset circuit connecting the output terminal and the negative input terminal of the operational amplifier and connected in series in the middle A second feedback circuit having a switch and a second capacitance element; a third capacitance element having one end connected to an intermediate point between the second reset switch and the second capacitance element and the other end grounded; Is provided.
【0033】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、(3) リセット時において、上記第1のリ
セットスイッチと上記第2のリセットスイッチを同時に
導通状態にし、第1の所定の時間後に第1のリセットス
イツチを非導通状態にし、上記第1の所定の時間より長
い第2の所定の時間後に第2にリセットスイッチを非導
通状態する制御手段をさらに有することを特徴とする
(1)または(2)記載の電荷検出装置が提供される。According to the present invention, in order to solve the above problems, (3) at the time of resetting, the first reset switch and the second reset switch are simultaneously turned on for a first predetermined time. Control means for turning off the first reset switch later and turning off the reset switch after a second predetermined time longer than the first predetermined time is further provided (1). ) Or (2).
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施の形態について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0035】図1は、本発明による電荷検出装置の一実
施の形態の概略構成を示す接続図である。FIG. 1 is a connection diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the charge detection device according to the present invention.
【0036】図1に示すように、電荷入力端子101は
容量C1を介して接地電位に接続されるとともに、オペ
アンプ回路130の負入力端子(−)に接続される。As shown in FIG. 1, the charge input terminal 101 is connected to the ground potential via the capacitor C1 and to the negative input terminal (-) of the operational amplifier circuit 130.
【0037】このオペアンプ回路130の負入力端子
(−)すなわち電荷入力端子101とオペアンプ回路1
30の出力端子とは、第1のリセットスイッチ104を
介して接続されている。The negative input terminal (-) of the operational amplifier circuit 130, that is, the charge input terminal 101 and the operational amplifier circuit 1
The output terminal 30 is connected via a first reset switch 104.
【0038】この第1のリセットスイッチ104と並列
に、第2のリセットスイッチ105と帰還容量C2とで
構成される帰還回路が接続される。A feedback circuit composed of a second reset switch 105 and a feedback capacitor C2 is connected in parallel with the first reset switch 104.
【0039】そして、第1のリセットスイッチ104の
制御端子114には第1のリセットパルスΦRS1が印
加され、第2のリセットスイッチ105の制御端子11
5には第2のリセットパルスΦRS2が印加される。Then, a first reset pulse ΦRS1 is applied to the control terminal 114 of the first reset switch 104, and the control terminal 11 of the second reset switch 105 is
5, a second reset pulse ΦRS2 is applied.
【0040】また、第2のリセットスイッチ105と帰
還容量C2とを接続する端子200と接地電極との間に
は、容量C3が接続されている。The capacitor C3 is connected between the terminal 200 connecting the second reset switch 105 and the feedback capacitor C2 and the ground electrode.
【0041】なお、オペアンプ回路130の正電極
(+)側は基準電圧VREFが入力されるようになされ
ている。The reference voltage VREF is inputted to the positive electrode (+) side of the operational amplifier circuit 130.
【0042】以上が本発明による電荷検出装置の一実施
の形態の構成である。The above is the configuration of one embodiment of the charge detection device according to the present invention.
【0043】次に、図2に示すタイミング図を用いて本
発明による電荷検出装置の一実施形態の動作及び駆動方
法を説明する。Next, the operation and the driving method of one embodiment of the charge detection device according to the present invention will be described with reference to the timing chart shown in FIG.
【0044】図2は、第1のリセットスイッチ104の
制御端子114及び第2のリセットスイッチ105の制
御端子115に印加されるリセットパルスΦRS1及び
ΦRS2、電荷入力端子101の電位VINを動作シー
ケンスに沿つて時系列的に示したものである。FIG. 2 shows reset pulses ΦRS1 and ΦRS2 applied to the control terminal 114 of the first reset switch 104 and the control terminal 115 of the second reset switch 105, and the potential VIN of the charge input terminal 101 in accordance with the operation sequence. Are shown in chronological order.
【0045】ここでは、説明の簡単のために、第1のリ
セットスイッチ104及び第2のリセットスイッチ10
5とは、リセットパルスΦRS1及びΦRS2がそれぞ
れ正論理のときに閉じるものとしている。Here, for simplicity of explanation, the first reset switch 104 and the second reset switch 10
5 is to be closed when the reset pulses ΦRS1 and ΦRS2 are each positive logic.
【0046】まず、時刻t1以前の初期状態では、電荷
入力端子101の電位VINは任意の電位となつてい
る。First, in the initial state before time t1, the potential VIN of the charge input terminal 101 is at an arbitrary potential.
【0047】時刻t1にリセットパルスΦRS1及びΦ
RS2が入力されると、第1のリセットスイッチ104
及び第2のリセットスイッチ105がともに閉じられる
ことにより、オペアンプ130の出力端子と負入力端子
(−)とがショートされる状態となる。At time t1, reset pulses ΦRS1 and ΦRS1
When RS2 is input, the first reset switch 104
When both the second reset switch 105 and the second reset switch 105 are closed, the output terminal of the operational amplifier 130 and the negative input terminal (-) are short-circuited.
【0048】これにより、オペアンプ回路130はアナ
ログバッファ回路として動作するため、電荷入力端子1
01の電位VINは有限のランピング期間を経て基準電
圧VREFに設定される。As a result, the operational amplifier circuit 130 operates as an analog buffer circuit.
The potential VIN of 01 is set to the reference voltage VREF after a finite ramping period.
【0049】次に、時刻t2にリセットパルスΦRS1
が変化して第1のリセットスイッチ104が開くと、電
荷入力端子101の電位VINには、第1のリセットス
イッチ104によるスイッチング動作に伴う熱雑音が発
生する。Next, at time t2, the reset pulse ΦRS1
Is changed and the first reset switch 104 is opened, a thermal noise is generated at the potential VIN of the charge input terminal 101 due to the switching operation by the first reset switch 104.
【0050】この熱雑音は、電荷入力端子101の対接
地容量値に対して発生する。This thermal noise is generated with respect to the capacitance value of the charge input terminal 101 with respect to the ground.
【0051】なお、時刻t2では第2のリセットスイッ
チ105は閉じているため、容量C2も等価的に接地容
量とみなせる。Since the second reset switch 105 is closed at time t2, the capacitance C2 can be equivalently regarded as the ground capacitance.
【0052】したがつて、時刻t1に発生する熱雑音Δ
VIN(t=t1)は ΔVIN(t=t1)=SQRT(kT/(C1+C2)) …(2) となる。Accordingly, the thermal noise Δ generated at time t1
VIN (t = t1) is as follows: ΔVIN (t = t1) = SQRT (kT / (C1 + C2)) (2)
【0053】ここで、kはボルツマン乗数、Tは絶対温
度である。Here, k is a Boltzmann multiplier, and T is an absolute temperature.
【0054】実際の回路では、第1のリセットスイッチ
104の開閉に伴うフィールドスルーの影響により、オ
フセット的な電位変化がこれに加わるが、ここでは、説
明の簡単のために、動作の説明からは省略している。In an actual circuit, an offset-like potential change is added to this due to the effect of field through caused by opening and closing of the first reset switch 104. However, for the sake of simplicity, the operation will be described below. Omitted.
【0055】ところで、時刻t2に発生した熱雑音はオ
ペアンプ回路130の負入力端子(−)に入力されオペ
アンプ回路130は発生したノイズ電荷を帰還容量C2
を介して補正動作を行い、有限のランピング期間を経
て、電荷入力端子101の端子電位VINは再度、基準
電圧VREFに戻される。Incidentally, the thermal noise generated at time t2 is input to the negative input terminal (-) of the operational amplifier circuit 130, and the operational amplifier circuit 130 transfers the generated noise charge to the feedback capacitance C2.
And the terminal potential VIN of the charge input terminal 101 is returned to the reference voltage VREF again after a finite ramping period.
【0056】次に、電荷入力端子101の端子電位VI
Nが十分に基準電圧VREFに安定した後、時刻t3に
リセットパルスΦRS2を変化させて、第2のリセット
スイッチ105を開き電荷入力端子101のリセット動
作を完了する。Next, the terminal potential VI of the charge input terminal 101
After N is sufficiently stabilized at the reference voltage VREF, the reset pulse ΦRS2 is changed at time t3 to open the second reset switch 105 and complete the reset operation of the charge input terminal 101.
【0057】このリセット動作によっても、容量C2と
第2のリセットスイッチ105との間にある端子200
に式(3)に示す熱雑音が発生し、この熱雑音は容量C
2を介して電荷入力端子101にも伝達される。By this reset operation, the terminal 200 located between the capacitor C2 and the second reset switch 105
Thermal noise shown in equation (3) is generated, and this thermal noise
2 to the charge input terminal 101.
【0058】 ΔV200(t=t3)=SQRT(kT/(1/((1/C1)+(1/C 2))+C3)) …(3) 容量C2と容量C1とが直列に接続されている関係か
ら、以上の一連のリセット動作によって最終的に時刻t
3に発生する電荷入力端子101の端子電位VINの揺
らぎΔVIN(t=t3)は式(4)となる。ΔV200 (t = t3) = SQRT (kT / (1 / ((1 / C1) + (1 / C2)) + C3)) (3) The capacitance C2 and the capacitance C1 are connected in series. From the above relationship, finally, the time t
3, the fluctuation ΔVIN (t = t3) of the terminal potential VIN of the charge input terminal 101 is expressed by Expression (4).
【0059】 ΔVIN(t=t3)=(C2/(C2+C1))ΔV200(t=t3) =SQRT(kT/((C1+C2)×C1/C2+( C1+C2)×(C1+C2)×C3/(C2×C2))) …(4) 以上が本発明の実施の形態によるリセット動作であり、
時刻t3以降、本来の電荷蓄積動作に入り、信号電荷を
電荷入力端子101に入力するものである。ΔVIN (t = t3) = (C2 / (C2 + C1)) ΔV200 (t = t3) = SQRT (kT / ((C1 + C2) × C1 / C2 + (C1 + C2) × (C1 + C2) × C3 / (C2 × C2) ))) (4) The above is the reset operation according to the embodiment of the present invention.
After the time t3, the charge accumulation operation starts, and the signal charge is input to the charge input terminal 101.
【0060】次に,本実施の形態の特長を説明する。Next, the features of this embodiment will be described.
【0061】従来のリセット回路では蓄積容量Cに対し
てリセット雑音が発生するため、SQRT(kT/(C
1+C2))なるリセット雑音電圧が電荷入力端子のリ
セット時に発生するが、本実施の形態では、時刻t2で
発生したノイズ電圧を帰還回路を利用して補正し、その
後に帰還系を閉じることにより、式(4)に示す値まで
リセット時のノイズ揺らぎを抑圧することが可能にな
る。In the conventional reset circuit, since reset noise is generated for the storage capacitor C, SQRT (kT / (C
1 + C2)) occurs when the charge input terminal is reset. In the present embodiment, the noise voltage generated at time t2 is corrected using a feedback circuit, and then the feedback system is closed. It is possible to suppress noise fluctuation at the time of reset to the value shown in Expression (4).
【0062】説明の簡単のため、Cl>>C2、C3>
>C2とし、電荷入力端子101の蓄積容量C=C1+
1/(1/C2+1/C3)を〜C1+C2とすると、
抑圧比は式(4)/式(2)から式(5)により表現さ
れる。For simplicity of explanation, Cl >> C2, C3 >>
> C2, and the storage capacitance C of the charge input terminal 101 = C1 +
If 1 / (1 / C2 + 1 / C3) is ~ C1 + C2,
The suppression ratio is expressed by Expression (5) from Expression (4) / Expression (2).
【0063】抑圧比=(従来方式のノイズ電圧)/(本
実施の形態のノイズ電圧)〜SQR T(1/(C1/C2+C1×C3/(C2×C2))) …(5) 例として、C1:C2=5:1、C3:C2=10:1
の場合をもとめると、抑圧比は約13分の1となる。Suppression ratio = (Noise voltage of conventional method) / (Noise voltage of this embodiment) 実 施 SQRT (1 / (C1 / C2 + C1 × C3 / (C2 × C2))) (5) As an example, C1: C2 = 5: 1, C3: C2 = 10: 1
In this case, the suppression ratio is about 1/13.
【0064】また、説明の簡単のため上記説明で省略し
たリセットスイッチ104のフィードスルーによる初期
電位のオフセットも、リセット雑音と同様に式(5)に
示すような抑圧が可能となる。Also, the offset of the initial potential due to the feed-through of the reset switch 104, which is omitted in the above description for simplicity of description, can be suppressed as shown in the equation (5), similarly to the reset noise.
【0065】従って、本発明は電荷入力端子のリセット
時に生じる熱雑音のみならず、リセットスイッチ104
のフィードスルーによるオフセット量の抑圧にも効果を
有するものである。Therefore, according to the present invention, not only the thermal noise generated when the charge input terminal is reset, but also the reset switch 104
This also has an effect on the suppression of the offset amount by the feedthrough.
【0066】以上、実施の形態に基づいて説明してきた
ように、本発明は、蓄積用の容量素子に電荷を入力して
電荷を検出する電荷検出装置において、電荷入力端子を
オペアンプの負入力端子に接続するとともに、該オペア
ンプの出力端子と前記電荷入力端子との間に第1のリセ
ットスイッチを設ける。As described above with reference to the embodiments, the present invention relates to a charge detecting device for detecting charges by inputting charges to a storage capacitor, in which a charge input terminal is connected to a negative input terminal of an operational amplifier. And a first reset switch is provided between the output terminal of the operational amplifier and the charge input terminal.
【0067】また、帰還容量と第2のリセットスイッチ
とを直列に接続した帰還回路を前記第1のリセットスイ
ッチと並列して設ける。A feedback circuit in which a feedback capacitor and a second reset switch are connected in series is provided in parallel with the first reset switch.
【0068】そして、前記電荷入力端子のリセット時に
は、前記第1のリセットスイッチと第2のリセットスイ
ッチとを同時に閉じ、次いで、第1のリセットスイッチ
を開いた後、第2のリセットスイッチを開くようにす
る。At the time of resetting the charge input terminal, the first reset switch and the second reset switch are closed at the same time, the first reset switch is opened, and then the second reset switch is opened. To
【0069】これにより、本発明の電荷検出装置は、ス
イッチング動作において発生するリセット雑音やリセッ
トスイッチのフィードスルーによるリセット電位の変動
を抑圧することが可能となり、電荷入力端子の高精度な
初期化が可能になるとともに、高精度な電荷検出が可能
になる。As a result, the charge detection device of the present invention can suppress the reset noise generated in the switching operation and the fluctuation of the reset potential due to the feed-through of the reset switch, and can initialize the charge input terminal with high accuracy. At the same time, highly accurate charge detection becomes possible.
【0070】そして、上述したような実施の形態で示し
た本明細書には、特許請求の範囲に示した請求項1乃至
3以外にも、以下に付記1として示すような発明が含ま
れている。The present specification described in the above-described embodiment includes, in addition to claims 1 to 3 set forth in the appended claims, the invention as shown in Appendix 1 below. I have.
【0071】(付記1) 電荷入力端子に接続された蓄
積用の容量素子に電荷を入力して、該容量素子に蓄積さ
れた信号電荷をオペアンプを用いて検出する電荷検出装
置において、前記電荷入力端子に負入力端子が接続され
た前記オペアンプの出力端子と前記電荷入力端子との間
に設けられる第1のリセットスイッチと、前記第1のリ
セットスイッチと並列して設けられる帰還容量と第2の
リセットスイッチとを直列に接続した帰還回路とを具備
し、前記電荷入力端子のリセット時には前記第1のリセ
ットスイッチと第2のリセットスイッチとを同時に閉
じ、次いで、前記第1のリセットスイッチを開いた後
に、前記第2のリセットスイッチを開くことにより、前
記第1のリセットスイッチのスイッチング動作において
発生するリセット雑音やリセットスイッチのフィードス
ルーを抑圧させるように構成したたことを特徴とする電
荷検出装置。(Supplementary Note 1) In a charge detection device for inputting a charge to a storage capacitor connected to a charge input terminal and detecting a signal charge stored in the capacitor using an operational amplifier, A first reset switch provided between an output terminal of the operational amplifier having a negative input terminal connected to the terminal and the charge input terminal; a feedback capacitor provided in parallel with the first reset switch; And a feedback circuit in which a reset switch is connected in series. When the charge input terminal is reset, the first reset switch and the second reset switch are simultaneously closed, and then the first reset switch is opened. Later, by opening the second reset switch, reset noise generated in the switching operation of the first reset switch, A charge detection device configured to suppress feedthrough of a reset switch.
【0072】なお、上述した実施の形態では、従来の電
荷検出装置に、容量とリセットスイッチを直列に接続し
た帰還回路を1つ追加する例を示したが、追加する帰還
回路の1つとは限らず、2つ以上の帰還回路を追加した
場合であっても、本発明の思想を用いて、同様の効果を
奏する電荷検出装置を構成することができる。In the above-described embodiment, an example in which one feedback circuit in which a capacitor and a reset switch are connected in series is added to the conventional charge detection device, but the present invention is not limited to this. Instead, even if two or more feedback circuits are added, a charge detection device having the same effect can be configured using the concept of the present invention.
【0073】[0073]
【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、電荷入力端子の電位をリセットする際に生じる
熱雑音及びフィードスルーによるオフセットを低減し
て、高精度の電荷検出が可能となる電荷検出装置を提供
することができる。Therefore, as described above, according to the present invention, it is possible to reduce the thermal noise and the offset due to the feed-through generated when resetting the potential of the charge input terminal, and to detect the charge with high accuracy. Charge detecting device can be provided.
【図1】図1は、本発明に係る電荷検出装置の一実施の
形態の概略構成を示す接続図である。FIG. 1 is a connection diagram illustrating a schematic configuration of an embodiment of a charge detection device according to the present invention.
【図2】図2は、本発明に係る電荷検出装置の一実施の
形態の動作及び駆動方法を説明するためのタイミング図
である。FIG. 2 is a timing chart for explaining an operation and a driving method of an embodiment of the charge detection device according to the present invention.
【図3】図3は、従来の電荷検出装置の概略構成図であ
る。FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a conventional charge detection device.
【図4】図4は、従来の電荷検出装置の動作及び駆動方
法を説明するためのタイミング図である。FIG. 4 is a timing chart for explaining an operation and a driving method of a conventional charge detection device.
101…電荷検出装置の電荷入力端子、 104…第1のリセットスイッチ、 105…第2のリセットスイッチ、 130…オペアンプ回路。 C1…容量、 C2…帰還容量、 114…制御端子 C3…容量。 Reference numeral 101: a charge input terminal of the charge detection device; 104, a first reset switch; 105, a second reset switch; 130, an operational amplifier circuit. C1: capacitance, C2: feedback capacitance, 114: control terminal C3: capacitance.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H03M 1/08 H03M 1/08 A Fターム(参考) 2G035 AA08 AA20 AB01 AC16 AD13 AD20 AD23 AD47 AD52 AD65 5J022 AA01 BA02 CA07 CA10 CF01 CF02 CF07 5J069 AA01 AA25 AA48 AA51 CA13 CA41 FA17 FA18 HA29 HA39 HA40 KA02 KA17 KA22 MA11 SA08 TA01 TA06 5J091 AA01 AA25 AA48 AA51 CA13 CA41 FA17 FA18 HA29 HA39 HA40 KA02 KA17 KA22 MA11 SA08 TA01 TA06 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H03M 1/08 H03M 1/08 A F term (Reference) 2G035 AA08 AA20 AB01 AC16 AD13 AD20 AD23 AD47 AD52 AD65 5J022 AA01 BA02 CA07 CA10 CF01 CF02 CF07 5J069 AA01 AA25 AA48 AA51 CA13 CA41 FA17 FA18 HA29 HA39 HA40 KA02 KA17 KA22 MA11 SA08 TA01 TA06 5J091 AA01 AA25 AA48 AA51 CA13 CA41 FA17 FA18 HA29 HA39 HA40 KA02 TA22 KA17 TA22
Claims (3)
端に接続されており、上記オペアンプの出力端と上記オ
ペアンプの負入力端を結ぶ帰還回路中にリセットスイッ
チを有する電荷検出装置において、 上記帰還回路に並列に、上記オペアンプの出力端と上記
オペアンプの負入力端を結ぶ上記リセットスイッチとは
別個のリセットスイッチと、上記容量素子とは別個の容
量素子とが直列に接続された回路を、少なくとも1つ以
上有することを特徴とする電荷検出装置。An input terminal of a capacitive element is connected to a negative input terminal of an operational amplifier, and the charge detection device has a reset switch in a feedback circuit connecting an output terminal of the operational amplifier and a negative input terminal of the operational amplifier. In parallel with the feedback circuit, a reset switch separate from the reset switch connecting the output terminal of the operational amplifier and the negative input terminal of the operational amplifier, and a circuit in which a capacitive element separate from the capacitive element is connected in series, A charge detection device comprising at least one charge detection device.
地された第1の容量素子と、 上記オペアンプの出力端と負入力端を結ぶ、中間に第1
のリセットスイッチを有する第1の帰還回路と、 上記オペアンプの出力端と負入力端を結ぶ、中間に直列
に接続された第2のリセットスイッチと第2の容量素子
とを有する第2の帰還回路と、 一端が上記第2のリセットスイッチと上記第2の容量素
子の中間に接続され、他端が接地された第3の容量素子
と、 を具備することを特徴とする電荷検出装置。2. An operational amplifier, a first capacitive element having one end connected to the negative input terminal of the operational amplifier and the other end grounded, and a first intermediate element connecting the output terminal and the negative input terminal of the operational amplifier.
A second feedback switch having a second reset switch and a second capacitive element connected in series between the output terminal and the negative input terminal of the operational amplifier. And a third capacitance element, one end of which is connected between the second reset switch and the second capacitance element and the other end of which is grounded.
トスイッチと上記第2のリセットスイッチとを同時に導
通状態にし、第1の所定の時間後に第1のリセットスイ
ッチを非導通状態にし、上記第1の所定の時間より長い
第2の所定の時間後に第2のリセットスイッチを非導通
状態する制御手段をさらに有することを特徴とする請求
項1または2記載の電荷検出装置。3. At the time of reset, the first reset switch and the second reset switch are simultaneously turned on, and after a first predetermined time, the first reset switch is turned off, and the first reset switch is turned off. 3. The charge detecting device according to claim 1, further comprising control means for turning off the second reset switch after a second predetermined time longer than the predetermined time.
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