JP2006311062A

JP2006311062A - 出力回路

Info

Publication number: JP2006311062A
Application number: JP2005129498A
Authority: JP
Inventors: Noboru Takatsuka; 昇高塚
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09
Also published as: CN1855699A; CN100550609C; US20060244539A1

Abstract

【課題】出力信号の波形ひずみを低減する出力回路を提供する。
【解決手段】増幅アンプＡ２およびソースフォロアＳ１に対して共通の電源配線１を介して電源ＶＤＤ１を供給し、増幅アンプＡ１に対して電源配線１とは別の電源配線２を介して電源ＶＤＤ２を供給する。増幅アンプＡ２およびソースフォロアＳ１への電源供給と、増幅アンプＡ１への電源供給が独立して行うことにより、増幅アンプＡ２およびソースフォロアＳ１により変調電流Ｉｍが発生したとしても、この変調電流に起因する電圧変動ΔＶの影響は増幅アンプＡ１には及ばないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、入力信号を増幅して出力する出力回路に関し、特に半導体集積回路に設けられる出力回路に関するものである。具体的には、固体撮像素子における信号電荷を増幅して出力する出力回路に関するものである。

固体撮像装置における信号電荷を増幅して出力する出力回路として従来図４のような出力回路が用いられている。出力回路１０は、入射光をフォトダイオードで光電変換して、光電変換した電気信号（入力信号）を増幅して出力するものである。出力回路１０は増幅アンプＡ１１と外部回路を駆動するためのソースフォロアＳ１１で構成されている。増幅アンプＡ１１とソースフォロアＳ１１への電源供給は共通した電源配線を介して電源ＶＤＤ１が供給されることにより行なわれている。

出力回路１０では、入射光に応じた入力信号が出力回路で増幅される際に入力信号に起因した変調電流Ｉｍが発生する。この変調電流Ｉｍは抵抗Ｒｖの電源配線を流れることにより電源電圧がΔＶ＝Ｉｍ×Ｒｖだけ変動する。この電源電圧の変動が増幅アンプＡ１１の特性変動を招き、その結果、出力信号を変動させて出力波形ひずみが生じてしまう。

この波形ひずみを改善するための出力回路が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されている出力回路の構成を図５に示す。出力回路１１は、ソースフォロアＳ１１と増幅アンプＡ１１とで電源供給を独立に行なうものである。変調電流はソースフォロアが主要因で発生するため、増幅アンプＡ１１とソースフォロアＳ１１に接続される電源配線を分離することで、ソースフォロアＳ１１の変調電流に起因する電源電圧の変動を増幅アンプＡ１１に伝えないようにして波形ひずみを低減するものである。

特許第３１０６４３６号公報

ところで、実際の回路ではソースフォロアの前段として２段の増幅アンプで構成する場合がある。そこで、発明者は、増幅アンプが複数段ある場合は、前述の図５の応用から図６に示すような構成にするのがよいと考えた。

ところが、実験してみると意外に波形ひずみが大きいことを知見した。この波形ひずみのレベルでは、固体撮像素子のＣＣＤ出力回路としては不適当であることを認知した。

本発明の出力回路は、入力信号を受け第１の電源配線から電源が供給される第１の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号をさらに増幅し且つ前記第１の電源配線とは異なる第２の電源配線から電源が供給される第２の増幅器とを備える。

すなわち、第２の増幅器で発生した変調電流による電源電圧の変動は、第１の増幅器と第２の増幅器とで電源を分離しているので、第１の増幅器に供給されている電源には影響を及ぼさない。つまり、変調電流による出力変動が第１および第２の増幅器で増幅することがない。かくして、出力回路の出力信号の波形ひずみを低減することができる。

本発明の出力回路によれば、電源電圧の変動による出力信号の波形ひずみを低減することができる。

以下、図面を参照し、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例の出力回路１を示した図である。Ａ１およびＡ２は増幅アンプ、Ｓ１はソースフォロアであり、従来例と同様の機能を有している。ここで、増幅アンプＡ１およびＡ２には例えばＮＭＯＳインバータからなる反転増幅器を用いることができる。増幅アンプＡ１は入力信号ＩＮを受けて反転増幅する。増幅アンプＡ１によって増幅された信号は増幅アンプＡ２に入力されさらに反転増幅され、ソースフォロアＳ１を介して出力信号ＯＵＴとして出力される。なお、固体撮像素子の出力回路の場合、この出力信号ＯＵＴはエミッタフォロアで受けられることが多い。

ここで、複数の増幅アンプ間の電源電圧変動の影響を避けるためには、個々の増幅アンプおよびソースフォロアに対する電源供給をそれぞれ独立に行なえばよい。しかしながら、半導体集積回路内に設けられる出力回路である場合、レイアウトの制約を受けることがあり、独立した電源配線は２つしか設けられない場合がある。

そこで、発明者は、図６のように、増幅アンプＡ１１およびＡ２１がソースフォロアＳ１１の変調電流に起因する電源電圧の変動を受けないようにするために、増幅アンプＡ１１およびＡ２１への電源供給と、ソースフォロアＳ１１に対する電源供給を独立に行なうことを考えた。しかしながら、増幅アンプによって生じる変調電流はソースフォロアに比べて小さいものであるが全く生じないわけではない。また、反転増幅器の出力電圧は電源電圧変動に対して敏感である。したがって、増幅アンプＡ２１によって生じた変調電流が小さかったとしても、その変調電流に起因する電源電圧変動が共通の電源配線に接続されている増幅アンプＡ１１の出力信号を変動させ、その変動した出力信号がさらに増幅アンプＡ２１で増幅されることにより、出力回路１０の出力信号の波形のひずみがより大きくなってしまうと考えた。

そこで、上述の考察をふまえて、発明者がいろいろ実験した結果、増幅アンプＡ２およびソースフォロアＳ１には共通の電源配線１を介して電源ＶＤＤ１を供給し、増幅アンプＡ１には電源配線１とは別の電源配線２を介して電源ＶＤＤ２を供給するのが良いという結論を得た。つまり、増幅アンプＡ１へ電源ＶＤＤ２を供給するための電源配線２を、増幅アンプＡ２およびソースフォロアＳ１へ電源ＶＤＤ１を供給するための電源配線１から電気的に分離した。このように、増幅アンプＡ２およびソースフォロアＳ１への電源供給と、増幅アンプＡ１への電源供給を独立して行ない、増幅アンプＡ２およびソースフォロアＳ１により変調電流Ｉｍが発生したとしても、この変調電流に起因する電圧変動ΔＶの影響は増幅アンプＡ１には及ばないようにした。これで、増幅アンプＡ２が電源電圧変動による出力変動した信号をさらに増幅することはない。

なお、変調電流ＩｍはソースフォロアＳ１が主要因で発生するが、ソースフォロアＳ１の後段に接続されているエミッタフォロアは電流駆動であるためソースフォロアＳ１による変調電流Ｉｍは比較的小さくなる。したがって、ソースフォロアＳ１によって変調電流が発生しても、増幅アンプＡ２に対するこの変調電流に起因する電源電圧変動の影響は小さい。また、ソースフォロアＳ１の出力は電源電圧が変化してもほとんど変化しない。

したがって、増幅アンプＡ２とソースフォロアＳ１へ共通した電源配線１を介して電源が供給されていたとしても、増幅アンプＡ１と増幅アンプＡ２へ供給するための電源配線を電気的に分離することにより、効果的に出力波形ひずみを低減することができる。

図２は、本発明の第２実施例の出力回路２の構成を示したものである。出力回路２は、図１に示す第１実施例と同様に、増幅アンプＡ１およびＡ２、ソースフォロアＳ１を有する。なお、図１と同一の構成要素は同一の参照番号で示し、その説明を省略する。

出力回路２は、図１とは異なり、増幅アンプＡ１の後段にソースフォロアＳ２が接続されている。ソースフォロアＳ２は増幅アンプＡ２の電圧動作点を調整するために設けられている。このソースフォロアＳ２と増幅アンプＡ１には共通の電源配線２を介して電源ＶＤＤ２が供給されており、増幅アンプＡ２とソースフォロアＳ１への電源供給と、増幅アンプＡ１とソースフォロアＳ２への電源供給はそれぞれ独立に行なわれている。

増幅アンプＡ１とソースフォロアＳ２は共通の電源配線２を介して電源が供給されているが、ソースフォロアＳ２に接続される増幅アンプＡ２はＮＭＯＳインバータからなる反転増幅器であり電流駆動であることを考慮すると、ソースフォロアＳ２による変調電流は比較的小さいものとなる。したがって、ソースフォロアＳ２によって変調電流が発生したとしても、増幅アンプＡ１に対するこの変調電流に起因する電源電圧変動の影響は小さい。

したがって、このような構成により、増幅アンプＡ１およびＡ２との間の電源電圧変動の影響を抑え、出力信号ＯＵＴの波形ひずみを低減することができる。

図３は、本発明の第３実施例の出力回路３を示した図である。

出力回路３は、受光部上に青色、緑色、赤色などのカラーフィルタが形成されたカラーＣＣＤ固体撮像素子に適用した例である。図３に示すように、各色に応じた入力信号ＩＮ（青）、ＩＮ（緑）、ＩＮ（赤）に対してそれぞれの出力回路部３１，３２および３３が設けられている。これら出力回路の構成は実質同一であるので、出力回路３１について説明する。

出力回路３１は、入力信号ＩＮ（青）を入力し、該入力信号ＩＮ（青）を増幅アンプＡ１ＢおよびＡ２Ｂで増幅し、ソースフォロアＳ１を介して出力信号ＯＵＴ（青）として出力する。ここで、それぞれの出力回路部３１〜３３に含まれる初段の増幅アンプＡ１Ｂ、Ａ１Ｇ、Ａ１Ｒは共通の電源配線２を介して電源ＶＤＤ２が供給されており、それ以外の増幅アンプＡ２Ｂ、Ａ２Ｇ、Ａ２ＲおよびソースフォロアＳ１Ｂ、Ｓ１ＧおよびＳ１Ｒは、電源配線２とは別の共通の電源配線１を介して電源ＶＤＤ１が供給されている。

このような構成により、各色に対応した出力回路部においてもそれぞれの出力信号の波形のひずみを低減することができる。

以上説明したように、複数の増幅アンプを有する出力回路において、増幅アンプＡ１およびＡ２への電源供給をそれぞれ独立に行なうことにより、出力信号の波形ひずみを低減することができる。また、上記実施例ではＧＮＤ線はすべて共通であるが、ＧＮＤ線についても電源配線と同様に電気的に分離すれば、より出力信号の波形ひずみは低減される。
また、固体撮像素子の出力回路を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

本発明の第１実施例の出力回路の構成を示した図である。本発明の第２実施例の出力回路の構成を示した図である。本発明の第３実施例の出力回路の構成を示した図である。従来の出力回路の構成を示した図である。従来の出力回路のほかの構成を示した図である。従来の出力回路のさらに他の構成を示した図である。

符号の説明

１，２，３，１０，１１，１２出力回路
Ａ１，Ａ２，Ａ１１，Ａ２１増幅アンプ
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ１１，Ｓ２１ソースフォロア

Claims

入力信号を受け第１の電源配線から電源が供給される第１の増幅器と、前記第１の増幅器で増幅された信号をさらに増幅し前記第１の電源配線とは異なる第２の電源配線から電源が供給される第２の増幅器とを備える出力回路。
前記第２の増幅器で増幅された信号が入力され且つ前記第２の電源配線から電源が供給される第１のソースフォロア回路をさらに備える請求項１記載の出力回路。
前記第１の増幅器で増幅された信号が入力され且つ前記第１の電源配線から電源が供給される第２のソースフォロア回路をさらに備える請求項１または２記載の出力回路。
前記第１および第２の増幅器は反転増幅器であることを特徴とする請求項１、２または３記載の出力回路。
第１の入力信号を受ける第１の増幅器と、前記第１の増幅器で増幅された信号をさらに増幅する第２の増幅器と、
第２の入力信号を受ける第３の増幅器と、前記第３の増幅器で増幅された信号をさらに増幅する第４の増幅器と、
第３の入力信号を受ける第５の増幅器と、前記第５の増幅器で増幅された信号をさらに増幅する第６の増幅器とを備え、
前記第１、第３及び第５の増幅器はそれぞれ第１の電源配線から電源が供給され、前記第２、第４及び第６の増幅器は前記第１の電源配線とは異なる第２の電源配線から電源が供給されることを特徴とする出力回路。