JP2007259102A - Regulator circuit, power supply circuit, and imaging module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は固体撮像モジュール等に用いられるレギュレータ回路に係り、より詳しくは、CCD(電荷結合素子:Charge Coupled Devices)型イメージセンサ(エリアセンサ)の垂直転送電極に駆動電圧を出力するレギュレータ回路,電源回路,撮像モジュールに関する。 The present invention relates to a regulator circuit used in a solid-state imaging module or the like, and more specifically, a regulator circuit that outputs a driving voltage to a vertical transfer electrode of a CCD (Charge Coupled Devices) type image sensor (area sensor), and a power source The present invention relates to a circuit and an imaging module.
図6は、一般的なCCD型固体撮像モジュールのブロック構成図である。このCCD型固体撮像モジュールは、撮影レンズ1と、撮影レンズ1で結像された光学像を受光面で受け電気信号に変換するCCD型固体撮像素子2と、撮影レンズ1と撮像素子2との間に設けられたメカニカルシャッタ等の光遮蔽手段3とを備える。
FIG. 6 is a block diagram of a general CCD type solid-state imaging module. The CCD solid-state imaging module includes a
このCCD型固体撮像モジュールは、更に、固体撮像素子2の出力に接続されたアナログフロントエンドプロセッサ(AFE)4と、AFE4の出力に接続されたデジタル信号処理(DSP)部5と、撮像素子駆動回路(ドライブ回路:DRV)6と、これらにタイミング信号を出力するタイミングジェネレータ(TG)7と、DRV6に電源電圧(VH,VL,VDD)を供給する電源(PWR)8とを備える。
The CCD solid-state imaging module further includes an analog front-end processor (AFE) 4 connected to the output of the solid-
撮影レンズ1は被写体光束を撮像素子2の受光面に結像し、光遮蔽手段3はレンズ1からの被写体光束を受光面に通過させるか遮光させるかの制御を行う。撮像素子2は、入射光の光量に応じて電荷を生じさせる光電変換素子と、光電変換素子において生じた信号電荷を転送するための垂直転送電極及び水平転送電極を有する。
The photographing
AFE4は、撮像素子2から出力されるアナログの画像信号を基準電位部分と信号電位部分との2箇所で相関2重サンプリングし、差分に適切なゲインをかけてA/D(アナログ/デジタル)変換してデジタルの画像信号として出力する。DSP5は、AFE4から出力されるデジタルの画像信号に対して、各種信号処理を施す。
The AFE 4 performs correlated double sampling of the analog image signal output from the
タイミングジェネレータ(TG)7は、撮像素子2に対して水平転送電極を駆動するためのタイミング信号Hを出力すると共に、AFE4に対してタイミングパルスを出力し、また、DSP5に対しても同期を取るためのタイミングパルスを出力する。TG7は更に、撮像素子2の垂直転送電極に駆動用電圧を供給する駆動用回路(DRV)6に対してもタイミングパルスを出力する。
The timing generator (TG) 7 outputs a timing signal H for driving the horizontal transfer electrode to the
撮像素子2の水平転送電極への印加電圧(タイミング信号H)は3V程度の低電圧であるため、TG7から水平転送電極に水平転送電極駆動用のタイミング信号Hを直接出力するが、撮像素子2の垂直転送電極への印加電圧は高電圧であるため、DRV6がTG7からのタイミング信号を受けて垂直転送電極に高電圧の駆動電圧を印加する。
Since the applied voltage (timing signal H) to the horizontal transfer electrode of the
DRV6は、撮像素子2の垂直転送電極を駆動するための集積回路(IC)であり、一般的に負電圧を含む3つの電圧、たとえば「+15V」「0V」「−8V」の電圧を垂直転送電極に出力する。AFE4,DSP5,TG7が動作するために必要な電源電圧は3V等の低い電圧であるが、DRV6の出力電圧は「+15V」「−8V」の高電圧であるため、電源(PWR)8がDRV6に高電圧を供給する様になっている。
The
図7は、図1に示した電源(PWR)の詳細構成図である。電子装置が高電圧を必要とする場合、コイルを用いたスイッチングレギュレータで高電圧を生成することができる。しかし、携帯電話機では、電波を使用する関係で、周囲に磁束が漏れ電磁ノイズを撒き散らすスイッチングレギュレータは用いられず、コンデンサで高電圧生成を実現できるチャージポンプ回路が用いられる。 FIG. 7 is a detailed configuration diagram of the power supply (PWR) shown in FIG. When the electronic device requires a high voltage, the high voltage can be generated by a switching regulator using a coil. However, the cellular phone uses a radio wave and does not use a switching regulator in which magnetic flux leaks around and disperses electromagnetic noise. Instead, a charge pump circuit capable of generating high voltage with a capacitor is used.
図7に示すチャージポンプ回路を有する電源(PWR)8は、バッテリ11と、バッテリ電圧VBATから電圧VDDを生成するVDDレギュレータ12と、電圧VDDを6倍する6倍昇圧チャージポンプ回路13と、電圧VDDを6倍した電圧VH0から所定の高電圧VHを生成するVHレギュレータ14と、電圧VDDを−3倍する3倍負昇圧チャージポンプ回路15と、電圧VDDを−3倍した電圧VL0から所定のマイナス側高電圧VLを生成するVLレギュレータ16とを備え、VHレギュレータ14から電圧VHがDRV6に出力され、VDDレギュレータ12から電圧VDDがDRV6,レギュレータ14,16に出力され、VLレギュレータ16から電圧VLがDRV6に出力される。
A power supply (PWR) 8 having a charge pump circuit shown in FIG. 7 includes a
バッテリ11は、例えばリチウムイオン電池等の充電電池でなり、VDDレギュレータ12にバッテリ電圧VBATを供給する。バッテリ電圧VBATは、例えば+3.2V〜+5.5Vの範囲の電圧であり、充電の状態および負荷電流の状態で変化する。VDDレギュレータ12は、シリーズレギュレータであり、バッテリ電圧VBATの供給を受けて、VBATの電圧レベルや出力負荷電流の状態によらず、一定の電圧になるように制御されたVDD(例えば+3V)を、各チャージポンプ回路13,15,DRV6等に供給する。
The
6倍昇圧チャージポンプ回路13は、スイッチトキャパシタを用いた昇圧用チャージポンプ回路であり、電圧VDDの供給を受けて、電圧VDDを6倍した電圧VH0(約+18V)を、VHレギュレータ14に供給する。
The 6-times boosting
3倍負昇圧チャージポンプ回路15は、スイッチトキャパシタを用いた昇圧用チャージポンプ回路で、電圧VDDの供給を受けて、電圧VDDを−3倍したVL0(約−9V)を、VLレギュレータ16に供給する。
The triple negative
各チャージポンプポンプ回路13,15の出力電圧VH0,VL0の電圧値は、各チャージポンプ回路13,15の出力抵抗及び負荷電流により、若干低下する。
The voltage values of the output voltages VH0 and VL0 of the charge
VHレギュレータ14は、電圧VH0の供給を受けて、電圧VH0の電圧レベルや出力負荷電流の状態によらず、一定電圧に制御された電圧VH(例えば+15V)をDRV6供給する。VLレギュレータ16は、電圧VL0の供給を受けて、電圧VL0の電圧レベルや出力負荷電流の状態によらず、一定電圧に制御された電圧VL(例えば−8V)をDRV6に供給する。
The
図8は、従来のVHレギュレータ14の回路図である。従来のVHレギュレータは、誤差アンプ(Amp)21と、V/I(電圧/電流)変換トランジスタ22と、ダイオード接続トランジスタ23と、出力トランジスタ24と、出力電圧を分圧するための抵抗25,26と、電源バイパスコンデンサ27とで構成される。
FIG. 8 is a circuit diagram of a
誤差アンプ21は、演算増幅器が用いられ、そのDC利得は40dB〜80dB程度である。また抵抗25,26はその比が出力電圧VHを抵抗分圧し、誤差アンプ21の負入力に参照電圧(Vref)と同じ電圧を印加するように設定される。誤差アンプ21の出力は、V/I変換トランジスタ22のゲートに接続され、誤差アンプ21の出力電圧に応じて誤差電流値を増減する。
As the
誤差電流値は、ソースが電圧VH0に接続されたダイオード接続トランジスタ23に流れる。出力トランジスタ24は、ダイオード接続トランジスタ23とカレントミラーを構成し、ダイオード接続トランジスタ23と出力トランジスタ24のサイズ比により誤差電流値を電流増幅し、その電流を電圧VH0の電源から電圧VHを出力する端子28へと流す。
The error current value flows through the diode-connected
例えば、出力電圧VHが低くなった場合、抵抗25と抵抗26とで分圧された電圧も低くなり、誤差アンプ21の正入力よりも負入力のほうが低くなる。すると誤差アンプ出力電圧は上昇し、V/I変換トランジスタ22により誤差電流が増加する。その電流はカレントミラーにて電流増幅され、出力トランジスタ24を流れる電流を増加させることで出力電圧VHを上昇させ、出力電圧VHを元に戻す方向に制御される。このような負帰還ループにより、出力電圧VHが一定に制御される。
For example, when the output voltage VH is lowered, the voltage divided by the
誤差アンプ21は、VDD―GND間にて動作することができるため、低耐圧の微細トランジスタにて構成できる。またV/I変換トランジスタ22、ダイオード接続トランジスタ23、および出力トランジスタ24は、VH0―GND間にて動作しているため高耐圧トランジスタを使用する必要がある。
Since the
電源バイパスコンデンサ27は、電圧VHを出力する端子28に接続され、高周波のノイズを抑制する。また、出力トランジスタ24の出力抵抗と電源バイパスコンデンサ27の容量値によりファーストポール(1st Pole)を設定して位相補償を行い、VHレギュレータ14は安定に動作する。
The power
図9は、従来のVLレギュレータ16(図7)の回路図である。VLレギュレータは、誤差アンプ31と、V/I変換トランジスタ32と、ダイオード接続トランジスタ33と、出カトランジスタ34と、出力電圧を分圧するための抵抗35,36と、電源バイパスコンデンサ37とで構成される。
FIG. 9 is a circuit diagram of a conventional VL regulator 16 (FIG. 7). The VL regulator includes an
誤差アンプ31は、演算増幅器が用いられ、そのDC利得は40dB〜80dB程度である。また抵抗35と抵抗36とはその比が出力電圧VLを抵抗分圧し、誤差アンプ31の負入力に参照電圧(Vref)と同じ電圧を印加するように設定される。
As the
誤差アンプ31の出力は、V/I変換トランジスタ32のゲートに接続され、誤差アンプ31の出力電圧に応じて誤差電流値を増減する。誤差電流値は、ソースが電圧VL0に接続されたダイオード接続トランジスタ33に流れる。出力トランジスタ34は、ダイオード接続トランジスタ33とカレントミラーを構成し、ダイオード接続トランジスタ33と出力トランジスタ34とのサイズ比により誤差電流値を電流増幅し、その電流を電圧VL側から電圧VL0側へと流す。
The output of the
例えば、出力電圧VLが高くなった場合、抵抗35と抵抗36とで分圧された電圧も高くなり、誤差アンプ31の正入力よりも負入力のほうが高くなる。すると誤差アンプ出力電圧は低下し、V/I変換トランジスタ32により誤差電流が増加する。その電流はカレントミラーにて電流増幅され、出カトランジスタ34を流れる電流を増加させることで出力電圧VLを低下させ、出力電圧VLを元に戻す方向に制御される。このような負帰還ループにより出力電圧VLが一定に制御される。
For example, when the output voltage VL increases, the voltage divided by the
誤差アンプ31は、VDD−GND間にて動作することができるため低耐圧の微細トランジスタにて構成できる。またV/I変換トランジスタ32、ダイオード接続トランジスタ33、および出カトランジスタ34は、VDD−VL0間にて動作しているため高耐圧トランジスタを使用する必要がある。
Since the
電源バイパスコンデンサ37は、出力端子38に接続され、高周波のノイズを抑制する。また出力トランジスタ34の出力抵抗と電源バイパスコンデンサ37の容量値によりファーストポール(1st Pole)を設定して位相補償を行い、レギュレータ16は安定に動作する。
The power
図10は、撮像素子2とDRV6の詳細模式図である。撮像素子2は、インターライン型のCCDエリアイメージセンサであり、多数個の光電変換素子2aが複数行,複数列に沿って行列状に配置される。個々の光電変換素子列に1つずつ垂直電荷転送素子2bが配置され、各垂直電荷転送素子2bは水平電荷転送素子2cに電気的に接続される。
FIG. 10 is a detailed schematic diagram of the
光電変換素子2aから垂直電荷転送素子2bへの電荷読み出しと垂直電荷転送素子2bによる水平電荷転送素子2c方向への電荷転送は、撮像素子2の垂直転送電極に転送駆動用のパルス電圧を印加することにより行われる。水平電荷転送素子2cによる出力部2d方向への電荷転送は、撮像素子2の水平転送電極に転送駆動用のパルス電圧を印加することにより行われる。
In charge reading from the
DRV6は、制御ロジック6aと、垂直転送電極にパルス電圧を出力する2値ドライバ回路6b,6cおよび3値ドライバ回路6d,6eとで構成される。制御ロジック6aにはタイミングジェネレータ7からのタイミングパルス信号が制御信号として入力される。制御ロジック6aは、この制御信号を、各ドライバ回路6b〜6eを制御できる信号レベルに変換し、各ドライバ回路6b〜6eの出力を決定するための制御信号を各ドライバ回路6b〜6eに供給する。
The
撮像素子2の垂直転送電極の駆動には、読み出し動作及び転送動作を行う3値駆動(+15V,0V,−8V)と、転送動作だけを行う2値駆動(0V,−8V)とがある。
The vertical transfer electrodes of the
図10では、3値駆動用の3値ドライバ回路6d,6eの出力TO1,TO2が、夫々、読み出しゲートを兼ねる垂直転送電極V2,V4に接続される。2値駆動用の2値ドライバ回路6b,6cの出力BOl,BO2は、夫々、転送のみを行う垂直転送電極V1,V3に接続される。DRV6に設けられるドライバ回路数は、固体撮像素子2の垂直転送電極数によって増減する。
In FIG. 10, the outputs TO1 and TO2 of the
撮像素子2の光電変換素子2aにおいて生じた信号電荷は、DRV6にて駆動される垂直転送電極により垂直電荷転送素子2bに読み出され、その後、水平電荷転送素子2cに転送される。水平電荷転送素子2cに転送された電荷は、タイミングジェネレータ7から水平転送電極に印加される駆動パルスによって出力部2dの方向に転送され、出力部2dは電荷量を電圧値に変換し、出力信号(OS)として出力する。
The signal charge generated in the
図11は、3値ドライバ回路の機能構成図である。3値ドライバ回路は、制御ロジック41と、出力回路42とで構成される。出力回路42は、トランジスタにより、各電源電圧VH(=+15V),VL(=−8V),VM(=GND0V)のうちの1つを選択して出力端子TOに接続するスイッチ機能を持つ。3値VH,VL,VMのうちの1つを選択するには2ビットの信号が必要で、このため、制御ロジック41には、2つの信号TI,PGが入力される。
FIG. 11 is a functional configuration diagram of the ternary driver circuit. The ternary driver circuit includes a control logic 41 and an
タイミングジェネレータ7から制御ロジック41に入力される3Vレベルの信号TI,PGは、制御ロジック41内の図示しないレベルシフト回路にて+15V/−8Vの振幅を持つ信号にレベル変換され、出力回路42は、制御ロジック41からの信号により、撮像素子2を駆動するための3種類の電圧VH,VL,VMを出力する。
The 3V level signals TI and PG inputted from the timing generator 7 to the control logic 41 are level-converted into signals having an amplitude of + 15V / −8V by a level shift circuit (not shown) in the control logic 41, and the
図12は、2値ドライバ回路の機能構成図である。2値ドライバ回路は、制御ロジック43と、出力回路44とで構成される。出力回路44は、トランジスタにより各電源電圧VM(=0V),VL(=−8V)のいずれかを選択し出力端子BOに接続ためのスイッチ機能を有する。2値VL,VMの選択であるため1ビットの信号で済み、このため、タイミングジェネレータ7から制御ロジック43には例えば3Vレベルの信号BIが1つだけ入力される。
FIG. 12 is a functional configuration diagram of the binary driver circuit. The binary driver circuit includes a
制御ロジック43は、3Vレベルの信号BIを内部の図示しないレベルシフト回路により高電圧振幅の信号にレベル変換し、出力回路44は、撮像素子2を駆動するための2種類の電圧VM,VLを出力する。
The
図13は、3値ドライバ回路から出力される電圧VH,VL,VMによる電荷転送時および電荷読出時におけるタイミングチャートの一例を示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing an example of a timing chart at the time of charge transfer and charge read by the voltages VH, VL, VM output from the ternary driver circuit.
電荷転送時は、入力信号PGをハイレベルに設定し、入力信号TIを、ローレベルとハイレベルの交番信号とする。これにより、3値ドライバ回路からは、VM(=0V)とVL(=−8V)との交番信号が出力TOとして垂直転送電極に印加され、電荷転送が行われる。 At the time of charge transfer, the input signal PG is set to a high level, and the input signal TI is an alternating signal of a low level and a high level. Thereby, from the ternary driver circuit, an alternating signal of VM (= 0V) and VL (= −8V) is applied as an output TO to the vertical transfer electrode, and charge transfer is performed.
電荷読出時は、入力信号TIをローレベルに設定し、入力信号PGをローレベルに設定する。これにより、3値ドライバ回路の出力TOは、高電圧VH(=+15V)となり、光電変換素子の蓄積電荷が垂直転送素子に読み出される。 At the time of charge reading, the input signal TI is set to a low level and the input signal PG is set to a low level. As a result, the output TO of the ternary driver circuit becomes the high voltage VH (= + 15 V), and the accumulated charge of the photoelectric conversion element is read out to the vertical transfer element.
図14は、2値ドライバ回路から出力される電圧VL,VMによる電荷転送時及び電荷読出時におけるタイミングチャートの一例を示す図である。 FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a timing chart at the time of charge transfer and charge read by the voltages VL and VM output from the binary driver circuit.
電荷転送時は、入力信号BIをローレベルとハイレベルの交番信号にする。これにより、出力BOは電圧VM(=0V)と電圧VL(=−8V)との交番信号となり、電荷転送が行われる。 At the time of charge transfer, the input signal BI is changed to a low level and high level alternating signal. As a result, the output BO becomes an alternating signal between the voltage VM (= 0V) and the voltage VL (= −8V), and charge transfer is performed.
電荷読出時には、入力信号BIをローレベルに設定する。これにより、2値ドライバ回路の出力BOは電圧VM(=0V)となる。 At the time of charge reading, the input signal BI is set to a low level. As a result, the output BO of the binary driver circuit becomes the voltage VM (= 0V).
図15は、固体撮像素子2,DRV6,電源8の要部の等価回路図である。尚、この図15では、中間電圧VMを選択するトランジスタ回路を簡略した記号で図示している。
FIG. 15 is an equivalent circuit diagram of the main part of the solid-
DRV6のVHレギュレータ14は、電圧源14aと出力抵抗14bで表すことができ、出力VHには電源バイパスコンデンサ27が接続される。VLレギュレータ16も電圧源16aと出力抵抗16bで表すことができ、出力VLには電源バイパスコンデンサ37が接続される。この図15でのDRV6には3値ドライバ回路だけを図示しており、その出力TOは、撮像素子2に設けられている垂直転送電極の容量Cvccdを駆動する。
The
VHレギュレータ14の電源VH0は、図7で説明した様にチャージポンプ回路13から供給している。チャージポンプ回路の電流供給能力は小さく、VHレギュレータ14の電流供給能力を大きくすることはできない。従って、VHレギュレータ14の出力抵抗は大きくなってしまう。同様に、VLレギュレータ16の電源VL0はチャージポンプ回路15にて供給しているため、VLレギュレータ16の電流供給能力を大きくすることができず、VLレギュレータ16も出力抵抗が大きくなってしまう。
The power source VH0 of the
このような電源構成を用いて垂直転送電極を駆動した場合、以下のような問題が発生する。 When the vertical transfer electrode is driven using such a power supply configuration, the following problems occur.
図16は、垂直転送電極を図15の等価回路にて電荷読出動作させたときの波形図である。DRV6の出力TOは電圧VM(=0V)から電圧VH(=+15V)に切り換えられる。トランジスタMlがONすると、出力VHとCvccdが低抵抗で接続され、CvccdをVHレベルに充電しようとするが、VHレギュレータ14の出力抵抗は、DRV6のトランジスタM1のON抵抗に比べ非常に大きいため、VHレギュレータ14からの電流供給では、Cvccdをすぐに充電することができず、出力VHの電源バイパスコンデンサ27からCvccdへ充電される。従って、Cvccdへ充電された分だけ出力VHの電位レベルは低下する。
FIG. 16 is a waveform diagram when the vertical transfer electrode is subjected to charge reading operation by the equivalent circuit of FIG. The output TO of the
出力VHの電位レベルは、VHレギュレータ14により、次の読み出し動作時までに元のレベルまで回復(充電)される。従って、出力TOの振幅は、徐々に小さくなっていくことはないが、本来必要とされる出力TOの振幅レベルよりも小さくなってしまうという問題が起こる。
The potential level of the output VH is restored (charged) to the original level by the
図17は、垂直転送電極を図14の等価回路にて転送動作させたときの波形図である。DRV6の出力TOは電圧VMから電圧VL(=−8V)に切り換えられる。トランジスタM2がONしたとき、出力VLとCvccdが低抵抗で接続され、CvccdをVLレベルに充電しようとするが、VLレギュレータ16の出力抵抗は、DRV6のトランジスタM2のON抵抗に比べ非常に大きいため、VLレギュレータ16からの電流供給では、Cvccdをすぐに充電することができない。このため、出力VLの電源バイパスコンデンサ37からCvccdへ充電される。従って、Cvccdへ充電された分だけ出力VLの電位レベルは上昇する。
FIG. 17 is a waveform diagram when the vertical transfer electrode is transferred by the equivalent circuit of FIG. The output TO of the
出力VLの電位レベルは、VLレギュレータ16によって次の転送動作時までに元のレベルまで回復(充電)される。従って、出力TOの振幅は、徐々に小さくなっていくことはないが、本来必要とされる出力TOの振幅レベルよりも小さくなってしまうという問題が起こる。
The potential level of the output VL is restored (charged) to the original level by the
更に、以下に説明するスミア電荷の高速掃き出しを行う場合にも、問題が発生する。図6に示す様に撮像素子2の前面に光遮蔽手段3が設けられている場合、DVR6は、撮像素子2の垂直転送電極を電荷転送駆動(2値駆動)するとき、本来の信号電荷転送の前に、スミア電荷を垂直転送素子から掃き出すべく垂直転送電極を高速で電荷転送駆動する(例えば、下記特許文献1参照)。
Furthermore, a problem also occurs when performing high-speed smear charge sweeping described below. When the light shielding means 3 is provided on the front surface of the
図18及び図19は、3値ドライバ回路及び2値ドライバ回路がスミア電荷の高速掃き出しを行うときのタイミングチャートの一例を示す図である。どちらのタイミングチャートでも、垂直転送電極の読み出し駆動を行う前に、より高い駆動周波数(通常転送時の10倍以上)でスミア電荷の高速掃き出しが行われる。 18 and 19 are diagrams illustrating an example of a timing chart when the ternary driver circuit and the binary driver circuit sweep out smear charges at high speed. In both timing charts, smear charges are quickly swept out at a higher drive frequency (more than 10 times that in normal transfer) before the read transfer of the vertical transfer electrode.
図20は、垂直転送電極を図15の等価回路にてスミア電荷高速掃出動作させたときの波形図である。DRV6の出力TOは電圧VMから電圧VLに切り換えられる。トランジスタM2がONしたとき、出力VLとCvccdが低抵抗で接続され、CvccdをVLレベルに充電しようとするが、VLレギュレータ16の出力抵抗はDRV6のトランジスタM2のON抵抗に比べ非常に大きいため、VLレギュレータ16からの電流供給では、Cvccdをすぐに充電することができず、出力VLの電源バイパスコンデンサ37からCvccdへ充電される。従って、Cvccdへ充電された分だけ出力VLレベルは上昇する。
FIG. 20 is a waveform diagram when the vertical transfer electrode is subjected to a smear charge high-speed sweep operation by the equivalent circuit of FIG. The output TO of the
ここまでは、図17で説明した転送動作と同様である。しかし、スミア電荷の高速掃き出しは駆動周波数が高いため、VLレギュレータ16は、次の出力TOが電圧VMから電圧VLへ変化するまでに出力VLを元のレベルまで回復(充電)させることができない。従って、出力TOの振幅は、徐々に小さくなっていくことになり、本来必要とされる出力TOの振幅レベルよりも小さくなってしまうという問題が起こる。
Up to this point, the transfer operation described in FIG. 17 is the same. However, since high-speed sweeping of smear charges has a high driving frequency, the
以上説明した様に、チャージポンプ回路とレギュレータ回路とを組み合わせた電源を使用して垂直転送電極の駆動を行うと、本来必要とされる振幅レベルにて駆動することができず、撮像素子2の特性に悪影響を与え、撮像モジュールから得られる画像が劣化してしまうという問題が起きる。 As described above, when the vertical transfer electrode is driven using a power source in which a charge pump circuit and a regulator circuit are combined, it cannot be driven at an originally required amplitude level. There is a problem that the characteristics are adversely affected and the image obtained from the imaging module is deteriorated.
尚、3値ドライバ回路の従来例として、下記特許文献2記載のものがあり、チャージポンプ回路の従来例として、下記特許文献3記載のものがある。
A conventional example of the ternary driver circuit is described in
本発明の目的は、チャージポンプ回路などの電流供給能力の低い電源と組み合わされた場合でも、規定の振幅レベルの電圧を出力することができるレギュレータ回路と、このレギュレータ回路を用いた電源回路と、この電源回路を用いた撮像モジュールを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a regulator circuit capable of outputting a voltage having a specified amplitude level even when combined with a power supply having a low current supply capability such as a charge pump circuit, a power supply circuit using this regulator circuit, An object of the present invention is to provide an imaging module using this power supply circuit.
本発明のレギュレータ回路は、入力された電圧に対する電位降下量を制御することで出力端の出力電圧を一定に制御する電圧制御手段を備えるレギュレータ回路において、該電圧制御手段の出力電流を監視し該出力電流が所定電流よりも大きくなったか否かを判定する電流判定手段と、前記電圧制御手段の前記出力端に接続され前記電流判定手段の判定結果に応じて補填電流を該出力端に流す電流ブースタ手段とを備えたことを特徴とする。 The regulator circuit according to the present invention includes a voltage control unit that controls the output voltage at the output terminal to be constant by controlling the amount of potential drop with respect to the input voltage, and monitors the output current of the voltage control unit. A current determination means for determining whether or not the output current is greater than a predetermined current; and a current that is connected to the output terminal of the voltage control means and causes a compensation current to flow through the output terminal in accordance with the determination result of the current determination means And a booster means.
本発明のレギュレータ回路の前記電流判定手段は、前記出力電流が前記所定電流よりも大きくなった場合に検出信号を出力することを特徴とする。 The current determination means of the regulator circuit of the present invention outputs a detection signal when the output current becomes larger than the predetermined current.
本発明のレギュレータ回路の前記電流ブースタ手段は、所定出カインピーダンスを有する第1電圧源と該第1電圧源よりも低い出カインピーダンスを有する第2電圧源のどちらかの出力を選択して出力する電圧選択手段と、前記電圧制御手段の前記出力端と前記電圧選択手段の出力端とを接続する容量素子とを備えることを特徴とする。 The current booster means of the regulator circuit of the present invention selects and outputs either the first voltage source having a predetermined output impedance or the second voltage source having a lower output impedance than the first voltage source. And a voltage element that connects the output terminal of the voltage control unit and the output terminal of the voltage selection unit.
本発明のレギュレータ回路の前記電圧選択手段は、前記出力電流が前記所定電流よりも小さい場合には前記第1電圧源の出力を選択し、前記出力電流が前記所定電流よりも大きい場合には前記第2電圧源の出力を選択することを特徴とする。 The voltage selection means of the regulator circuit of the present invention selects the output of the first voltage source when the output current is smaller than the predetermined current, and when the output current is larger than the predetermined current, The output of the second voltage source is selected.
本発明のレギュレータ回路の前記電圧選択手段は、前記第2電圧源を選択した状態から前記第1電圧源を選択した状態に変化した際に流れる電流が、前記電圧制御手段が流すことのできる最大電流値よりも小さくなるように前記第1電圧源の出カインピーダンスを設定したことを特徴とする。 The voltage selection means of the regulator circuit according to the present invention is configured such that the current that flows when the voltage control means flows when the second voltage source is changed to the state where the first voltage source is selected can flow. The output impedance of the first voltage source is set to be smaller than the current value.
本発明のレギュレータ回路は、前記電圧制御手段の出力電圧の絶対値に対して前記電圧選択手段の出力電圧の絶対値を相対的に低く設定したことを特徴とする。 The regulator circuit according to the present invention is characterized in that the absolute value of the output voltage of the voltage selection means is set relatively low with respect to the absolute value of the output voltage of the voltage control means.
本発明の電源回路は、CCD型固体撮像素子の垂直転送電極に印加する所定電圧を生成する電源回路において、入力電圧を該入力電圧より高電圧に昇圧するチャージポンプ回路と、該チャージポンプ回路の出力電圧を前記所定電圧に制御する上記のいずれかに記載のレギュレータ回路とを備えることを特徴とする。 The power supply circuit of the present invention includes a charge pump circuit that boosts an input voltage to a voltage higher than the input voltage in a power supply circuit that generates a predetermined voltage to be applied to a vertical transfer electrode of a CCD solid-state imaging device, The regulator circuit according to any one of the above, which controls an output voltage to the predetermined voltage.
本発明の撮像モジュールは、CCD型固体撮像素子と、該CCD型固体撮像素子の垂直転送電極に所定電圧を出力する上記記載の電源回路とを備えることを特徴とする。 An imaging module of the present invention includes a CCD solid-state imaging device and the above-described power supply circuit that outputs a predetermined voltage to a vertical transfer electrode of the CCD solid-state imaging device.
本発明によれば、電流供給能力の低いチャージポンプ回路とを組み合わせても、CCD型固体撮像素子の垂直転送電極を規定の振幅レベルで駆動することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to drive the vertical transfer electrode of the CCD solid-state imaging device at a specified amplitude level even in combination with a charge pump circuit having a low current supply capability.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の一実施形態に係るレギュレータ回路は、例えば、図6に示す撮像モジュールの電源8に設けられる図7のVHレギュレータ14,VLレギュレータ16の代わりに用いられる。本実施形態に係る図6,図7,図8の構成及び動作は上述した通りであるため、その説明は省略する。
The regulator circuit according to the embodiment of the present invention is used in place of, for example, the
図1は、本発明の一実施形態に係るVHレギュレータ114をDRV6及び撮像素子2に接続した回路図である。本実施形態のVHレギュレータ114は、図8に示す従来のVHレギュレータ14(電圧制御手段)の構成に付加回路を追加した構成になっている。このため、図8の回路素子と同一回路素子(誤差アンプ21、V/I変換トランジスタ22、ダイオード接続トランジスタ23、出カトランジスタ24、出力電圧を分圧するための抵抗25,26、電源バイパスコンデンサ27、出力端28)に同一符号を付して説明する。
FIG. 1 is a circuit diagram in which a
本実施形態のVHレギュレータ114は、電圧制御手段を構成する図8の従来構成に加え、モニタトランジスタ51と、定電流源(IlimH)52とを備える電流判定手段と、出力トランジスタ53と、スイッチトランジスタ54と、定電流源(Isink)55とを備える電圧選択手段と、容量素子であるカップリングコンデンサ56とが追加されている。電圧選択手段とカップリングコンデンサ56とで電圧ブースタ手段が構成される。
The
誤差アンプ21は、演算増幅器が用いられ、そのDC利得は40dB〜80dB程度である。また、抵抗25,26はその比が出力電圧VHを抵抗分圧し、誤差アンプ21の負入力に参照値(Vref)と同じ電圧を印加するように設定される。
As the
誤差アンプ21の出力は、V/I変換トランジスタ22とモニタトランジスタ51の各ゲートに接続され、V/I変換トランジスタ22とモニタトランジスタ51は、誤差アンプ21の出力電圧に応じて誤差電流値を増減する。
The output of the
V/I変換トランジスタ22による誤差電流値は、前段のチャージポンプ回路13(図7参照)の出力電圧VH0にソースが接続されたダイオード接続トランジスタ23に流れる。出カトランジスタ24は、ダイオード接続トランジスタ23とカレントミラーを構成し、ダイオード接続トランジスタ23と出力トランジスタ24のサイズ比により誤差電流値を電流増幅して、その電流を電源VH0から出力VH(出力端28)に流す。
The error current value due to the V /
V/I変換トランジスタ22に流れる電流は誤差電流値であるが、出力VHの出力電流と比例関係にあり、V/I変換トランジスタ22とゲート/ソース間電圧が同じであるモニタトランジスタ51を流れる電流は、出力VHからの出力電流の増減をモニタすることができる。
The current flowing through the V /
モニタトランジスタ51とそのドレイン(接続ノードXBTH)に接続された定電流源(IlimH)52とで構成される電流判定手段は、モニタトランジスタ51に流せる電流と定電流源(IlimH)52の電流との比較を行い、電流判定結果をノードXBTHの電位変化として出力する。 The current determination means composed of the monitor transistor 51 and the constant current source (IlimH) 52 connected to the drain (connection node XBTH) of the monitor transistor 51 and the current of the constant current source (IlimH) 52 The comparison is performed, and the current determination result is output as the potential change of the node XBTH.
定電流源(I1imH)52の電流よりもモニタトランジスタ51が流せる電流が小さい場合、ノードXBTHの電位は3V程度(VDDレベル)に上昇し、逆に定電流源(IlimH)52の電流よりもモニタトランジスタ51が流せる電流が大きい場合、ノードXBTHの電位はGNDレベルに降下する。定電流源(IlimH)52の電流値は、出力VHが定格電流値以上のときに、ノードXBTHの電位がVDDレベルからGNDレベルに変化するように設定される。 When the current that can be passed through the monitor transistor 51 is smaller than the current of the constant current source (I1imH) 52, the potential of the node XBTH rises to about 3V (VDD level), and conversely the monitor of the current of the constant current source (IlimH) 52 When the current that can be passed through the transistor 51 is large, the potential of the node XBTH drops to the GND level. The current value of the constant current source (IlimH) 52 is set so that the potential of the node XBTH changes from the VDD level to the GND level when the output VH is equal to or higher than the rated current value.
ノードXBTHは、電圧選択手段を構成する出カトランジスタ53とスイッチトランジスタ54の各ゲートに共通に接続される。出力トランジスタ53のソースは図7に示すVDDレギュレータ12の出力に接続され、ノードXBTHの電位がVDDレベルの場合には、出カトランジスタ53はカットオフしている。しかし、ノードXBTHの電位がVDDレベルから下がってくると、出カトランジスタ53は電源VDDからそのドレイン出力BTHとトランジスタ54に電流を流す。
The node XBTH is commonly connected to the gates of the
出力トランジスタ53が流せる電流は、ノードXBTHの電位レベルにより制御される。出力トランジスタ53は、電流供給能力を高くするためサイズが大きく設定されるが、VDD−GND間にて動作することで低耐圧の微細トランジスタにて構成でき、チップサイズは増大しない。また、電流供給能力の高いVDDレギュレータ12の出力を電源VDDとして用いているため、出力VHよりもはるかに大きい電流を流すことができる。
The current that can be passed through the
スイッチトランジスタ54のソースには定電流源(Isink)55が接続され、ノードXBTHがVDDレベルの場合にはスイッチトランジスタ54がONし、出力BTHからGNDに定電流源55の電流を流す。ノードXBTHの電位がGNDレベルの場合にはスイッチトランジスタ54がカットオフし、出力BTHからGNDに電流は流れない。定電流源(Isink)55の電流値は、定電流源(IlimH)52の電流値よりも小さく設定する。カップリングコンデンサ56は、出力VHと出力BTHとの間を接続する。
A constant current source (Isink) 55 is connected to the source of the
図2は、図1のVHレギュレータ114を用いた場合における垂直転送電極の読出動作時の波形図である。始めにDRV6はその出力TOを電圧VM(=0V)にし、撮像素子2のCvccdをVMレベルにする。このとき、図1に示すDRV6のトランジスタM1はOFFしているため、出力VHからCvccdに電流は流れない。出力VHは負帰還ループにより規定のVHレベルになっている。出力VHの負荷電流はほとんどないため、モニタトランジスタ51が流せる電流は、定電流源(IlimH)52の電流値よりも小さく、ノードXBTHはVDDレベルとなる。
FIG. 2 is a waveform diagram during the read operation of the vertical transfer electrode when the
ノードXBTHの電位がVDDレベルのため、出カトランジスタ53はカットオフしている。また、スイッチトランジスタ54はONし、定電流源55の電流を出力BTHからGND(第1電圧源)に流す。出力BTHの電位がGNDレベルより高い場合は、定電流源55により出力BTHの電位は徐々に低下し、やがてGNDレベルになると電流は流れなくなる。このときの出力VHはVHレベル(=+15V)となり、出力BTHはGNDレベル(=0V)となり、カップリングコンデンサ56は初期化される。
Since the potential of the node XBTH is at the VDD level, the
次に、出力TOは電圧VMから電圧VHに切り換えられる。DRV6のトランジスタMlがONし、出力VHとCvccdが低抵抗で接続され、CvccdをVHレベルに充電しようとする。VHレギュレータ114は、Cvccdを充電するために、出力端28から出力される電流は増加する。これにより、モニタトランジスタ51が流せる電流も増加し、定電流源52の電流値よりも大きくなり、ノードXBTHの電位はVDDレベルからGNDレベルの方向に低下する。
Next, the output TO is switched from the voltage VM to the voltage VH. The transistor Ml of the DRV6 is turned on, the outputs VH and Cvccd are connected with a low resistance, and Cvccd is to be charged to the VH level. Since the
ノードXBTHの電位レベルがGNDレベルの方向に低下すると、出カトランジスタ53がONし、電源VDD(第2電圧源)から出力BTHへ流れる電流が増大する。この電流は、カップリングコンデンサ56を通してCvccdを急速に充電する。
When the potential level of the node XBTH decreases in the direction of the GND level, the
Cvccdが充電され、出力VHがVHレベルに近くなると、出力VHからの出力電流は減少し、モニタトランジスタ51が流せる電流も減少し、定電流源(IlimH)52の電流値よりも小さくなり、ノードXBTHはGNDレベルからVDDレベルの方向に上昇する。すると、出カトランジスタ53により電源VDDから出力BTHへ流れる電流は減少し、出力VHがVHレベルになると、ノードXBTHはVDDレベルとなり、出力トランジスタ53はカットオフして電源VDDから出力VHに流れる電流は無くなる。
When Cvccd is charged and the output VH becomes close to the VH level, the output current from the output VH decreases, the current that the monitor transistor 51 can flow also decreases, and the current value of the constant current source (IlimH) 52 becomes smaller. XBTH rises from the GND level to the VDD level. Then, the current flowing from the power supply VDD to the output BTH by the
従って、出力VHは、規定のVHレベルまで高速に上昇するように制御され、DRV6の出力TOは規定のVHレベルとなる。出力BTHレベルは、Cvccdに充電した分、GNDレベルからVDDレベルの方向に上昇しているが、ノードXBTHがVDDレベルとなるため、スイッチトランジスタ54はONして出力BTHからGNDに定電流源(Isink)55により定電流が流れ、出力BTHレベルを徐々にGNDレベルにする。
Therefore, the output VH is controlled so as to rise at a high speed to the prescribed VH level, and the output TO of the
この電流は出力VHから供給されるが、定電流源(Isink)55の電流値は、定電流源(IlimH)52の電流値よりも小さく設定されているため、モニタトランジスタ51が流せる電流は、定電流源(IlimH)52の電流値よりも小さく、ノードXBTHはVDDレベルとなる。従って、出カトランジスタ53がONすることはない。
Although this current is supplied from the output VH, the current value of the constant current source (Isink) 55 is set smaller than the current value of the constant current source (IlimH) 52. It is smaller than the current value of the constant current source (IlimH) 52, and the node XBTH is at the VDD level. Therefore, the
出力BTHは、次の電荷読出動作時までにGNDレベルにすればよいので、Isinkの電流供給能力は低くても問題はない。カップリングコンデンサ56の容量値は、Cvccdに充電したとき、出力BTHが、VDDレベルに達しないような値に設定される。
Since the output BTH may be set to the GND level before the next charge reading operation, there is no problem even if the current supply capability of Isink is low. The capacitance value of the
本実施形態のVHレギュレータ回路114は、電源8でチャージポンプ回路13と共に使用されても、撮像素子2の垂直転送電極を、規定の振幅レベルにて駆動することが可能となる。
Even if the
また、本実施形態のVHレギュレータ回路114は、トランジスタ53,54でなる電圧選択手段がVDD電源(第2電圧源)を選択した状態からGND(第1電圧源)を選択した状態に変化した際に流れる電流が、電圧制御手段が流すことのできる最大電流値よりも小さくなるように第1電圧源の出カインピーダンスを設定したため(即ち、定電流源55が流せる電流を小さく設定したため)、また、電圧制御手段の出力電圧の絶対値(上記例ではVH=+15V)に対して電圧選択手段の出力電圧の絶対値(上記例ではVDD=3V)を相対的に低く設定したため、規定の振幅レベルを更に安定に保つことができる。
In addition, the
図3は、本発明の一実施形態に係るVLレギュレータ116をDRV6及び撮像素子2に接続した回路図である。本実施形態のVLレギュレータ116は、図9に示す従来のVLレギュレータ16(電圧制御手段)の構成に付加回路を追加した構成になっている。このため、図9の回路素子と同一回路素子(誤差アンプ31、V/I変換トランジスタ32、ダイオード接続トランジスタ33、出カトランジスタ34、出力電圧を分圧するための抵抗35,36、電源バイパスコンデンサ37、出力端38)に同一符号を付して説明する。
FIG. 3 is a circuit diagram in which the
本実施形態のVLレギュレータ116は、電圧制御手段を構成する図9の従来構成に加え、電流判定手段を構成するモニタトランジスタ61及び定電流源(IlimL)62と、電圧選択手段を構成する出カトランジスタ63,スイッチトランジスタ64,定電流源(Isource)65と、容量素子であるカップリングコンデンサ66が追加されている。電圧選択手段とカップリングコンデンサ66とで電圧ブースタ手段が構成される。
The
誤差アンプ31は、演算増幅器が用いられ、そのDC利得は40dB〜80dB程度である。また、抵抗35,36はその比が出力電圧VLを抵抗分圧し、誤差アンプ31の負入力に参照電圧(Vref)と同じ電圧を印加するように設定される。
As the
誤差アンプ31の出力は、V/I変換トランジスタ32とモニタトランジスタ61の各ゲートに接続され、V/I変換トランジスタ32とモニタトランジスタ61は、誤差アンプ31の出力電圧に応じて誤差電流値を増減する。
The output of the
V/I変換トランジスタ32による誤差電流値は、図7のチャージポンプ回路15から出力される電圧VL0にソースが接続されたダイオード接続トランジスタ33に流れる。出カトランジスタ34は、ダイオード接続トランジスタ33とカレントミラーを構成し、ダイオード接続トランジスタ33と出カトランジスタ34のサイズ比により誤差電流値を電流増幅して、その電流を出力VLから電源VL0へと流す。
The error current value by the V /
V/I変換トランジスタ32に流れる電流は誤差電流値であるが、出力VLの出力電流と比例関係にあり、V/I変換トランジスタ32とゲート/ソース間電圧が同じであるモニタトランジスタ61は、出力VLからの出力電流の増減をモニタすることができる。
The current flowing through the V /
モニタトランジスタ61のドレインに接続されるノードXBTLには、定電流源(IlimL)62が接続されている。モニタトランジスタ61に流れる電流と定電流源62の電流との比較が行われ、定電流源62の電流よりもモニタトランジスタ61が流せる電流が小さい場合には、ノードXBTLはVDDレベルからGNDレベルの方向に降下する。
A constant current source (IlimL) 62 is connected to the node XBTL connected to the drain of the
逆に、定電流源62の電流よりもモニタトランジスタ61が流せる電流が大きい場合には、ノードXBTLはGNDレベルからVDDレベルの方向に上昇する。定電流源62の電流値は、出力VLが定格電流値以上のときにノードXBTLがGNDレベルからVDDレベルの方向に変化するように設定される。
Conversely, when the current that can be passed through the
ノードXBTLは、出カトランジスタ63とスイッチトランジスタ64の夫々のゲートに接続される。出カトランジスタ63のソースはGNDに接続され、ノードXBTLの電位がGNDレベルの場合は、出力トランジスタ63はカットオフされる。ノードXBTLの電位がGNDレベルから上がっていくと、出カトランジスタ63のドレインに接続された出力BTLからGNDに電流を流す。
Node XBTL is connected to the gates of
出カトランジスタ63が流せる電流はノードXBTLの電位レベルにより制御できる。出力トランジスタ63は、電流供給能力を高くするためサイズが大きく設定されるが、VDD−GND間にて動作することで低耐圧の微細トランジスタにて構成でき、チップサイズは増大しない。
The current that can flow through the
また、出力トランジスタ63はGNDに電流を流すため、出力VLよりもはるかに大きい電流を流すことができる。スイッチトランジスタ64のソースには電流源65が接続され、ノードXBTLの電位がGNDレベルの場合、スイッチトランジスタ64がONして電源VDDから出力BTLに電流を流す。ノードXBTLの電位がVDDレベルの場合は、スイッチトランジスタ64がカットオフして電源VDDから出力BTLに電流は流れない。
Further, since the
定電流源65の電流値は、定電流源62の電流値よりも小さく設定する。カップリングコンデンサ66は、出力VLと出力BTLとの間を接続する。
The current value of the constant
図4は、図3のVLレギュレータ116を用いた場合における垂直転送電極の転送動作時の波形図である。始めにDRV6は出力TOを電圧VMにし、撮像素子2のCvccdをVMレベルにする。このとき、図3に示すDRV6のトランジスタM2はOFFしているため、Cvccdから出力VL(出力端38)へ電流は流れない。
FIG. 4 is a waveform diagram during the transfer operation of the vertical transfer electrode when the
出力VLは負帰還ループにより規定のVLレベルになっている。出力VLの負荷電流はほとんどないため、モニタトランジスタ61が流せる電流は、定電流源62の電流値よりも小さく、ノードXBTLの電位はGNDレベルとなる。ノードXBTLの電位はGNDレベルのため、出力トランジスタ63はカットオフしている。また、スイッチトランジスタ64はONし、電流源65は電源VDDから出力BTLに電流を流す。
The output VL is at a specified VL level by a negative feedback loop. Since there is almost no load current of the output VL, the current that the
出力BTLの電位がVDDレベルより低い場合には、定電流源65により、出力BTLは徐々に上昇し、やがてVDDレベルになると電流は流れなくなる。このときの出力VLはVLレベル(=−8V)となり、出力BTLはVDDレベル(=3V)となり、カップリングコンデンサ66は初期化される。
When the potential of the output BTL is lower than the VDD level, the output BTL gradually rises by the constant
次に、出力TOは電圧VM(=0V)から電圧VL(=−8V)に切り換えられる。DRV6のトランジスタM2がONし、出力VLとCvccdが低抵抗で接続され、CvccdをVLレベルに充電しようとする。VLレギュレータ116は、Cvccdを充電するために、出力VLから電源VL0に流れる電流は増加する。
Next, the output TO is switched from the voltage VM (= 0V) to the voltage VL (= −8V). The transistor M2 of the DRV6 is turned on, the outputs VL and Cvccd are connected with a low resistance, and an attempt is made to charge Cvccd to the VL level. Since the
これにより、モニタトランジスタ61が流せる電流も増加し、定電流源62の電流値よりも大きくなり、ノードXBTLの電位はGNDレベルからVDDレベルの方向に上昇する。すると出カトランジスタ63がONし、出力BTLからGNDへ流れる電流が増大する。この電流は、カップリングコンデンサ66を通してCvccdを急速に充電する。
As a result, the current that can be passed through the
Cvccdが充電され、出力VLがVLレベルに近くなると、出力VLから電源VL0に流れる電流は減少し、モニタトランジスタ61が流せる電流も減少し、定電流源62の電流値よりも小さくなり、ノードXBTLの電位はVDDレベルからGNDレベルの方向に低下する。すると出力トランジスタ63により出力BTLからGNDへ流れる電流は減少する。
When Cvccd is charged and the output VL becomes close to the VL level, the current flowing from the output VL to the power supply VL0 decreases, the current that the
出力VLがVLレベルになると、ノードXBTLの電位はGNDレベルとなり、出力トランジスタ63はカットオフし、出力BTLからGNDへ流れる電流は無くなる。従って、出力VLは、規定のVLレベルまで高速に低下するように制御され、DVR6の出力TOは規定のVLレベルとなる。
When the output VL becomes VL level, the potential of the node XBTL becomes GND level, the
出力BTLの電位レベルは、Cvccdを充電した分、VDDレベルからGNDレベルの方向に低下しているが、ノードXBTLの電位がGNDレベルとなるため、スイッチトランジスタ64はONし、定電流源65により電源VDDから出力BTLに電流が流れ、出力BTLの電位レベルは徐々にVDDレベルになる。
Although the potential level of the output BTL has decreased from the VDD level to the GND level as much as Cvccd is charged, the potential of the node XBTL becomes the GND level, so that the
この電流は、出力VLから電源VL0に流れるが、定電流源65の電流値は、定電流源62の電流値よりも小さく設定されているため、モニタトランジスタ61が流せる電流は、定電流源62の電流値よりも小さく、ノードXBTLの電位はGNDレベルとなる。
This current flows from the output VL to the power supply VL0. However, since the current value of the constant
従って、出カトランジスタ63がONすることはない。出力BTLの電位は、次の転送動作時までにVDDレベルにすればよいので、Isourceの電流供給能力は低くても問題はない。カップリングコンデンサ66の容量値は、Cvccdを充電したとき、出力BTLの電位がGNDレベルに達しないような値に設定される。
Therefore, the
以上の様に、本実施形態のレギュレータ回路116であれば、電源8でチャージポンプ回路15と共に使用されても、撮像素子2の垂直転送電極を、規定の振幅レベルにて駆動することが可能となる。
As described above, the
図5は、上述した実施形態に係るレギュレータ回路を用い、固体撮像素子2の垂直転送電極をスミア電荷掃き出しのために高速駆動したときの波形図である。この場合、カップリングコンデンサ66の容量値を大きく設定しておくのが良い。
FIG. 5 is a waveform diagram when the regulator circuit according to the above-described embodiment is used and the vertical transfer electrode of the solid-
始めにDRV6は出力TOを電圧VMにし、撮像素子2のCvccdをVMレベル(=0V)にする。このとき、DRV6のトランジスタM2はOFFしているため、Cvccdから出力VLへ電流は流れない。出力VLは負帰還ループにより規定のVLレベル(=−8V)になっている。出力VLの負荷電流はほとんどないため、モニタトランジスタ61が流せる電流は、定電流源62の電流値よりも小さく、ノードXBTLの電位はGNDレベル(=0V)となる。
First, the
ノードXBTLの電位がGNDレベルのため、出カトランジスタ63はカットオフしている。また、スイッチトランジスタ64はONし、定電流源65により、電源VDDから出力BTLに電流が流れる。出力BTLの電位がVDDレベルより低い場合には、定電流源65により、出力BTLの電位は徐々に上昇し、やがてVDDレベルになると電流は流れなくなる。このときの出力VLの電位はVLレベル(=−8V)となり、出力BTLの電位はVDDレベル(3V程度)となり、カップリングコンデンサ66は初期化される。
Since the potential of the node XBTL is at the GND level, the
次に、DRV6の出力TOは電圧VMから電圧VLに切り換えられる。DRV6のトランジスタM2がONし、出力VLとCvccdが低抵抗で接続され、CvccdをVLレベルに充電しようとする。
Next, the output TO of the
VLレギュレータ116は、Cvccdを充電するために、出力VLから電源VL0に流れる電流は増加する。すると、モニタトランジスタ61が流せる電流も増加し、定電流源62の電流値よりも大きくなり、ノードXBTLの電位はGNDレベルからVDDレベルの方向に上昇する。これにより、出力トランジスタ63がONし、出力BTLからGNDへ流れる電流が増大する。
Since the
この電流は、カップリングコンデンサ66を通してCvccdを急速に充電する。Cvccdが充電され、出力VLがVLレベルに近くなると、出力VLから電源VL0に流れる電流は減少し、モニタトランジスタ61が流せる電流も減少し、定電流源62の電流値よりも小さくなり、ノードXBTLの電位はVDDレベルからGNDレベルの方向に低下する。すると、出カトランジスタ63により、出力BTLからGNDへ流れる電流は減少する。出力VLがVLレベルになると、ノードXBTLの電位はGNDレベルとなり、出カトランジスタ63はカットオフし、出力BTLからGNDへ流れる電流は無くなる。
This current rapidly charges Cvccd through the
従って、出力VLは、規定のVLレベルまで高速に低下するように制御され、DVR6の出力TOは規定のVLレベルとなる。出力BTLの電位レベルは、Cvccdを充電した分、VDDレベルからGNDレベルの方向に低下するが、この場合、カップリングコンデンサ66の容量値が大きいと、出力BTLの電位レベルの低下はわずかで、図4に示したBTL波形のように大きく低下することはない。
Accordingly, the output VL is controlled so as to rapidly decrease to the prescribed VL level, and the output TO of the
また、ノードXBTLの電位がGNDレベルとなるため、スイッチトランジスタ64はONし、電源VDDから出力BTLに、定電流源65により定電流が流れ、出力BTLの電位をVDDレベルの方向にしようとする。この電流は、出力VLから電源VL0に流れるが、定電流源65の電流値は、定電流源62の電流値よりも小さく設定されているため、モニタトランジスタ61が流せる電流は、定電流源62の電流値よりも小さく、ノードXBTLの電位はGNDレベルになる。
Further, since the potential of the node XBTL becomes the GND level, the
従って、出カトランジスタ63がONすることはない。しかし、高速掃き出しを行う駆動周波数は高いため、すぐに次の出力TO変化となり、またカップリングコンデンサ66の容量値を大きくしているため、出力BTLの電位をほとんど上昇させることができない。従って、高速掃き出し期間は、出力BTLの電位レベルがGNDレベルに近づいていくため、高速掃き出しが終了するまでに出力BTLの電位がGNDレベルにならないように、カップリングコンデンサ66の容量値を大きくしておく。
Therefore, the
高速掃き出しが終了して通常の電荷転送になると、駆動周波数が低下する。出力BTLは、Cvccdの充電による低下よりも、定電流源65による電流で上昇する方が大きくなる。電荷転送期間は、高速掃き出しの期間に比べはるかに長いため、出力BTLの電位は最終的にVDDレベルとなる。従って、次の高速掃き出しまでに、出力BTLをVDDレベルにすればよいので、Isourceの電流供給能力は低くても問題がない。
When high-speed sweeping is completed and normal charge transfer is performed, the driving frequency is lowered. The output BTL increases with the current from the constant
以上の様に、チャージポンプ回路とレギュレータ回路とを組み合わせた電源を使用する場合でも、上述した実施形態に係るVLレギュレータ116を用いれば、規定の振幅レベルにて垂直転送電極を高速掃き出し駆動することが可能となる。
As described above, even when a power source combining a charge pump circuit and a regulator circuit is used, if the
本発明に係るレギュレータ回路は、出力電圧を規定の振幅レベルに維持することができるため、例えばCCD型固体撮像素子の垂直転送電極の駆動回路に用いると有用である。 Since the regulator circuit according to the present invention can maintain the output voltage at a specified amplitude level, the regulator circuit is useful, for example, for a drive circuit for a vertical transfer electrode of a CCD type solid-state imaging device.
2 CCD型固体撮像素子(CCD)
6 ドライブ回路(DRV)
8 電源(PWR)
13,15 チャージポンプ回路
14,114 高電圧(VH)レギュレータ回路
16,116 低電圧(VL)レギュレータ回路
21,31 誤差アンプ
22,32 V/I変換トランジスタ
23,33 ダイオード接続トランジスタ
24,34,53,63 出力トランジスタ
25,26,35,36 分圧用の抵抗
28 出力端子
51,61 モニタトランジスタ
52,55,62,65 定電流源
54,64 スイッチトランジスタ
56,66 カップリングコンデンサ(容量素子)
2 CCD type solid-state imaging device (CCD)
6 Drive circuit (DRV)
8 Power supply (PWR)
13, 15
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