JP2020173691A - Semiconductor apparatus, photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion system, and mobile body - Google Patents

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大介 吉田
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晃平 松本
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Abstract

To provide a semiconductor apparatus in which characteristic change resulting from an external force is reduced.SOLUTION: A semiconductor apparatus according to the present invention has: a first transistor of a first conductive type; a second transistor of a second conductive type different from the first conductive type; and an output terminal for outputting a third current obtained by adding a first current generated based on a current flowing among main electrodes of the first transistor and a second current generated based on a current among main electrodes of the second transistor.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体装置、光電変換装置、光電変換システム及び移動体に関する。 The present invention relates to semiconductor devices, photoelectric conversion devices, photoelectric conversion systems and mobile bodies.

特許文献1には、行列状に配置された複数の画素と、列ごとに設けられた垂直信号線と、垂直信号線に対応して列ごとに設けられた負荷トランジスタとを有する固体撮像装置が開示されている。各列の負荷トランジスタと基準トランジスタとは、カレントミラー回路を構成している。 Patent Document 1 describes a solid-state image sensor having a plurality of pixels arranged in a matrix, vertical signal lines provided for each row, and load transistors provided for each row corresponding to the vertical signal lines. It is disclosed. The load transistor and the reference transistor in each row form a current mirror circuit.

非特許文献1には、トランジスタが応力を受けた場合にトランジスタの電気特性が変化することが開示されている。また、非特許文献1には、NチャネルMOSトランジスタとPチャネルMOSトランジスタとでは応力に対する特性変化の傾向が逆であることが開示されている。 Non-Patent Document 1 discloses that the electrical characteristics of a transistor change when the transistor is stressed. Further, Non-Patent Document 1 discloses that the tendency of the characteristic change with respect to stress is opposite between the N-channel MOS transistor and the P-channel MOS transistor.

特開2011−61270号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-61270

平本俊郎 他著,「集積ナノデバイス」,丸善株式会社,2009年11月,p.96Toshiro Hiramoto et al., "Integrated Nanodevices", Maruzen Co., Ltd., November 2009, p.96

半導体基板に外力が印加されると、半導体基板に形成されているトランジスタの特性が変化する場合がある。そこで本発明は、外力に起因する特性変化が低減された半導体装置、光電変換装置、光電変換システム及び移動体を提供することを目的とする。 When an external force is applied to the semiconductor substrate, the characteristics of the transistors formed on the semiconductor substrate may change. Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device, a photoelectric conversion device, a photoelectric conversion system, and a moving body in which characteristic changes due to external forces are reduced.

本発明の一観点によれば、第1導電型の第1トランジスタと、前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2トランジスタと、前記第1トランジスタの主電極間を流れる電流に基づいて生成される第1電流と、前記第2トランジスタの主電極間を流れる電流に基づいて生成される第2電流とが加算された第3電流を出力する出力端子と、を有することを特徴とする半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, it is based on the current flowing between the first conductive type first transistor, the second conductive type second transistor different from the first conductive type, and the main electrode of the first transistor. It is characterized by having an output terminal for outputting a third current, which is the sum of a first current generated by the above and a second current generated based on a current flowing between the main electrodes of the second transistor. A semiconductor device is provided.

本発明によれば、外力に起因する特性変化が低減された半導体装置、光電変換装置、光電変換システム及び移動体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor device, a photoelectric conversion device, a photoelectric conversion system, and a mobile body in which a characteristic change due to an external force is reduced.

第1実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the schematic structure of the image pickup apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る画素の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the pixel which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係る撮像装置の動作を示すタイミング図である。It is a timing diagram which shows the operation of the image pickup apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態の電流源回路の変形例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the modification of the current source circuit of 3rd Embodiment. 第4実施形態に係る撮像システムの構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the imaging system which concerns on 4th Embodiment. 第5実施形態に係る撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the image pickup system and the moving body which concerns on 5th Embodiment.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。複数の図面にわたって同一の要素又は対応する要素には共通の符号が付されており、その説明は省略又は簡略化されることがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same element or the corresponding element has a common reference numeral across a plurality of drawings, and the description thereof may be omitted or simplified.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。本実施形態の半導体装置は、他の回路に電流を供給するための電流供給回路である。本実施形態の半導体装置は、例えば、撮像装置等の光電変換装置の読み出しのための電流源として用いられ得るが、これに限られない。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to the first embodiment. The semiconductor device of this embodiment is a current supply circuit for supplying a current to another circuit. The semiconductor device of the present embodiment can be used, for example, as a current source for reading a photoelectric conversion device such as an image pickup device, but the present invention is not limited to this.

半導体装置は、バイアス生成部110、基準電流生成部120及び電流供給部141、142を有する。これらの各部は、半導体基板に形成される。図1では、2つの電流供給部141、142が図示されているが、電流供給部の個数は、特に限定されるものではなく、例えば、1つであってもよく、3つ以上であってもよい。また、基準電流生成部120の個数が複数であってもよい。 The semiconductor device has a bias generation unit 110, a reference current generation unit 120, and current supply units 141 and 142. Each of these parts is formed on a semiconductor substrate. In FIG. 1, two current supply units 141 and 142 are shown, but the number of current supply units is not particularly limited, and may be, for example, one or three or more. May be good. Further, the number of reference current generation units 120 may be plural.

バイアス生成部110は、トランジスタPM1、NM1、NM2及び定電流源ISを有する。基準電流生成部120は、トランジスタPM2、NM3、キャパシタC1及びスイッチS1を有する。電流供給部141は、トランジスタNM4、NM5、キャパシタC2及びスイッチS2を有する。電流供給部142は、トランジスタNM6、NM7、キャパシタC3及びスイッチS3を有する。なお、各トランジスタの説明において、ソース又はドレインは主電極と呼ばれることがあり、ゲートは制御電極と呼ばれることがある。 The bias generation unit 110 includes transistors PM1, NM1, NM2, and a constant current source IS. The reference current generation unit 120 includes transistors PM2, NM3, a capacitor C1 and a switch S1. The current supply unit 141 includes transistors NM4, NM5, a capacitor C2, and a switch S2. The current supply unit 142 includes transistors NM6, NM7, a capacitor C3, and a switch S3. In the description of each transistor, the source or drain may be referred to as a main electrode, and the gate may be referred to as a control electrode.

トランジスタPM1、PM2は、PチャネルMOSトランジスタであり、トランジスタNM1、NM2、NM3、NM4、NM5、NM6、NM7は、NチャネルMOSトランジスタである。本明細書において、PチャネルMOSトランジスタは、第1導電型のトランジスタと呼ばれることがあり、NチャネルMOSトランジスタは、第2導電型のトランジスタと呼ばれることがある。スイッチS1、S2、S3は、MOSトランジスタ等により構成される。スイッチS1、S2、S3は、例えば、半導体装置の外部の制御装置からの制御信号によりオン又はオフに制御される。 The transistors PM1 and PM2 are P-channel MOS transistors, and the transistors NM1, NM2, NM3, NM4, NM5, NM6, and NM7 are N-channel MOS transistors. In the present specification, the P-channel MOS transistor may be referred to as a first conductive type transistor, and the N-channel MOS transistor may be referred to as a second conductive type transistor. The switches S1, S2, and S3 are composed of a MOS transistor and the like. The switches S1, S2, and S3 are controlled on or off by, for example, a control signal from a control device external to the semiconductor device.

トランジスタNM1のドレインは定電流源ISに接続されている。トランジスタNM1のドレインと定電流源ISとの接続ノードは、トランジスタNM1、NM2のゲート及びスイッチS2、S3の一方の端子に接続されている。トランジスタNM1のソース及びトランジスタNM2のソースは、接地電位線に接続されている。トランジスタNM2のドレインは、トランジスタPM1のドレイン及びゲートに接続されている。トランジスタPM1のソースは、電源電位線に接続されている。トランジスタNM1及びトランジスタNM2は、カレントミラー回路を構成している。したがって、定電流源ISからトランジスタNM1に流れる電流は、カレントミラー回路によって複製される。複製された電流は、トランジスタPM1の主電極間及びトランジスタNM2の主電極間を流れる。 The drain of the transistor NM1 is connected to the constant current source IS. The connection node between the drain of the transistor NM1 and the constant current source IS is connected to the gate of the transistors NM1 and NM2 and one terminal of the switches S2 and S3. The source of the transistor NM1 and the source of the transistor NM2 are connected to the ground potential line. The drain of the transistor NM2 is connected to the drain and the gate of the transistor PM1. The source of the transistor PM1 is connected to the power potential line. The transistor NM1 and the transistor NM2 form a current mirror circuit. Therefore, the current flowing from the constant current source IS to the transistor NM1 is duplicated by the current mirror circuit. The replicated current flows between the main electrodes of the transistor PM1 and between the main electrodes of the transistor NM2.

トランジスタPM1のゲートは、スイッチS1の一方の端子に接続されている。スイッチS1の他方の端子は、トランジスタPM2(第1トランジスタ)のゲート及びキャパシタC1の一方の端子に接続されている。キャパシタC1の他方の端子及びトランジスタPM2のソースは、電源電位線に接続されている。トランジスタPM2のドレインは、トランジスタNM3のドレイン及びゲート、並びにトランジスタNM5、NM7のゲートに接続されている。トランジスタNM3、NM5、NM7のソースは接地電位線に接続されている。トランジスタNM3(第3トランジスタ)と、トランジスタNM5(第4トランジスタ)と、トランジスタNM7とはカレントミラー回路を構成している。したがって、トランジスタNM3の主電極間を流れる電流は、カレントミラー回路によってトランジスタNM5とトランジスタNM7のそれぞれに対して複製される。複製された電流は、トランジスタNM5の主電極間及びトランジスタNM7の主電極間を流れる。 The gate of the transistor PM1 is connected to one terminal of the switch S1. The other terminal of the switch S1 is connected to the gate of the transistor PM2 (first transistor) and one terminal of the capacitor C1. The other terminal of the capacitor C1 and the source of the transistor PM2 are connected to the power potential line. The drain of the transistor PM2 is connected to the drain and the gate of the transistor NM3 and the gate of the transistors NM5 and NM7. The sources of the transistors NM3, NM5, and NM7 are connected to the ground potential line. The transistor NM3 (third transistor), the transistor NM5 (fourth transistor), and the transistor NM7 form a current mirror circuit. Therefore, the current flowing between the main electrodes of the transistor NM3 is replicated to each of the transistor NM5 and the transistor NM7 by the current mirror circuit. The replicated current flows between the main electrodes of the transistor NM5 and between the main electrodes of the transistor NM7.

スイッチS2の他方の端子は、トランジスタNM4(第2トランジスタ)のゲート及びキャパシタC2の一方の端子に接続されている。トランジスタNM4のソース及びキャパシタC2の他方の端子は、接地電位線に接続されている。トランジスタNM5のソースは、接地電位線に接続されている。トランジスタNM4のドレインとトランジスタNM5のドレインとは、ノードN1において接続されている。 The other terminal of the switch S2 is connected to the gate of the transistor NM4 (second transistor) and one terminal of the capacitor C2. The source of the transistor NM4 and the other terminal of the capacitor C2 are connected to the ground potential line. The source of the transistor NM5 is connected to the ground potential line. The drain of the transistor NM4 and the drain of the transistor NM5 are connected at the node N1.

スイッチS3の他方の端子は、トランジスタNM6のゲート及びキャパシタC3の一方の端子に接続されている。トランジスタNM6のソース及びキャパシタC3の他方の端子は、接地電位線に接続されている。トランジスタNM7のソースは、接地電位線に接続されている。トランジスタNM6のドレインとトランジスタNM7のドレインとは、ノードN2において接続されている。 The other terminal of the switch S3 is connected to the gate of the transistor NM6 and one terminal of the capacitor C3. The source of the transistor NM6 and the other terminal of the capacitor C3 are connected to the ground potential line. The source of the transistor NM7 is connected to the ground potential line. The drain of the transistor NM6 and the drain of the transistor NM7 are connected at the node N2.

スイッチS1及びキャパシタC1は、トランジスタPM2のゲート電圧を保持するサンプルホールド回路(第1サンプルホールド回路)を構成している。スイッチS2及びキャパシタC2は、トランジスタNM4のゲート電圧を保持するサンプルホールド回路(第2サンプルホールド回路)を構成している。スイッチS3及びキャパシタC3は、トランジスタNM6のゲート電圧を保持するサンプルホールド回路を構成している。 The switch S1 and the capacitor C1 form a sample hold circuit (first sample hold circuit) that holds the gate voltage of the transistor PM2. The switch S2 and the capacitor C2 form a sample hold circuit (second sample hold circuit) for holding the gate voltage of the transistor NM4. The switch S3 and the capacitor C3 form a sample hold circuit for holding the gate voltage of the transistor NM6.

本実施形態の半導体装置は、スイッチS1、S2、S3がいずれもオンであるサンプリング状態と、スイッチS1、S2、S3がいずれもオフであるホールド状態とにより動作可能である。ホールド状態においては、サンプリング状態のときのゲート電圧がキャパシタC1、C2、C3に保持されている。 The semiconductor device of the present embodiment can be operated by a sampling state in which the switches S1, S2, and S3 are all on and a hold state in which the switches S1, S2, and S3 are all off. In the hold state, the gate voltage in the sampling state is held in the capacitors C1, C2, and C3.

まず、サンプリング状態における半導体装置の動作について説明する。サンプリング状態においては、スイッチS1がオンであるため、トランジスタPM1のゲート、トランジスタPM1のドレイン及びトランジスタPM2のゲートが接続される。これにより、トランジスタPM1及びトランジスタPM2は、カレントミラー回路を構成する。したがって、トランジスタPM1の主電極間を流れる電流は、カレントミラー回路によって複製される。複製された電流は、トランジスタPM2の主電極間及びトランジスタNM3の主電極間を流れる。 First, the operation of the semiconductor device in the sampling state will be described. In the sampling state, since the switch S1 is on, the gate of the transistor PM1, the drain of the transistor PM1 and the gate of the transistor PM2 are connected. As a result, the transistor PM1 and the transistor PM2 form a current mirror circuit. Therefore, the current flowing between the main electrodes of the transistor PM1 is duplicated by the current mirror circuit. The replicated current flows between the main electrodes of the transistor PM2 and between the main electrodes of the transistor NM3.

また、サンプリング状態においては、スイッチS2、S3もオンである。そのため、トランジスタNM1、NM4、NM6のゲート及びトランジスタNM1のドレインが接続される。これにより、トランジスタNM1と、トランジスタNM4と、トランジスタNM6とは、カレントミラー回路を構成する。したがって、トランジスタNM1の主電極間を流れる電流は、カレントミラー回路によって複製される。複製された電流は、トランジスタNM4の主電極間及びトランジスタNM6の主電極間をそれぞれ流れる。 Further, in the sampling state, the switches S2 and S3 are also on. Therefore, the gate of the transistors NM1, NM4 and NM6 and the drain of the transistor NM1 are connected. As a result, the transistor NM1, the transistor NM4, and the transistor NM6 form a current mirror circuit. Therefore, the current flowing between the main electrodes of the transistor NM1 is duplicated by the current mirror circuit. The replicated current flows between the main electrodes of the transistor NM4 and between the main electrodes of the transistor NM6, respectively.

サンプリング状態においてキャパシタC1、C2、C3に対応するトランジスタのゲート電圧が充電されたあと、スイッチS1、S2、S3はいずれもオフになる。これにより、半導体装置は、ホールド状態に移行する。このとき、トランジスタPM2、NM4、NM6の主電極間には、それぞれ、サンプリング状態においてキャパシタC1、C2、C3に保持されたゲート電圧に応じた電流が流れる。 After the gate voltage of the transistor corresponding to the capacitors C1, C2, and C3 is charged in the sampling state, the switches S1, S2, and S3 are all turned off. As a result, the semiconductor device shifts to the hold state. At this time, a current corresponding to the gate voltage held in the capacitors C1, C2, and C3 in the sampling state flows between the main electrodes of the transistors PM2, NM4, and NM6, respectively.

ノードN1に流れ込む電流をI1(第3電流)、トランジスタNM4の主電極間を流れる電流をI1a(第2電流)、トランジスタNM5の主電極間を流れる電流をI1b(第1電流)とすると、これらの電流間には式(1)の関係がある。
I1=I1a+I1b (1)
Assuming that the current flowing into the node N1 is I1 (third current), the current flowing between the main electrodes of the transistor NM4 is I1a (second current), and the current flowing between the main electrodes of the transistor NM5 is I1b (first current). There is a relationship of Eq. (1) between the currents of.
I1 = I1a + I1b (1)

また、ノードN2に流れ込む電流をI2、トランジスタNM6の主電極間を流れる電流をI2a、トランジスタNM7の主電極間を流れる電流をI2bとすると、これらの電流間には式(2)の関係がある。
I2=I2a+I2b (2)
Further, assuming that the current flowing into the node N2 is I2, the current flowing between the main electrodes of the transistor NM6 is I2a, and the current flowing between the main electrodes of the transistor NM7 is I2b, there is a relationship of the equation (2) between these currents. ..
I2 = I2a + I2b (2)

ノードN1、N2は、半導体装置の外部の回路に接続されている。言い換えると、ノードN1、N2は、外部の回路に電流I1、I2をそれぞれ供給するよう構成された、電流供給部141、142の出力端子である。このように、本実施形態の半導体装置は、複数の電流を出力可能である。例えば、本実施形態の半導体装置が撮像装置の読み出し回路である場合には、ノードN1、N2は、撮像装置内の画素の出力端子に接続される。 The nodes N1 and N2 are connected to a circuit outside the semiconductor device. In other words, the nodes N1 and N2 are output terminals of the current supply units 141 and 142 configured to supply the currents I1 and I2 to the external circuit, respectively. As described above, the semiconductor device of the present embodiment can output a plurality of currents. For example, when the semiconductor device of the present embodiment is a readout circuit of the image pickup device, the nodes N1 and N2 are connected to the output terminals of the pixels in the image pickup device.

本実施形態の半導体装置の効果について説明する。半導体装置が形成されている半導体基板に外力が印加されると、半導体装置に形成されているトランジスタの特性が変化する場合がある。この特性変化の原因として、電子移動度又は正孔移動度の変化が挙げられる。 The effect of the semiconductor device of this embodiment will be described. When an external force is applied to the semiconductor substrate on which the semiconductor device is formed, the characteristics of the transistor formed in the semiconductor device may change. The cause of this characteristic change is a change in electron mobility or hole mobility.

あるトランジスタが飽和状態である場合、そのトランジスタの主電極間を流れる電流Iの一時近似は、移動度をμ、ゲート電圧をVg、しきい値電圧をVth、ゲート容量をCox、チャネル長をL、チャネル幅をWとしたとき、式(3)で表される。
I=(μ・Cox/2)・(W/L)・(Vg−Vth)^2 (3)
When a transistor is saturated, the temporary approximation of the current I flowing between the main electrodes of that transistor is that the mobility is μ, the gate voltage is Vg, the threshold voltage is Vth, the gate capacitance is Cox, and the channel length is L. , When the channel width is W, it is expressed by the equation (3).
I = (μ ・ Cox / 2) ・ (W / L) ・ (Vg-Vth) ^ 2 (3)

式(3)より、ゲート電圧Vgが一定であれば、半導体装置に外力が印加されて移動度μが変化したとき、電流Iは移動度μの変化量に比例して変化することがわかる。なお、式(3)における移動度μは、PチャネルMOSトランジスタの場合は正孔移動度μpを意味し、NチャネルMOSトランジスタの場合は電子移動度μnを意味する。PチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタが同じ外力を受けた場合には、応力に対する特性変化の傾向が逆である。これは、外力に対する正孔移動度μpの変化と電子移動度μnの変化が逆方向であるためと考えられる。 From the equation (3), it can be seen that if the gate voltage Vg is constant, the current I changes in proportion to the amount of change in the mobility μ when an external force is applied to the semiconductor device to change the mobility μ. The mobility μ in the equation (3) means the hole mobility μp in the case of the P-channel MOS transistor and the electron mobility μn in the case of the N-channel MOS transistor. When the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor receive the same external force, the tendency of the characteristic change with respect to stress is opposite. It is considered that this is because the change in the hole mobility μp and the change in the electron mobility μn with respect to the external force are in opposite directions.

ホールド状態においてトランジスタNM4のゲートには、キャパシタC2に保持された電圧が印加されている。すなわち、トランジスタNM4のゲートには一定の電圧が印加されている。このとき、外力によって電子移動度μnが+1%だけ変化したとすると、トランジスタNM4の主電極間を流れる電流I1aは+1%だけ変化する。 In the hold state, the voltage held by the capacitor C2 is applied to the gate of the transistor NM4. That is, a constant voltage is applied to the gate of the transistor NM4. At this time, assuming that the electron mobility μn changes by + 1% due to an external force, the current I1a flowing between the main electrodes of the transistor NM4 changes by + 1%.

また、ホールド状態においてトランジスタPM2のゲートには、キャパシタC1に保持された電圧が印加されている。すなわち、トランジスタPM2のゲートには一定の電圧が印加されている。このとき、トランジスタPM2がトランジスタNM4と同程度の外力を受けると、正孔移動度μpの変化の符号は、電子移動度μnの変化の符号とは逆になる。外力により正孔移動度μpが−1%だけ変化したとすると、トランジスタNM4の主電極間を流れる電流は−1%だけ変化する。トランジスタPM2の主電極間を流れる電流は、カレントミラー回路によりトランジスタNM5に複製される。そのため、トランジスタNM5の主電極間を流れる電流I1bは−1%だけ変化する。 Further, in the hold state, the voltage held by the capacitor C1 is applied to the gate of the transistor PM2. That is, a constant voltage is applied to the gate of the transistor PM2. At this time, when the transistor PM2 receives an external force similar to that of the transistor NM4, the sign of the change in the hole mobility μp is opposite to the sign of the change in the electron mobility μn. Assuming that the hole mobility μp changes by -1% due to an external force, the current flowing between the main electrodes of the transistor NM4 changes by -1%. The current flowing between the main electrodes of the transistor PM2 is replicated in the transistor NM5 by the current mirror circuit. Therefore, the current I1b flowing between the main electrodes of the transistor NM5 changes by -1%.

式(1)より、電流供給部141から外部に供給される電流I1は、トランジスタNM4の主電極間を流れる電流I1aとトランジスタNM5の主電極間を流れる電流I1bを加算したものである。上述のように、外力が印加されたときの電流I1aの変化と電流I1bは逆符号になるため、外力による電流の変化は相殺される。これにより、半導体装置に印加される外力による供給電流の変化が低減される。以上により、本実施形態によれば、外力に起因する特性変化が低減された半導体装置が提供される。 From the formula (1), the current I1 supplied to the outside from the current supply unit 141 is the sum of the current I1a flowing between the main electrodes of the transistor NM4 and the current I1b flowing between the main electrodes of the transistor NM5. As described above, since the change in the current I1a and the current I1b when the external force is applied have opposite codes, the change in the current due to the external force is canceled out. As a result, the change in the supply current due to the external force applied to the semiconductor device is reduced. As described above, according to the present embodiment, the semiconductor device in which the characteristic change due to the external force is reduced is provided.

半導体基板に外力が印加されたときの各トランジスタへの影響が同等であれば、電流の変化を相殺する効果がより向上する。そのため、トランジスタPM2、NM4、NM5に印加される外力が同程度となるように配置されていることが好ましい。具体的には、トランジスタPM2、NM4、NM5が半導体基板内の近い位置に配置されていることが好ましい。また、トランジスタPM2、NM4、NM5のチャネルの方向が同一であることが好ましい。 If the effects on each transistor when an external force is applied to the semiconductor substrate are the same, the effect of canceling the change in current is further improved. Therefore, it is preferable that the transistors PM2, NM4, and NM5 are arranged so that the external forces applied to them are about the same. Specifically, it is preferable that the transistors PM2, NM4, and NM5 are arranged at close positions in the semiconductor substrate. Further, it is preferable that the channels of the transistors PM2, NM4, and NM5 have the same channel direction.

電流供給部141から供給される電流I1について外力の影響が低減されることを説明したが、電流供給部142から供給される電流I2についても同様である。また、電流供給部が3個以上設けられている場合にも、各電流供給部について同様に外力の影響が低減される。 Although it has been explained that the influence of the external force is reduced for the current I1 supplied from the current supply unit 141, the same applies to the current I2 supplied from the current supply unit 142. Further, even when three or more current supply units are provided, the influence of the external force is similarly reduced for each current supply unit.

[第2実施形態]
第2実施形態に係る半導体装置の構成を説明する。本実施形態は、第1実施形態の半導体装置の回路構成を変形したものである。以下では、第1実施形態と重複する説明については適宜省略することがある。
[Second Embodiment]
The configuration of the semiconductor device according to the second embodiment will be described. This embodiment is a modification of the circuit configuration of the semiconductor device of the first embodiment. In the following, the description overlapping with the first embodiment may be omitted as appropriate.

図2は、第2実施形態に係る半導体装置の構成を示す回路図である。半導体装置は、バイアス生成部210、基準電流生成部220及び電流供給部241、242を有する。これらの各部は、半導体基板に形成される。 FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the semiconductor device according to the second embodiment. The semiconductor device has a bias generation unit 210, a reference current generation unit 220, and a current supply unit 241 and 242. Each of these parts is formed on a semiconductor substrate.

本実施形態においては第1実施形態の半導体装置と比べて、トランジスタPM1、NM2が省略されており、スイッチS4、S5、S6が追加されている。バイアス生成部210は、トランジスタNM1及び定電流源ISを有する。基準電流生成部220は、トランジスタPM2、NM3、キャパシタC1及びスイッチS1、S4を有する。電流供給部241は、トランジスタNM4、NM5、キャパシタC2及びスイッチS2、S5を有する。電流供給部242は、トランジスタNM6、NM7、キャパシタC3及びスイッチS3、S6を有する。 In the present embodiment, the transistors PM1 and NM2 are omitted, and the switches S4, S5, and S6 are added as compared with the semiconductor device of the first embodiment. The bias generation unit 210 has a transistor NM1 and a constant current source IS. The reference current generation unit 220 includes transistors PM2, NM3, capacitors C1 and switches S1 and S4. The current supply unit 241 includes transistors NM4 and NM5, capacitors C2, and switches S2 and S5. The current supply unit 242 includes transistors NM6 and NM7, capacitors C3, and switches S3 and S6.

トランジスタNM1のドレインは定電流源ISに接続されている。トランジスタNM1のドレインと定電流源ISとの接続ノードは、トランジスタNM1のゲート及びスイッチS2、S3の一方の端子に接続されている。トランジスタNM1のソースは、接地電位線に接続されている。 The drain of the transistor NM1 is connected to the constant current source IS. The connection node between the drain of the transistor NM1 and the constant current source IS is connected to the gate of the transistor NM1 and one terminal of the switches S2 and S3. The source of the transistor NM1 is connected to the ground potential line.

トランジスタPM2のドレインは、スイッチS1、S4の一方の端子及びトランジスタNM3のドレインに接続されている。トランジスタPM2のゲートは、スイッチS1の他方の端子及びキャパシタC1の一方の端子に接続されている。キャパシタC1の他方の端子及びトランジスタPM2のソースは、電源電位線に接続されている。トランジスタNM3のソースは接地電位線に接続されている。スイッチS4の他方の端子は、トランジスタNM3、NM5、NM7のゲート及びスイッチS5、S6の一方の端子に接続されている。 The drain of the transistor PM2 is connected to one terminal of the switches S1 and S4 and the drain of the transistor NM3. The gate of the transistor PM2 is connected to the other terminal of the switch S1 and one terminal of the capacitor C1. The other terminal of the capacitor C1 and the source of the transistor PM2 are connected to the power potential line. The source of the transistor NM3 is connected to the ground potential line. The other terminal of the switch S4 is connected to the gate of the transistors NM3, NM5, NM7 and one terminal of the switches S5, S6.

スイッチS2の他方の端子は、スイッチS5の他方の端子、トランジスタNM4のゲート及びキャパシタC2の一方の端子に接続されている。トランジスタNM4のソース及びキャパシタC2の他方の端子は、接地電位線に接続されている。トランジスタNM5のソースは、接地電位線に接続されている。トランジスタNM4のドレインとトランジスタNM5のドレインとは、ノードN1において接続されている。 The other terminal of the switch S2 is connected to the other terminal of the switch S5, the gate of the transistor NM4, and one terminal of the capacitor C2. The source of the transistor NM4 and the other terminal of the capacitor C2 are connected to the ground potential line. The source of the transistor NM5 is connected to the ground potential line. The drain of the transistor NM4 and the drain of the transistor NM5 are connected at the node N1.

スイッチS3の他方の端子は、スイッチS6の他方の端子、トランジスタNM6のゲート及びキャパシタC3の一方の端子に接続されている。トランジスタNM6のソース及びキャパシタC3の他方の端子は、接地電位線に接続されている。トランジスタNM7のソースは、接地電位線に接続されている。トランジスタNM6のドレインとトランジスタNM7のドレインとは、ノードN2において接続されている。 The other terminal of the switch S3 is connected to the other terminal of the switch S6, the gate of the transistor NM6, and one terminal of the capacitor C3. The source of the transistor NM6 and the other terminal of the capacitor C3 are connected to the ground potential line. The source of the transistor NM7 is connected to the ground potential line. The drain of the transistor NM6 and the drain of the transistor NM7 are connected at the node N2.

本実施形態の半導体装置は、第1実施形態と同様にサンプリング状態とホールド状態とにより動作可能である。半導体装置は、スイッチS1、S2、S3、S5、S6がいずれもオンであり、スイッチS4がオフである場合にサンプリング状態となる。また、スイッチS1、S2、S3、S5、S6がいずれもオフであり、スイッチS4がオンである場合にホールド状態となる。 The semiconductor device of the present embodiment can operate in the sampling state and the hold state as in the first embodiment. The semiconductor device is in the sampling state when the switches S1, S2, S3, S5, and S6 are all on and the switch S4 is off. Further, when the switches S1, S2, S3, S5, and S6 are all off and the switch S4 is on, the hold state is set.

まず、サンプリング状態における半導体装置の動作について説明する。サンプリング状態においては、スイッチS1、S2、S3、S5、S6がオンであり、スイッチS4がオフである。そのため、トランジスタNM1、NM3、NM4、NM5、NM6、NM7のゲート及びトランジスタNM1のドレインが接続される。これにより、トランジスタNM1、NM3、NM4、NM5、NM6、NM7は、カレントミラー回路を構成する。したがって、トランジスタNM1の主電極間を流れる電流は、カレントミラー回路によって複製される。複製された電流は、トランジスタNM3、NM4、NM5、NM6、NM7の主電極間をそれぞれ流れる。 First, the operation of the semiconductor device in the sampling state will be described. In the sampling state, switches S1, S2, S3, S5, and S6 are on, and switch S4 is off. Therefore, the gates of the transistors NM1, NM3, NM4, NM5, NM6, and NM7 and the drain of the transistor NM1 are connected. As a result, the transistors NM1, NM3, NM4, NM5, NM6, and NM7 form a current mirror circuit. Therefore, the current flowing between the main electrodes of the transistor NM1 is duplicated by the current mirror circuit. The replicated current flows between the main electrodes of the transistors NM3, NM4, NM5, NM6, and NM7, respectively.

また、サンプリング状態においては、スイッチS1がオンであるため、トランジスタPM2のドレインとトランジスタPM2のゲートとが接続される。このとき、スイッチS4はオフであるため、トランジスタPM2の主電極間を流れる電流は、トランジスタNM3の主電極間を流れる電流と一致する。 Further, in the sampling state, since the switch S1 is on, the drain of the transistor PM2 and the gate of the transistor PM2 are connected. At this time, since the switch S4 is off, the current flowing between the main electrodes of the transistor PM2 coincides with the current flowing between the main electrodes of the transistor NM3.

サンプリング状態においてキャパシタC1、C2、C3に対応するトランジスタのゲート電圧が充電されたあと、スイッチS1、S2、S3、S5、S6がいずれもオフになり、スイッチS4がオンになる。これにより、半導体装置は、ホールド状態に移行する。このとき、トランジスタPM2、NM4、NM6の主電極間には、それぞれ、サンプリング状態においてキャパシタC1、C2、C3に保持されたゲート電圧に応じた電流が流れる。また、トランジスタNM3、NM5、NM7はカレントミラー回路を構成する。 After the gate voltage of the transistor corresponding to the capacitors C1, C2, and C3 is charged in the sampling state, the switches S1, S2, S3, S5, and S6 are all turned off, and the switch S4 is turned on. As a result, the semiconductor device shifts to the hold state. At this time, a current corresponding to the gate voltage held in the capacitors C1, C2, and C3 in the sampling state flows between the main electrodes of the transistors PM2, NM4, and NM6, respectively. Further, the transistors NM3, NM5, and NM7 form a current mirror circuit.

ホールド状態において、第1実施形態と同様のメカニズムにより、半導体装置に印加される外力による供給電流の変化が低減される。したがって、本実施形態においても、外力に起因する特性変化が低減された半導体装置が提供される。 In the hold state, the change in the supply current due to the external force applied to the semiconductor device is reduced by the same mechanism as in the first embodiment. Therefore, also in the present embodiment, a semiconductor device in which the characteristic change due to the external force is reduced is provided.

[第3実施形態]
第3実施形態に係る撮像装置の構成を説明する。本実施形態は、第1実施形態の半導体装置を電流源回路として用いたものである。以下では、第1実施形態と重複する説明については適宜省略することがある。なお、本実施形態で述べる撮像装置は光電変換装置の一例であり、撮像装置以外の光電変換装置にも第1実施形態の半導体装置は同様に適用可能である。撮像装置以外の光電変換装置の例としては、測距装置が挙げられる。
[Third Embodiment]
The configuration of the image pickup apparatus according to the third embodiment will be described. In this embodiment, the semiconductor device of the first embodiment is used as a current source circuit. In the following, the description overlapping with the first embodiment may be omitted as appropriate. The imaging device described in this embodiment is an example of a photoelectric conversion device, and the semiconductor device of the first embodiment can be similarly applied to a photoelectric conversion device other than the imaging device. An example of a photoelectric conversion device other than the image pickup device is a distance measuring device.

図3は、本実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。撮像装置は、画素アレイ20、垂直走査回路30、列増幅回路40、水平走査回路50、制御回路60及び出力回路70を有する。また、撮像装置は、第1実施形態で述べた半導体装置である電流源回路100を有する。電流源回路100は、バイアス生成部110、基準電流生成部120及び電流供給部141、142を有する。更に、撮像装置は、電流供給部141、142と同様の構成を有する電流供給部143を有する。これらの回路は、1又は2以上の半導体基板に形成され得る。なお、図3では、画素アレイ20のうちの3列のみが例示的に図示されているため、電流供給部も3個のみが図示されているが、電流供給部は、画素アレイ20の各列に対応して設けられ得るものであるため、3個に限定されない。 FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of an imaging device according to the present embodiment. The image pickup apparatus includes a pixel array 20, a vertical scanning circuit 30, a column amplifier circuit 40, a horizontal scanning circuit 50, a control circuit 60, and an output circuit 70. Further, the image pickup apparatus includes the current source circuit 100 which is the semiconductor apparatus described in the first embodiment. The current source circuit 100 includes a bias generation unit 110, a reference current generation unit 120, and current supply units 141 and 142. Further, the imaging device has a current supply unit 143 having the same configuration as the current supply units 141 and 142. These circuits can be formed on one or more semiconductor substrates. In FIG. 3, since only three rows of the pixel array 20 are illustrated by way of illustration, only three current supply units are shown, but the current supply unit is each row of the pixel array 20. It is not limited to three because it can be provided corresponding to.

画素アレイ20は、複数の行及び複数の列をなすように配された複数の画素10を有する。垂直走査回路30は、画素10に含まれるトランジスタをオン又はオフに制御するための制御信号を画素10の各行に対応して設けられた制御信号線6を介して供給する走査回路である。ここで、複数の画素10の各々に供給される制御信号は複数の種類の制御信号を含み得るため、各行の制御信号線6は複数の駆動配線の組として構成され得る。更に、撮像装置には画素10の各列に対応して列信号線5が設けられており、画素10からの信号が列ごとに列信号線5に読み出される。 The pixel array 20 has a plurality of pixels 10 arranged so as to form a plurality of rows and a plurality of columns. The vertical scanning circuit 30 is a scanning circuit that supplies a control signal for controlling the transistor included in the pixel 10 to be turned on or off via a control signal line 6 provided corresponding to each line of the pixel 10. Here, since the control signal supplied to each of the plurality of pixels 10 may include a plurality of types of control signals, the control signal line 6 of each line may be configured as a set of a plurality of drive wirings. Further, the image pickup apparatus is provided with row signal lines 5 corresponding to each row of pixels 10, and signals from the pixels 10 are read out to the row signal lines 5 for each row.

各列の列信号線5には、複数の電流供給部141、142、143の1つが接続される。電流供給部141、142、143は、対応する列の列信号線5に電流を供給する。基準電流生成部120及び電流供給部141、142、143には、制御回路60から制御信号φ1が入力される。制御信号φ1は、図1に示されている複数のスイッチをオン又はオフに制御することにより、サンプリング状態とホールド状態とを切り替える。 One of a plurality of current supply units 141, 142, and 143 is connected to the row signal line 5 of each row. The current supply units 141, 142, and 143 supply current to the row signal line 5 of the corresponding row. A control signal φ1 is input from the control circuit 60 to the reference current generation unit 120 and the current supply units 141, 142, and 143. The control signal φ1 switches between a sampling state and a hold state by controlling a plurality of switches shown in FIG. 1 to be on or off.

列増幅回路40は、列信号線5に出力された信号に対し、増幅、相関二重サンプリング処理等の処理を行う。水平走査回路50は、列増幅回路40から各列に対応する信号を出力回路70に順次出力させるための制御信号を供給する。この制御信号は、列増幅回路40内に設けられているスイッチをオン又はオフに制御する。出力回路70はバッファアンプ、差動増幅器等から構成され、列増幅回路40からの信号を撮像装置の外部の信号処理部に出力する。なお、撮像装置が、AD変換部を更に有していてもよく、その場合、撮像装置は、デジタル信号を出力し得る。例えば、列増幅回路40はAD変換部を含み得る。また、出力回路70がAD変換部を含む構成であってもよい。制御回路60は、垂直走査回路30、列増幅回路40、水平走査回路50の動作タイミング等を制御するとともに、制御信号φ1を出力する。 The column amplifier circuit 40 performs processing such as amplification and correlation double sampling processing on the signal output to the column signal line 5. The horizontal scanning circuit 50 supplies a control signal for sequentially outputting signals corresponding to each row from the row amplifier circuit 40 to the output circuit 70. This control signal controls the switch provided in the column amplifier circuit 40 to be turned on or off. The output circuit 70 is composed of a buffer amplifier, a differential amplifier, and the like, and outputs a signal from the column amplifier circuit 40 to a signal processing unit outside the image pickup apparatus. The imaging device may further include an AD conversion unit, in which case the imaging device can output a digital signal. For example, the column amplifier circuit 40 may include an AD conversion unit. Further, the output circuit 70 may be configured to include an AD conversion unit. The control circuit 60 controls the operation timing of the vertical scanning circuit 30, the column amplifier circuit 40, the horizontal scanning circuit 50, and the like, and outputs a control signal φ1.

図4は、画素10の回路構成を示す回路図である。画素10は、光電変換素子PD、転送トランジスタM1、リセットトランジスタM2、増幅トランジスタM3及び選択トランジスタM4を有する。これらのトランジスタはNチャネルMOSトランジスタであり得る。転送トランジスタM1のゲートには、垂直走査回路30から制御信号PTXが入力される。リセットトランジスタM2のゲートには、垂直走査回路30から制御信号PRESが入力される。選択トランジスタM4のゲートには、垂直走査回路30から制御信号PSELが入力される。 FIG. 4 is a circuit diagram showing a circuit configuration of the pixel 10. The pixel 10 includes a photoelectric conversion element PD, a transfer transistor M1, a reset transistor M2, an amplification transistor M3, and a selection transistor M4. These transistors can be N-channel MOS transistors. A control signal PTX is input from the vertical scanning circuit 30 to the gate of the transfer transistor M1. A control signal PRESS is input from the vertical scanning circuit 30 to the gate of the reset transistor M2. The control signal PSEL is input from the vertical scanning circuit 30 to the gate of the selection transistor M4.

光電変換素子PDは、光電変換により入射光に応じた電荷を生成するとともに、当該電荷を蓄積する。光電変換素子PDは、フォトダイオードであり得る。以下の説明では、光電変換素子PDはアノード及びカソードを有するフォトダイオードであるものとする。光電変換素子PDのアノードは、接地電位線に接続されている。光電変換素子PDのカソードは、転送トランジスタM1のソースに接続されている。 The photoelectric conversion element PD generates an electric charge according to the incident light by photoelectric conversion and accumulates the electric charge. The photoelectric conversion element PD can be a photodiode. In the following description, it is assumed that the photoelectric conversion element PD is a photodiode having an anode and a cathode. The anode of the photoelectric conversion element PD is connected to the ground potential line. The cathode of the photoelectric conversion element PD is connected to the source of the transfer transistor M1.

転送トランジスタM1のドレイン、リセットトランジスタM2のソース及び増幅トランジスタM3のゲートの接続ノードはフローティングディフュージョンFDを構成する。リセットトランジスタM2のドレイン及び増幅トランジスタM3のドレインは、電源電位線に接続されている。増幅トランジスタM3のソースは、選択トランジスタM4のドレインに接続されている。選択トランジスタM4のソースは、列信号線5に接続されている。列信号線5には、電流供給部141(あるいは、電流供給部142、143)が接続される。選択トランジスタM4がオンになると、増幅トランジスタM3と電流供給部141はソースフォロワ回路を構成し、フローティングディフュージョンFDの電位に応じた電圧が列信号線5に出力される。 The connection node of the drain of the transfer transistor M1, the source of the reset transistor M2, and the gate of the amplification transistor M3 constitutes a floating diffusion FD. The drain of the reset transistor M2 and the drain of the amplification transistor M3 are connected to the power supply potential line. The source of the amplification transistor M3 is connected to the drain of the selection transistor M4. The source of the selection transistor M4 is connected to the column signal line 5. A current supply unit 141 (or current supply units 142, 143) is connected to the column signal line 5. When the selection transistor M4 is turned on, the amplification transistor M3 and the current supply unit 141 form a source follower circuit, and a voltage corresponding to the potential of the floating diffusion FD is output to the column signal line 5.

図5は、第3実施形態に係る撮像装置の動作を示すタイミング図である。図5は、ある1行の画素10からの信号の読み出しにおける各制御信号のレベルを示している。各トランジスタは、各制御信号のレベルがハイレベルのときにオンになり、ローレベルのときにオフになるものとする。また、電流源回路100は、制御信号φ1がハイレベルのときにサンプリング状態になり、ローレベルのときにホールド状態になるものとする。 FIG. 5 is a timing diagram showing the operation of the image pickup apparatus according to the third embodiment. FIG. 5 shows the level of each control signal in reading a signal from a row of pixels 10. Each transistor shall be turned on when the level of each control signal is high level and turned off when the level of each control signal is low level. Further, the current source circuit 100 is assumed to be in a sampling state when the control signal φ1 is at a high level and in a hold state when the control signal φ1 is at a low level.

時刻t1において、制御信号φ1、PRES、PSELがハイレベルになる。これにより、リセットトランジスタM2及び選択トランジスタM4がオンになり、列信号線5にはフローティングディフュージョンFDのリセット状態における電位(N信号)が出力される。また、電流源回路100はサンプリング状態になり、電流を生成するトランジスタのゲート電圧と同じ電圧がキャパシタに印加される。 At time t1, the control signals φ1, PRES, and PSEL become high levels. As a result, the reset transistor M2 and the selection transistor M4 are turned on, and the potential (N signal) in the reset state of the floating diffusion FD is output to the column signal line 5. Further, the current source circuit 100 is in the sampling state, and the same voltage as the gate voltage of the transistor that generates the current is applied to the capacitor.

時刻t2において、制御信号φ1がローレベルになり、電流源回路100がホールド状態に移行し、サンプリング状態のときに印加されていたゲート電圧がキャパシタに保持される。 At time t2, the control signal φ1 becomes low level, the current source circuit 100 shifts to the hold state, and the gate voltage applied in the sampling state is held in the capacitor.

時刻t3において、制御信号PRESがローレベルになり、リセットトランジスタM2がオフになる。これにより、フローティングディフュージョンFDのリセット状態が解除される。時刻t3から時刻t4までの期間の間に、N信号の読み出しが行われる。 At time t3, the control signal PRESS goes low and the reset transistor M2 turns off. As a result, the reset state of the floating diffusion FD is released. During the period from time t3 to time t4, the N signal is read out.

時刻t4において、制御信号PTXがハイレベルになり、転送トランジスタM1がオンになる。その後、時刻t5において制御信号PTXがローレベルになり、転送トランジスタM1がオフになる。これらの動作により、光電変換素子PDに蓄積されていた電荷がフローティングディフュージョンFDに転送される。フローティングディフュージョンFDの電位はこの電荷に応じた電位に変化する。列信号線5にはフローティングディフュージョンFDに転送された電荷に応じた電位(S信号)が出力される。その後、時刻t5から時刻t6までの期間の間に、S信号の読み出しが行われる。 At time t4, the control signal PTX goes high and the transfer transistor M1 turns on. After that, at time t5, the control signal PTX becomes low level and the transfer transistor M1 is turned off. By these operations, the electric charge accumulated in the photoelectric conversion element PD is transferred to the floating diffusion FD. The potential of the floating diffusion FD changes to a potential corresponding to this charge. A potential (S signal) corresponding to the electric charge transferred to the floating diffusion FD is output to the column signal line 5. After that, the S signal is read out during the period from time t5 to time t6.

時刻t6において、制御信号PSELがローレベルになり、選択トランジスタM4がオフになる。これにより、当該行の画素10からの読み出しが終了する。列増幅回路40内のCDS(相関二重サンプリング)回路又は撮像装置の外部の信号処理回路等は、この処理により読み出されたS信号とN信号に対してCDS処理を行い、画像信号を生成する。 At time t6, the control signal PSEL goes low and the selection transistor M4 turns off. As a result, the reading from the pixel 10 of the row is completed. The CDS (correlation double sampling) circuit in the column amplifier circuit 40, the signal processing circuit outside the imaging device, or the like performs CDS processing on the S signal and N signal read by this processing to generate an image signal. To do.

上述のように、N信号とS信号の読み出しが行われる期間において、電流源回路100はホールド状態になっている。ホールド状態においては、第1実施形態で述べたように、電流源回路100からの供給電流の外力に起因する変化が低減されている。したがって、本実施形態によれば、より高精度に信号を取得することができる撮像装置が提供される。 As described above, the current source circuit 100 is in the hold state during the period in which the N signal and the S signal are read out. In the hold state, as described in the first embodiment, the change caused by the external force of the supply current from the current source circuit 100 is reduced. Therefore, according to the present embodiment, there is provided an imaging device capable of acquiring a signal with higher accuracy.

なお、本実施形態では電流源回路100には第1実施形態の半導体装置が用いられるものとして説明したが、これに限定されるものではない。例えば、電流源回路100には第2実施形態の半導体装置が用いられてもよく、第1実施形態及び第2実施形態以外の回路構成が用いられてもよい。また、画素アレイ20の構造は図示したものに限定されるものではなく、例えば画素10が1次元状に配列されたものであってもよい。 In this embodiment, the semiconductor device of the first embodiment has been described as being used for the current source circuit 100, but the present embodiment is not limited to this. For example, the semiconductor device of the second embodiment may be used for the current source circuit 100, or circuit configurations other than those of the first embodiment and the second embodiment may be used. Further, the structure of the pixel array 20 is not limited to the one shown in the drawing, and for example, the pixels 10 may be arranged one-dimensionally.

[第3実施形態の変形例]
上述の第3実施形態の説明では、電流源回路100内に1つの基準電流生成部120が設けられているが、基準電流生成部120の個数は複数であってもよい。基準電流生成部120の個数が複数である場合の変形例を図6に示す。本変形例の電流源回路100は、1つの基準電流生成部120が複数の電流供給部141、142に電流を供給する構成となっている回路群を複数個有している。基準電流生成部120の個数は2に限定されない。基準電流生成部120の個数がn個であり、電流供給部141、142の個数がm個であるものとする(n、mは自然数)。このとき、1<n≦mの関係を満たしていればよい。
[Modified example of the third embodiment]
In the above description of the third embodiment, one reference current generation unit 120 is provided in the current source circuit 100, but the number of reference current generation units 120 may be plural. FIG. 6 shows a modified example when the number of reference current generating units 120 is plural. The current source circuit 100 of this modification has a plurality of circuits in which one reference current generation unit 120 supplies current to a plurality of current supply units 141 and 142. The number of reference current generators 120 is not limited to 2. It is assumed that the number of reference current generation units 120 is n and the number of current supply units 141 and 142 is m (n and m are natural numbers). At this time, it is sufficient that the relationship of 1 <n ≦ m is satisfied.

本変形例では、電流供給部141、142の個数が多い場合であっても、基準電流生成部120と電流供給部141、142の距離を半導体基板内の近い位置に配置することができるため、外力に起因する供給電流の変化をより低減することができる。典型的には、上述のmとnの比m/nは、10程度であり得る。 In this modification, even when the number of current supply units 141 and 142 is large, the distance between the reference current generation unit 120 and the current supply units 141 and 142 can be arranged at close positions in the semiconductor substrate. Changes in the supply current due to external force can be further reduced. Typically, the ratio m / n of m and n described above can be about 10.

[第4実施形態]
次に、上述の実施形態による撮像装置を適用した装置の例を説明する。図7は、本実施形態による撮像システム900の構成を示すブロック図である。図7に示す撮像装置930は、上述の第3実施形態で述べた撮像装置である。撮像装置が適用可能な撮像システム900としては、例えば、デジタルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラなどが挙げられる。図7に、上述の実施形態に記載の撮像装置を適用したデジタルカメラの構成例を示す。
[Fourth Embodiment]
Next, an example of an apparatus to which the imaging apparatus according to the above-described embodiment is applied will be described. FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the imaging system 900 according to the present embodiment. The image pickup device 930 shown in FIG. 7 is the image pickup device described in the third embodiment described above. Examples of the imaging system 900 to which the imaging device can be applied include a digital camera, a digital camcorder, and a surveillance camera. FIG. 7 shows a configuration example of a digital camera to which the image pickup apparatus described in the above embodiment is applied.

図7に例示した撮像システム900は、撮像装置930、被写体の光学像を撮像装置930に結像させるレンズ902、レンズ902を通過する光量を可変にするための絞り904、レンズ902の保護のためのバリア906を有する。レンズ902及び絞り904は、撮像装置930に光を集光する光学系である。 The imaging system 900 illustrated in FIG. 7 is for protecting the imaging device 930, the lens 902 for forming an optical image of a subject on the imaging device 930, the aperture 904 for changing the amount of light passing through the lens 902, and the lens 902. Has a barrier 906. The lens 902 and the aperture 904 are optical systems that collect light on the image pickup apparatus 930.

撮像システム900は、また、撮像装置930から出力される出力信号の処理を行う信号処理部908を有する。信号処理部908は、必要に応じて入力信号に対して各種の補正、圧縮を行って出力する信号処理の動作を行う。 The imaging system 900 also has a signal processing unit 908 that processes an output signal output from the imaging device 930. The signal processing unit 908 performs a signal processing operation of performing various corrections and compressions on the input signal and outputting the input signal as needed.

撮像システム900は、更に、画像データを一時的に記憶するためのバッファメモリ部910、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部(外部I/F部)912を有する。更に撮像システム900は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体914、記録媒体914に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部(記録媒体制御I/F部)916を有する。なお、記録媒体914は、撮像システム900に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。 The imaging system 900 further includes a buffer memory unit 910 for temporarily storing image data and an external interface unit (external I / F unit) 912 for communicating with an external computer or the like. Further, the imaging system 900 includes a recording medium 914 such as a semiconductor memory for recording or reading imaging data, and a recording medium control interface unit (recording medium control I / F unit) 916 for recording or reading on the recording medium 914. Has. The recording medium 914 may be built in the imaging system 900 or may be detachable.

更に撮像システム900は、各種演算を行うとともにデジタルカメラ全体を制御する全体制御・演算部918、撮像装置930と信号処理部908に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部920を有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム900は、少なくとも撮像装置930と、撮像装置930から出力された出力信号を処理する信号処理部908とを有すればよい。全体制御・演算部918及びタイミング発生部920は、上述の実施形態における制御信号の生成、参照電圧の生成等の光電変換装置の制御に関する機能の一部又は全部を実行するように構成してもよい。 Further, the image pickup system 900 has an overall control / calculation unit 918 that performs various calculations and controls the entire digital camera, and a timing generation unit 920 that outputs various timing signals to the image pickup device 930 and the signal processing unit 908. Here, a timing signal or the like may be input from the outside, and the imaging system 900 may have at least an imaging device 930 and a signal processing unit 908 that processes an output signal output from the imaging device 930. The overall control / calculation unit 918 and the timing generation unit 920 may be configured to execute some or all of the functions related to the control of the photoelectric conversion device such as the generation of the control signal and the generation of the reference voltage in the above-described embodiment. Good.

撮像装置930は、画像用信号を信号処理部908に出力する。信号処理部908は、撮像装置930から出力される画像用信号に対して所定の信号処理を実施し、画像データを出力する。また、信号処理部908は、画像用信号を用いて、画像を生成する。 The image pickup apparatus 930 outputs an image signal to the signal processing unit 908. The signal processing unit 908 performs predetermined signal processing on the image signal output from the image pickup apparatus 930 and outputs the image data. In addition, the signal processing unit 908 uses the image signal to generate an image.

以上のように、本実施形態の撮像システム900は、第3実施形態による撮像装置930を含む。これにより、より高品質な撮像が可能な撮像システム900を実現することができる。 As described above, the imaging system 900 of the present embodiment includes the imaging device 930 according to the third embodiment. As a result, it is possible to realize an imaging system 900 capable of higher quality imaging.

[第5実施形態]
図8(A)及び図8(B)は、本実施形態による撮像システム1000及び移動体の構成を示す図である。図8(A)は、車載カメラに関する撮像システム1000の一例を示したものである。撮像システム1000は、上述の第3実施形態に記載の撮像装置を有する。
[Fifth Embodiment]
8 (A) and 8 (B) are diagrams showing the configuration of the imaging system 1000 and the moving body according to the present embodiment. FIG. 8A shows an example of the imaging system 1000 relating to the in-vehicle camera. The imaging system 1000 has the imaging device according to the third embodiment described above.

撮像システム1000は、撮像装置1010により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部1030を有する。また、撮像システム1000は、撮像装置1010により取得された複数の画像データから視差情報(視差画像の位相差等)の算出を行う視差取得部1040を有する。また、撮像システム1000は、算出された視差情報に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部1050と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部1060と、を有する。ここで、視差取得部1040や距離取得部1050は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部1060はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。なお、上述の視差の算出は、撮像装置1010内の複数の電極から読み出された信号を用いて行われる。 The image pickup system 1000 has an image processing unit 1030 that performs image processing on a plurality of image data acquired by the image pickup device 1010. Further, the imaging system 1000 has a parallax acquisition unit 1040 that calculates parallax information (phase difference of the parallax image, etc.) from a plurality of image data acquired by the imaging device 1010. Further, the imaging system 1000 includes a distance acquisition unit 1050 that calculates the distance to the object based on the calculated parallax information, and a collision determination unit that determines whether or not there is a possibility of collision based on the calculated distance. It has 1060 and. Here, the parallax acquisition unit 1040 and the distance acquisition unit 1050 are examples of distance information acquisition means for acquiring distance information to an object. That is, the distance information is information on parallax, defocus amount, distance to an object, and the like. The collision determination unit 1060 may determine the possibility of collision by using any of these distance information. The distance information acquisition means may be realized by specially designed hardware or may be realized by a software module. Further, it may be realized by FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or the like, or may be realized by a combination thereof. The above-mentioned parallax calculation is performed using signals read from a plurality of electrodes in the image pickup apparatus 1010.

撮像システム1000は、車両情報取得装置1310と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム1000には、衝突判定部1060での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ECU1410が接続されている。すなわち、制御ECU1410は、距離情報に基づいて移動体を制御する移動体制御手段の一例である。また、撮像システム1000は、衝突判定部1060での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置1420とも接続されている。例えば、衝突判定部1060の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ECU1410はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置1420は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。 The imaging system 1000 is connected to the vehicle information acquisition device 1310, and can acquire vehicle information such as vehicle speed, yaw rate, and steering angle. Further, the image pickup system 1000 is connected to a control ECU 1410 which is a control device that outputs a control signal for generating a braking force to the vehicle based on the determination result of the collision determination unit 1060. That is, the control ECU 1410 is an example of a moving body control means that controls a moving body based on distance information. The imaging system 1000 is also connected to an alarm device 1420 that issues an alarm to the driver based on the determination result of the collision determination unit 1060. For example, when the collision determination unit 1060 has a high possibility of collision, the control ECU 1410 controls the vehicle to avoid the collision and reduce the damage by applying the brake, returning the accelerator, suppressing the engine output, and the like. The alarm device 1420 warns the user by sounding an alarm such as a sound, displaying alarm information on the screen of a car navigation system or the like, or giving vibration to the seat belt or steering wheel.

本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム1000で撮像する。図8(B)に、車両前方(撮像範囲1510)を撮像する場合の撮像システム1000を示した。車両情報取得装置1310は、撮像システム1000を動作させ撮像を実行させるように指示を送る。第3実施形態による撮像装置1010を含む本実施形態の撮像システム1000は、測距の精度をより向上させることができる。 In the present embodiment, the periphery of the vehicle, for example, the front or the rear, is imaged by the imaging system 1000. FIG. 8B shows an imaging system 1000 for imaging the front of the vehicle (imaging range 1510). The vehicle information acquisition device 1310 sends an instruction to operate the imaging system 1000 to perform imaging. The imaging system 1000 of the present embodiment including the imaging device 1010 according to the third embodiment can further improve the accuracy of distance measurement.

以上の説明では、他の車両と衝突しないように制御する例を述べたが、他の車両に追従して自動運転する制御、車線からはみ出さないように自動運転する制御等にも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体(移動装置)に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム(ITS)等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。 In the above explanation, an example of controlling so as not to collide with another vehicle has been described, but it can also be applied to control for automatically driving following another vehicle, control for automatically driving so as not to go out of the lane, and the like. is there. Further, the imaging system can be applied not only to a vehicle such as a own vehicle but also to a moving body (moving device) such as a ship, an aircraft, or an industrial robot. In addition, it can be applied not only to mobile objects but also to devices that widely use object recognition, such as intelligent transportation systems (ITS).

[その他の実施形態]
なお、上述の実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を、他の実施形態に追加した実施形態、あるいは他の実施形態の一部の構成と置換した実施形態も本発明を適用し得る実施形態であると理解されるべきである。
[Other Embodiments]
It should be noted that the above-described embodiments are merely examples of embodiment in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner by these. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or its main features. For example, an embodiment in which a part of the configuration of any of the embodiments is added to another embodiment or a part of the configuration of another embodiment is replaced is also an embodiment to which the present invention can be applied. Should be understood.

なお、第3実施形態の撮像装置の構成は光電変換装置により一般的に適用され得るものであるため、上述の第4実施形態及び第5実施形態の撮像システムもより一般的に光電変換システムに拡張可能である。すなわち、第4実施形態及び第5実施形態の技術思想は、撮像装置を用いる撮像システムに限定されるものではない。例えば、光電変換装置が測距装置である場合は、当該光電変換システムは測距システムであり得る。 Since the configuration of the imaging device of the third embodiment can be generally applied by the photoelectric conversion device, the imaging systems of the fourth embodiment and the fifth embodiment described above are also more generally applied to the photoelectric conversion system. It is extensible. That is, the technical ideas of the fourth embodiment and the fifth embodiment are not limited to the imaging system using the imaging device. For example, when the photoelectric conversion device is a distance measuring device, the photoelectric conversion system can be a distance measuring system.

上述の実施形態において、回路構成等は適宜変更可能である。例えば、PチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタの導電型が逆になるように回路構成を変形してもよい。 In the above-described embodiment, the circuit configuration and the like can be changed as appropriate. For example, the circuit configuration may be modified so that the conductive types of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor are reversed.

本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。 The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It can also be realized by the processing to be performed. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

N1、N2 ノード
NM1−NM7 (NチャネルMOS)トランジスタ
PM1−PM2 (PチャネルMOS)トランジスタ
N1, N2 node NM1-NM7 (N channel MOS) transistor PM1-PM2 (P channel MOS) transistor

Claims (14)

第1導電型の第1トランジスタと、
前記第1導電型とは異なる第2導電型の第2トランジスタと、
前記第1トランジスタの主電極間を流れる電流に基づいて生成される第1電流と、前記第2トランジスタの主電極間を流れる電流に基づいて生成される第2電流とが加算された第3電流を出力する出力端子と、
を有することを特徴とする半導体装置。
The first conductive type first transistor and
A second transistor of the second conductive type different from the first conductive type,
A third current obtained by adding a first current generated based on the current flowing between the main electrodes of the first transistor and a second current generated based on the current flowing between the main electrodes of the second transistor. Output terminal to output
A semiconductor device characterized by having.
前記第1トランジスタの制御電極に印加される電位を保持する第1サンプルホールド回路を更に有する、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
It further has a first sample hold circuit that holds the potential applied to the control electrode of the first transistor.
The semiconductor device according to claim 1.
前記出力端子は、前記第1サンプルホールド回路がホールド状態であるときに前記第3電流を出力する、
ことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
The output terminal outputs the third current when the first sample hold circuit is in the hold state.
The semiconductor device according to claim 2.
前記第2トランジスタの制御電極に印加される電位を保持する第2サンプルホールド回路を更に有する、
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体装置。
It further has a second sample hold circuit that holds the potential applied to the control electrode of the second transistor.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor device is characterized by the above.
前記出力端子は、前記第2サンプルホールド回路がホールド状態であるときに前記第3電流を出力する、
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
The output terminal outputs the third current when the second sample hold circuit is in the hold state.
The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is characterized by the above.
前記第2導電型の第3トランジスタと、
前記第2導電型の第4トランジスタと、
を更に有し、
前記第3トランジスタと前記第4トランジスタとは、カレントミラー回路を構成し、
前記カレントミラー回路は、前記第1トランジスタの主電極間を流れる電流を複製することにより、前記第1電流を生成する、
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。
With the second conductive type third transistor,
With the second conductive type fourth transistor,
With more
The third transistor and the fourth transistor form a current mirror circuit.
The current mirror circuit generates the first current by replicating the current flowing between the main electrodes of the first transistor.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the semiconductor device is characterized by the above.
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとは、同一の半導体基板に形成されている、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。
The first transistor and the second transistor are formed on the same semiconductor substrate.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor device is characterized by the above.
1つの前記第1トランジスタに対応する複数の前記第2トランジスタを有し、
複数の前記第3電流を出力可能である、
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。
Having a plurality of said second transistors corresponding to one said first transistor,
It is possible to output a plurality of the third currents.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the semiconductor device is characterized by the above.
1つの前記第1トランジスタと、前記1つの前記第1トランジスタに対応する複数の前記第2トランジスタとを含む回路群を複数個有する、
ことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。
It has a plurality of circuit groups including one said first transistor and a plurality of said second transistors corresponding to the one said first transistor.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the semiconductor device is characterized by the above.
前記第1トランジスタは、PチャネルMOSトランジスタであり、
前記第2トランジスタは、NチャネルMOSトランジスタである、
ことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置。
The first transistor is a P-channel MOS transistor.
The second transistor is an N-channel MOS transistor.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the semiconductor device is characterized by the above.
前記第1トランジスタのチャネルの方向と前記第2トランジスタのチャネルの方向は同一である、
ことを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。
The direction of the channel of the first transistor and the direction of the channel of the second transistor are the same.
The semiconductor device according to claim 10.
光電変換により入射光に応じた電荷を生成する光電変換素子を含む画素と、
請求項1乃至11のいずれか1項に記載の半導体装置と、
を有し、
前記半導体装置は、前記画素に前記第3電流を供給する、
ことを特徴とする光電変換装置。
A pixel containing a photoelectric conversion element that generates an electric charge according to the incident light by photoelectric conversion, and
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 11.
Have,
The semiconductor device supplies the third current to the pixel.
A photoelectric conversion device characterized by this.
請求項12に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から出力される信号を処理する信号処理部と、
を有することを特徴とする光電変換システム。
The photoelectric conversion device according to claim 12,
A signal processing unit that processes the signal output from the photoelectric conversion device, and
A photoelectric conversion system characterized by having.
移動体であって、
請求項12に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置からの信号に基づく視差情報から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする移動体。
It ’s a mobile body,
The photoelectric conversion device according to claim 12,
A distance information acquisition means for acquiring distance information to an object from parallax information based on a signal from the photoelectric conversion device, and
A control means for controlling the moving body based on the distance information,
A mobile body characterized by having.
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