JP2534717B2 - クランプ回路 - Google Patents

クランプ回路

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JP2534717B2 JP62199627A JP19962787A JP2534717B2 JP 2534717 B2 JP2534717 B2 JP 2534717B2 JP 62199627 A JP62199627 A JP 62199627A JP 19962787 A JP19962787 A JP 19962787A JP 2534717 B2 JP2534717 B2 JP 2534717B2
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【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はクランプ回路にかかり、特にイメージセンサ
の黒基準出力を基準出力電圧にクランプするために用い
られるクランプ回路に関する。
(従来の技術) CCDを用いたラインイメージセンサは複写機やカメラ
の自動焦点装置の受光素子として広く利用されている。
一般にCCDセンサのアナログ出力はA/D変換された後マイ
クロコンピュータ等で演算処理される場合が多い。
したがって、CCDセンサの出力を用いる場合に、アナ
ログ出力をA/D変換器の入力電圧範囲となるようにする
ための処理回路が必要となる。
第8図は、この処理回路の具体的構成例を示したブロ
ック図である。イメージセンサは光感光画素1と光遮蔽
画素2およびこれらの画素での信号電荷を転送するCCD
レジスタ3とから構成されている。光遮蔽画素2からの
出力はイメージセンサの黒基準出力を与え、光感光画素
1の出力はイメージ出力を与える。これらの出力は、CC
Dレジスタ3に一旦読み出された後、時系列的に転送さ
れて出力される。
転送されてきた信号電荷は出力バッファ4により電圧
に変換され、サンプルホールド回路5により所定のタイ
ミングで時系列化されたアナログ出力が得られる。
この時のサンプルホールド回路5の出力をVS/Hで表
わす。サンプルホールド回路5の出力はクランプ回路6
に入力され、黒基準出力が基準出力電圧にクランプされ
て出力信号OUTとして出力される。
この出力をA/D変換器7でディジタル出力として取り
出し、図示しないマイクロコンピュータ等へ転送して所
定の処理が行われる。
第9図はサンプルホールド回路5の出力VS/Hとクラ
ンプ回路6の出力OUTとを示した波形図である。CCDイメ
ージセンサの出力は、第6図のサンプルホールド回路5
の出力VS/Hに示されるように最初に光遮蔽画素2から
の出力が黒基準出力として出力され、その後に光感光画
素1からの出力がイメージ出力として黒基準との差とし
て出力される。
図中では、この差の信号を矢印で示している。サンプ
ルホールド回路5の出力VS/Hは任意のオフセットを持
っているため、A/D変換器7の入力範囲VHLに合わせる必
要がある。
そこで黒基準出力を入力範囲VHLのハイレベルVHにク
ランプし、イメージ出力はクランプされたハイレベルVH
を基準として負方向に出力されるようにする。
従来用いられているクランプ回路はCCDイメージセン
サの外部にディスクリート回路として構成されるか、CC
Dセンサとは別のICを用いて構成される場合が多かっ
た。
しかし近年装置の小型化や低コスト化、実装の容易化
さらに使いやすさを高めるためにこのクランプ回路等を
CCDイメージセンサと同一半導体基板内に設ける要求が
高まっている。そこで従来外部回路としてイメージセン
サとは別に外部に構成されていたクランプ回路を同一半
導体基板上にCCDと同一プロセスを用いて形成する必要
が生じてきた。
この場合、チップ面積の増大を押えるために、よりコ
ンパクトな回路形成とするとともにクランプ精度は従来
と同等以上のものにする必要がある。
これらの要求を満足するクランプ回路の一例として第
10図に示される回路構成が知られている。
第10図において、CCDセンサの出力8はカップリング
コンデンサ9を介してバッファアンプ10に入力され、バ
ッファアンプ10の出力としてクランプ後の出力11が得ら
れる。バッファアンプ10の出力はフィードバック回路に
より入力側にフィードバックされるように構成されてお
り、クランプ用MOSFET12を介してバッファアンプ10の出
力は、差動増幅器13の負側入力端子に結合される。差動
増幅器13の正側入力端子には基準電源14から基準電位が
供給される。差動増幅器13の出力はバッファアンプ10の
入力に接続される。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、この回路では、クランプ精度を上げる
ために差動増幅器13の増幅率をあげ、また入力オフセッ
ト電圧を小さくする必要がある。このため差動増幅器13
の回路が複雑となり実現が困難であるという問題点があ
った。
また、差動増幅器は構成トランジスタのしきい値のば
らつきの影響を受けやすく、安定した動作を得にくいと
いう問題もある。
本発明は上述した問題点を解消するためになされたも
ので、簡単な構成でしかも高精度のクランプが実現でき
るとともに、CCDイメージセンサと同一チップ上に形成
することの可能なクランプ回路を提供することを目的と
する。
〔発明の構成〕
(問題点を解決するための手段) 本発明にかかるクランプ回路は、第1及び第2の入力
端子と出力端子とをそれぞれ備えた第1及び第2の差動
増幅回路を含み、第1の差動増幅回路の出力端子は第2
の差動増幅回路の第1の入力端子に結合され、第2の差
動増幅回路の出力端子は第1の差動増幅回路の第2の入
力端子に結合され、第2の差動増幅回路の第2の入力端
子には基準電圧を印加し第1の差動増幅回路の第1の入
力端子には入力信号電圧を印加して第1の差動増幅回路
の出力端子からクランプ電圧をとり出すようにしたクラ
ンプ回路において、第1の差動増幅回路は入力段が2つ
のトランジスタを直列に接続し、各トランジスタの制御
ゲートを第1及び第2の入力端子とする回路からなり、
第2の差動増幅回路は入力段がそれぞれの制御端子に第
1のクロック信号及びこれに先行する第2のクロック信
号が供給される第1及び第2のスイッチングトランジス
タからなる差動対トランジスタで、出力段が増幅回路で
それぞれ構成されており、さらに差動対トランジスタの
共通接続点と第2の差動増幅回路中の増幅回路の入力点
とは第1の静電容量素子を介して結合され、さらに第1
の差動増幅回路の第2の入力端を入力とみて、第2の差
動増幅回路の出力端を出力とみたとき入力信号が反転さ
れて出力されるようにされるようにしたものである。
(作 用) 本発明による第2の差動増幅回路はフィードバックを
構成しており、このフィードバック回路に基準電圧と第
1の差動増幅回路の出力とが時系列的に印加されること
によりクランプ誤差を押えしかも差動増幅器の入力オフ
セット差を発生させないようにすることができる。この
ため高精度クランプを実現することができる。
(実施例) 以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
第1図は、本発明の一実施例にかかるクランプ回路の
回路図である。クランプ回路は2つの差動増幅回路の結
合により構成されており、ソースフォロア24,26および
インバータ25の縦続接続により第1の差動増幅回路が構
成されている。
またインバータ23、トランジスタ16,18,19,21および
キャパシタ17により第2の差動増幅回路が構成される。
第1の差動増幅回路の一方の入力端子33にはCCDイメー
ジセンサからの出力が入力され、他方の入力端子には第
2の差動増幅回路の出力がフィードバックされて入力さ
れる。
出力OUTは第1の差動増幅回路の出力として取り出さ
れ、この出力は第2の差動増幅回路の一方の入力にトラ
ンジスタ18を介して接続されている。
また第2の差動増幅回路の他方の入力端子15は基準電
源Vrefに接続される。トランジスタ16とトランジスタ18
とは結合して差動対を形成しており、それぞれのゲート
にはクロック信号φ2、φ1が印加される。
インバータ23の入力点34と差動対の接続点との間には
キャパシタ17が接続される。さらに入力点34と出力OUT
との間にはトランジスタ19が接続され、そのゲートには
クロック信号φ4が印加される。インバータ23の出力は
トランジスタ21を介して第1の差動増幅回路の他方の入
力端子に接続されており、トランジスタ21のゲートには
クロック信号φ3が印加される。
また第1の差動増幅回路の他方の入力端と接地点との
間にはキャパシタ22が接続される。
次に第1図の回路の動作を第2図に示すタイミングチ
ャートを用いて説明する。入力IN,出力OUTおよび各トラ
ンジスタのゲートに印加されるクロック信号φ1,φ2,φ
3,φ4のタイミング波形は第2図に示す波形となってい
る。入力INはCCDイメージセンサの出力であって、黒基
準画素の出力を4ビット出力したのちイメージ出力が出
力されるようになっており、この黒基準画素の出力中の
期間28〜32の間にクランプ動作が行われる。
まず、期間28においてクロック信号φ3、φ4をオン
し、回路を初期動作電圧に設定する。
第3図の参照番号37は、インバータ23の入力点34から
接続点40→41→42→43を経てOUTに至る経路において、
入力点34と出力点OUTの電圧関係を示した特性曲線であ
る。第3図からわかるように、初期動作電圧は期間28で
φ3、φ4がハイレベルでトランジスタ19、20がオンの
時、合成入出力特性の入出力短絡直線との交点35に設定
される。
このように動作点を設定すると、入力点34の電圧が設
定されると同時に反転増幅回路は増幅動作範囲にするこ
とが可能となる。
次に期間29を経た後、期間30に移行した直後にトラン
ジスタ16がオフされ、この時入力端39から接続点34→40
→41→42→43を経てOUTに至る経路において39から出力O
UTを見た入出力特性は第4図に示す入出力特性38とな
る。
この時の電圧は、入力端39においては基準電圧VREF
出力OUTでは第4図に示す接続点35の電圧と同じにな
る。また、接続点34における電圧も接続点35の電圧と同
じである。
期間31になると、トランジスタ18がオンされ、接続点
39→34→40→41→42→43を経てOUTに至る閉回路を形成
してクランプを行う。この時の34の電位は第2図に示さ
れるように接続点40、41、42(41の反転)、43(42の反
転)と順次伝達されていき、出力OUTの電圧は第4図に
示す入出力特性線38と入出力短絡直線との交点36とな
る。この電位36と基準電圧VREFの差VEは後述するクラン
プ誤差である。また、各インバータ23、24、25の電圧利
得が1以上の時、この電位36と接続点35の電位との電圧
差をΔ1とすると、期間31当初における電位変化量は接
続点40ではΔ1よりも大きいΔ2、接続点41では接続点
40と同じΔ2、接続点42ではΔ2よりも大きいΔ3、接
続点43ではΔ3とほぼ同じΔ4となっている。
期間31から32への移行時にクロックφ3の立下りでト
ランジスタ21をオフすることにより、キャパシタ22にこ
の時点の電圧を保持するクランプ動作を行う。その後、
期間32の終了時にトランジスタ18がオフされるが、その
時の出力電圧OUTは前述した電圧36となっている。
このようなクランプ動作は通常1ラインごとに行われ
る。
ここでクランプ誤差VEは第4図に示すように交点35に
おける初期電圧と交点36における出力OUTの電位差を反
転増幅回路の増幅率で割ったものとなる。交点35と交点
36との電位差VEは回路定数を適当に定めることにより1
〜2ボルトとなり増幅率は反転増幅段1段当りで8倍と
することができるため、全体では約500倍程度となる。
したがって、クランプ誤差を20〜40mV程度に設定する
ことができ、実用上十分高精度なものを得ることができ
る。
また、差動増幅回路を用いた場合に問題となる入力オ
フセット差も基準電圧を先に与えるようにしていること
から原理的に発生しない。
さらに、トランジスタ19によって反転増幅回路の入出
力間を短絡して初期設定を行うようにしているため入力
の初期設定を行うと同時に反転増幅回路を動作領域に設
定することができる。
第5図は本発明の他の実施例を示す回路図であって、
トランジスタ21の入力点と入力点34間すなわちインバー
タ23の入出力間にトランジスタ20を接続し、これにより
反転増幅回路の入力の初期設定を行うようにしたもので
ある。トランジスタ20のゲートには最初の黒基準画素か
らの信号読出しに対応してクロック信号φ4を印加す
る。このような構成を採用すると、初期設定の速度は速
くなる利点がある。ただし、反転増幅回路全体は動作領
域に入らない可能性もでてくるのでトランジスタ19を用
いる初期設定が好ましい。
また第1図の回路においてクランプ回路を保持するた
めのキャパシタ22とトランジスタ21とをソースフォロア
24の直前に設けたのは、クランプ終了時のクロック誘導
ノイズを低減するためである。すなわち、もし、トラン
ジスタ21とキャパシタ22がないとするとトランジスタ18
でクランプを終了することになり、クロック信号φ1の
誘導ノイズがインバータ23で増幅されてフィードバック
されてしまう。したがってこのような誘導ノイズを軽減
するためにトランジスタ21とキャパシタ22とを設けてい
る。
なお反転増幅回路に用いられるインバータ23,25の具
体的構成としては第3図および第4図に示すようなE/E
インバータやE/Dインバータが実用的である。
また、実施例におけるソースフォロア24,26はインバ
ータでもよく、第2の増幅器23は複数段により構成され
ていてもよい。
〔発明の効果〕
以上実施例に基づいて、詳細に説明したように本発明
では反転増幅回路の入出力段をスイッチングトランジス
タで基準電圧と時系列的に接続するようにしているた
め、入力の初期設定と反転増幅回路の動作点設定が容易
にできる。
また回路構成上、一般の差動増幅回路では問題となる
入力オフセットが軽減できる。したがって、本発明によ
ればクランプ誤差を軽減し、高精度のクランプ回路が実
現できる。また回路構成が比較的簡単であるためMOS製
造工程を用いてCCDイメージセンサ等の他の回路部分と
同一基板上に集積化して実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例にかかるクランプ回路の回路
図、第2図は第1図の動作を説明するためのタイミング
チャート、第3図および第4図は第1図の回路動作を説
明するための入出力特性図、第5図は本発明の他の実施
例を示す回路図、第6図および第7図は本発明で用いら
れるインバータ回路構成を示す回路図、第8図はCCDイ
メージセンサのアナログ出力を処理するための処理回路
のブロック図、第9図は第8図のサンプルホールド回路
およびクランプ回路の出力を示す波形図、第10図は従来
のクランプ回路の一例を示すブロック構成図である。 15……基準電源が接続される入力端、16,18,19,21……
スイッチングトランジスタ、17,22……キャパシタ、23,
25……インバータ、24,26……ソースフォロア回路。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1及び第2の入力端子と出力端子とをそ
    れぞれ備えた第1及び第2の差動増幅回路を含み、前記
    第1の差動増幅回路の出力端子は前記第2の差動増幅回
    路の第1の入力端子に結合され、前記第2の差動増幅回
    路の出力端子は前記第1の差動増幅回路の第2の入力端
    子に結合され、前記第2の差動増幅回路の第2の入力端
    子には基準電圧を印加し前記第1の差動増幅回路の第1
    の入力端子には入力信号電圧を印加して前記第1の差動
    増幅回路の出力端子からクランプ電圧をとり出すように
    したクランプ回路において、前記第1の差動増幅回路は
    入力段が2つのトランジスタを直列に接続し、各トラン
    ジスタの制御ゲートを第1及び第2の入力端子とする回
    路からなり、前記第2の差動増幅回路は入力段がそれぞ
    れの制御端子に第1のクロック信号及びこれに先行する
    第2のクロック信号が供給される第1及び第2のスイッ
    チングトランジスタからなる差動対トランジスタで、出
    力段が増幅回路でそれぞれ構成されており、さらに前記
    差動対トランジスタの共通接続点と前記第2の差動増幅
    回路中の増幅回路の入力点とは第1の静電容量素子を介
    して結合され、さらに第1の差動増幅回路の第2の入力
    端を入力とみて、第2の差動増幅回路の出力端を出力と
    みたとき入力信号が反転されて出力されるようにされた
    ことを特徴とするクランプ回路。
  2. 【請求項2】前記第2の差動増幅回路中のインバータ増
    幅回路の出力点を前記第2の差動増幅回路の出力端子と
    し、この出力端子と前記第1の差動増幅回路の第2の入
    力端子とを制御端子に黒基準画素からの信号出力中オン
    となる第3のクロック信号が供給される第3のスイッチ
    ングトランジスタで結合し、かつ前記第1の差動増幅回
    路の第2の入力端子と接地点との間に第2の静電容量素
    子を接続してなる特許請求の範囲第1項記載のクランプ
    回路。
  3. 【請求項3】前記第2の差動増幅回路中のインバータ増
    幅回路の入力点と前記第1の差動増幅回路の出力端子と
    の間または前記インバータ増幅回路の入出力端子間をそ
    の制御端子に第4のクロック信号が供給される第4のス
    イッチングトランジスタで結合してなる特許請求の範囲
    第1項又は第2項記載のクランプ回路。
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