JP2538031B2 - 半導体装置の駆動方法 - Google Patents
半導体装置の駆動方法Info
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- JP2538031B2 JP2538031B2 JP1043765A JP4376589A JP2538031B2 JP 2538031 B2 JP2538031 B2 JP 2538031B2 JP 1043765 A JP1043765 A JP 1043765A JP 4376589 A JP4376589 A JP 4376589A JP 2538031 B2 JP2538031 B2 JP 2538031B2
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- terminal
- transistor
- load control
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は半導体装置、とりわけ、いわゆるソースフォ
ロワ回路（以下、SFCと略記する）の駆動方法及びそれ
を用いた固体撮像装置に関するものである。
ロワ回路（以下、SFCと略記する）の駆動方法及びそれ
を用いた固体撮像装置に関するものである。
従来の技術 ソースフォロワ回路は、インピーダンス変換回路とし
てしばしば用いられている。
てしばしば用いられている。
第１図（ａ）にその代表的ななSFCの構成を示す。図
において、１は第一のトランジスターである、信号が入
力されるドライブトランジスター（以下、DTと略記）、
２は第二のトランジスターである、負荷抵抗としてのロ
ードトランジスター（以下、LTと略記）、３は信号出力
部６に接続された負荷容量、４はDT1の第三の端子であ
るゲートに接続された信号入力部、５はLT2の第三の端
子であるゲートに接続されたロード制御入力部、７は第
一の電源電圧であるVddに接続されるDT1の第一の端子、
８は第二の電源電圧であるVssに接続されるLT2の第二の
端子、９は充電電流、10は放電電流である。Vssは接地
電位であることが多い。
において、１は第一のトランジスターである、信号が入
力されるドライブトランジスター（以下、DTと略記）、
２は第二のトランジスターである、負荷抵抗としてのロ
ードトランジスター（以下、LTと略記）、３は信号出力
部６に接続された負荷容量、４はDT1の第三の端子であ
るゲートに接続された信号入力部、５はLT2の第三の端
子であるゲートに接続されたロード制御入力部、７は第
一の電源電圧であるVddに接続されるDT1の第一の端子、
８は第二の電源電圧であるVssに接続されるLT2の第二の
端子、９は充電電流、10は放電電流である。Vssは接地
電位であることが多い。
以下、図面を参照しながら従来のSFCの駆動方法につ
いて説明する。
いて説明する。
第２図は従来の駆動方法を説明する信号電圧波形図で
ある。20はDT1の第三の電極に印加される信号入力電
圧、21はLT2の第三の電極に印加されるロード制御電
圧、22は信号出力部６に発生する信号電圧である。
ある。20はDT1の第三の電極に印加される信号入力電
圧、21はLT2の第三の電極に印加されるロード制御電
圧、22は信号出力部６に発生する信号電圧である。
一般的なSFCの動作はVddからVssへ電流が流れ、信号
出力部６にはほぼ信号入力電圧、或いは信号入力信号20
からやや低電圧側にシフトした信号出力電圧22が発生す
る。しかしながら現実にはSFCの周波数特性のために、
第２図の信号出力電圧22のようにその波形がなまってし
まう。
出力部６にはほぼ信号入力電圧、或いは信号入力信号20
からやや低電圧側にシフトした信号出力電圧22が発生す
る。しかしながら現実にはSFCの周波数特性のために、
第２図の信号出力電圧22のようにその波形がなまってし
まう。
発明が解決しようとする課題 DT1のコンダクタンスをgm,LT2を負荷抵抗と見たとき
の抵抗をｒとすると、このSFCのゲインＧはＧ＝gm・r/
（１＋gm・ｒ）と書けることが知られている。
の抵抗をｒとすると、このSFCのゲインＧはＧ＝gm・r/
（１＋gm・ｒ）と書けることが知られている。
さて、このSFCの周波数特性はDT1による充電電流９及
びLT2による放電電流10に起因する負荷容量３への充放
電特性によって決定される。この放電特性を決定するLT
2の駆動方法としては、第２図に示すように、従来はLT
のゲートに印加される電圧（ロード制御電圧）は直流電
圧であった。
びLT2による放電電流10に起因する負荷容量３への充放
電特性によって決定される。この放電特性を決定するLT
2の駆動方法としては、第２図に示すように、従来はLT
のゲートに印加される電圧（ロード制御電圧）は直流電
圧であった。
しかしこの場合、周波数特性を上げるためにロード制
御電圧21を高くして（ｒを小さくして）放電電流10を大
きくすると、放電特性は改善されるが放電電流10が充電
中にも流れるため、充電時の周波数特性が劣化する。ま
た上に示した式で与えられるSFCのゲインも低下する。
反対に、SFCのゲインを高くするために、ロード制御電
圧21を低くすると、第２図に示すごとく信号出力電圧22
の周波数特性、特に立ち下がり特性が悪くなる。
御電圧21を高くして（ｒを小さくして）放電電流10を大
きくすると、放電特性は改善されるが放電電流10が充電
中にも流れるため、充電時の周波数特性が劣化する。ま
た上に示した式で与えられるSFCのゲインも低下する。
反対に、SFCのゲインを高くするために、ロード制御電
圧21を低くすると、第２図に示すごとく信号出力電圧22
の周波数特性、特に立ち下がり特性が悪くなる。
本発明は上記欠点に鑑み、ソースフォロワ回路におい
て高い周波数特性と高いゲインを両立させる駆動方法を
提供するものである。
て高い周波数特性と高いゲインを両立させる駆動方法を
提供するものである。
課題を解決するための手段 上記問題点を解決するために、本発明の駆動方法は上
記ロード制御電圧をクロック電圧とするものである。
記ロード制御電圧をクロック電圧とするものである。
作用 上記構成のようにすれば、有効期間と非有効期間が交
互に存在する入力信号電圧の非有効期間中にのみLTのコ
ンダクタンスを高くすることができ、放電電流を大きく
しゲインを低下させることなく周波数特性を改善するこ
とが出来る。
互に存在する入力信号電圧の非有効期間中にのみLTのコ
ンダクタンスを高くすることができ、放電電流を大きく
しゲインを低下させることなく周波数特性を改善するこ
とが出来る。
実施例 以下、本発明の第一の実施例として、第１図（ａ）に
示した構成のSFCを駆動する方法について、同図（ｂ）
の波形図を参照しながら説明する。
示した構成のSFCを駆動する方法について、同図（ｂ）
の波形図を参照しながら説明する。
同図の11はDT1の信号入力部４に印加される信号入力
電圧、12はロード制御入力部５に印加されるロード制御
電圧、13は信号出力部６に発生する信号出力電圧、14は
入力信号の有効期間、15は入力信号の非有効期間であ
る。本実施例ではロード制御電圧12が第２図21のような
直流電圧ではなく、非有効期間15内に電圧Vh16のパルス
電圧が立ち、その期間のLT2のコンダクタンスを大きく
している。したがってこの期間の放電特性を大幅に改善
することができる。また、入力信号有効期間中のロード
制御電圧12の電圧Vm17は第２図のVm23よりも低い電圧で
よいため第２図に示したような従来の駆動方法によるよ
りも高いゲインが得られる。
電圧、12はロード制御入力部５に印加されるロード制御
電圧、13は信号出力部６に発生する信号出力電圧、14は
入力信号の有効期間、15は入力信号の非有効期間であ
る。本実施例ではロード制御電圧12が第２図21のような
直流電圧ではなく、非有効期間15内に電圧Vh16のパルス
電圧が立ち、その期間のLT2のコンダクタンスを大きく
している。したがってこの期間の放電特性を大幅に改善
することができる。また、入力信号有効期間中のロード
制御電圧12の電圧Vm17は第２図のVm23よりも低い電圧で
よいため第２図に示したような従来の駆動方法によるよ
りも高いゲインが得られる。
本発明の第二の実施例について、第３図の波形図を用
いて説明する。この実施例の駆動方法が第一の実施例と
異なる点は、ロード制御電圧31が三値パルスとなり、入
力信号の非有効期間から有効期間への切り替わりの前後
にわたってVm34よりも低い電圧V135の期間が存在してい
ることである。
いて説明する。この実施例の駆動方法が第一の実施例と
異なる点は、ロード制御電圧31が三値パルスとなり、入
力信号の非有効期間から有効期間への切り替わりの前後
にわたってVm34よりも低い電圧V135の期間が存在してい
ることである。
このV135の期間中は第１図の放電電流10が減少するた
め充電特性、すなわち立ち上がりの周波数特性も改善さ
れる。このようにロード制御電圧31が信号入力電圧30の
レベル変化のタイミングに応じて三つの電圧値からな
り、低電圧、中電圧、高電圧の順序で変化するので、第
２の実施例では立ち上がり、立ち下がりの両周波数特性
とも改善される。
め充電特性、すなわち立ち上がりの周波数特性も改善さ
れる。このようにロード制御電圧31が信号入力電圧30の
レベル変化のタイミングに応じて三つの電圧値からな
り、低電圧、中電圧、高電圧の順序で変化するので、第
２の実施例では立ち上がり、立ち下がりの両周波数特性
とも改善される。
CCD型固体撮像素子においては、素子の出力部にソー
スフォロワ回路が用いられることが多く、その駆動には
本発明の第一または第二の実施例の方法がともに有効で
ある。
スフォロワ回路が用いられることが多く、その駆動には
本発明の第一または第二の実施例の方法がともに有効で
ある。
次に本発明における第三の実施例について説明する。
これは増幅型固体撮像素子に関するものである。
これは増幅型固体撮像素子に関するものである。
最近注目されている固体撮像素子の一つにいわゆる増
幅型固体撮像素子と呼ばれるタイプのものがある。固体
撮像素子は、行列状に配列された光電変換素子が形成さ
れている。増幅型では各々の光電変換素子がトランジス
ターのゲート部と接続されているか、もしくは光電変換
素子そのものがゲート部になっている。そして各々のト
ランジスターをドライブトランジスターとし、もう一つ
のトランジスターをロードトランジスターとしてソース
フォロワ回路を構成する。この時のロードトランジスタ
ーは光電変換部の全ドライブトランジスターもしくは一
列毎に全ドライブトランジスターに共通のトランジスタ
ーが用いられる。このソースフォロワ回路によって、光
電変換素子に蓄積された信号電荷による電位変動でドラ
イブトランジスターのゲート電位を変調しソースフォロ
ワ回路の出力部の電位をそのまま電圧として、もしくは
電流として取り出す． そして一つの例として電圧で取り出す方式の構成を第
４図に示す（例えばジェイ・ハイネチェック著：アイ
イー イー イー トランザクションズ オン エレク
トロン デバイセズ 35巻P646−652 1988）。同図で5
0,51,………は光電変換素子をゲート部で兼ねているド
ライブトランジスター、54はこの列の信号線、53はこの
列のドライブトランジスターに共通接続されたロードト
ランジスター、58はVDD電源接続端子、59はVss電源接続
端子であり、これらは各列毎に一組ずつ形成されてい
る。
幅型固体撮像素子と呼ばれるタイプのものがある。固体
撮像素子は、行列状に配列された光電変換素子が形成さ
れている。増幅型では各々の光電変換素子がトランジス
ターのゲート部と接続されているか、もしくは光電変換
素子そのものがゲート部になっている。そして各々のト
ランジスターをドライブトランジスターとし、もう一つ
のトランジスターをロードトランジスターとしてソース
フォロワ回路を構成する。この時のロードトランジスタ
ーは光電変換部の全ドライブトランジスターもしくは一
列毎に全ドライブトランジスターに共通のトランジスタ
ーが用いられる。このソースフォロワ回路によって、光
電変換素子に蓄積された信号電荷による電位変動でドラ
イブトランジスターのゲート電位を変調しソースフォロ
ワ回路の出力部の電位をそのまま電圧として、もしくは
電流として取り出す． そして一つの例として電圧で取り出す方式の構成を第
４図に示す（例えばジェイ・ハイネチェック著：アイ
イー イー イー トランザクションズ オン エレク
トロン デバイセズ 35巻P646−652 1988）。同図で5
0,51,………は光電変換素子をゲート部で兼ねているド
ライブトランジスター、54はこの列の信号線、53はこの
列のドライブトランジスターに共通接続されたロードト
ランジスター、58はVDD電源接続端子、59はVss電源接続
端子であり、これらは各列毎に一組ずつ形成されてい
る。
動作させるときは、デコーダー57によって行選択線5
5,56,………の中から選択された行選択線に所定の電圧
を印加することによって、その行のドライブトランジス
ターが構成するソースフォロワ回路を動作状態にして信
号線54から出力を得る。この時の出力は選択された行の
ドライブトランジスターのゲート部の電位に応じた、す
なわち光電変換素子に蓄積された信号電荷量に応じた電
圧が得られる． しかしこのような方式の撮像素子においては、各光電
変換素子が独立したドライブトランジスターを有してい
るが、加工精度のばらつきのためにそれぞれのドライブ
トランジスターのgmがばらつき、その結果各々のソース
フォロワ回路のゲインがばらつく。このことは、例えば
均一な光が入射された場合でも、各々の光電変換素子の
ソースフォロワ回路から得られる電圧がばらつくことに
なり、再生画面上では固定パターンが発生するという問
題がある。
5,56,………の中から選択された行選択線に所定の電圧
を印加することによって、その行のドライブトランジス
ターが構成するソースフォロワ回路を動作状態にして信
号線54から出力を得る。この時の出力は選択された行の
ドライブトランジスターのゲート部の電位に応じた、す
なわち光電変換素子に蓄積された信号電荷量に応じた電
圧が得られる． しかしこのような方式の撮像素子においては、各光電
変換素子が独立したドライブトランジスターを有してい
るが、加工精度のばらつきのためにそれぞれのドライブ
トランジスターのgmがばらつき、その結果各々のソース
フォロワ回路のゲインがばらつく。このことは、例えば
均一な光が入射された場合でも、各々の光電変換素子の
ソースフォロワ回路から得られる電圧がばらつくことに
なり、再生画面上では固定パターンが発生するという問
題がある。
しかし前に述べたSFCのゲインの式の中でgm・ｒ≫１
を満たせばゲインＧが１に非常に近くなり、ばらつきが
非常に小さくなることがわかる。すなわち、ｒ≫1/gmを
満たせばよいことになる。しかし単にｒを大きくしただ
けでは（すなわち単にLT53のロード制御入力部60に印加
する電圧を直流電圧のまま下げただけでは）、このSFC
の周波数特性の劣化のため実用的ではない。
を満たせばゲインＧが１に非常に近くなり、ばらつきが
非常に小さくなることがわかる。すなわち、ｒ≫1/gmを
満たせばよいことになる。しかし単にｒを大きくしただ
けでは（すなわち単にLT53のロード制御入力部60に印加
する電圧を直流電圧のまま下げただけでは）、このSFC
の周波数特性の劣化のため実用的ではない。
本発明の第三の実施例は、このような不都合を解消す
るものである。第４図の行選択線55に接続された行を読
み出す場合について、第５図を用いて説明する。同図で
70は読み出される行選択線55に印加される電圧、71は読
み出さない行選択線56………に印加される電圧、72は各
列のロードトランジスター53のロード制御入力部60に印
加されるロード制御電圧、73は信号線54の電圧（SFCの
出力電圧）、74は読み出し期間で通常は水平帰線期間内
に設けられる。本素子の動作モードでは、光電変換素子
に信号電荷が蓄積された状態（時刻t1）と蓄積されてい
ない状態（時刻t2）とを読み出す。V0はドライブトラン
ジスターを非導通状態にする電圧、V1はドライブトラン
ジスターを導通状態にする電圧、V2は光電変換素子に蓄
積されている信号電荷をリセットして初期状態にする電
圧である。
るものである。第４図の行選択線55に接続された行を読
み出す場合について、第５図を用いて説明する。同図で
70は読み出される行選択線55に印加される電圧、71は読
み出さない行選択線56………に印加される電圧、72は各
列のロードトランジスター53のロード制御入力部60に印
加されるロード制御電圧、73は信号線54の電圧（SFCの
出力電圧）、74は読み出し期間で通常は水平帰線期間内
に設けられる。本素子の動作モードでは、光電変換素子
に信号電荷が蓄積された状態（時刻t1）と蓄積されてい
ない状態（時刻t2）とを読み出す。V0はドライブトラン
ジスターを非導通状態にする電圧、V1はドライブトラン
ジスターを導通状態にする電圧、V2は光電変換素子に蓄
積されている信号電荷をリセットして初期状態にする電
圧である。
この図から行選択線55,56,………に印加される電圧が
変化した直後にロード制御入力部60に電圧Vhのパルスを
印加することによりSFCの出力電圧73を短い時定数で強
制的に下げるため読み出す時刻t1,t2のロード制御電圧7
2が低電圧Vm（大きなｒ）であっても充分な周波数特性
で追随することが出来る． これによって読み出す時点では大きなｒが実現できる
ため各々のSFCのゲインは１に近い値でばらつきが非常
に小さくなり、固定パターン雑音を著しく減少させるこ
とが出来る。
変化した直後にロード制御入力部60に電圧Vhのパルスを
印加することによりSFCの出力電圧73を短い時定数で強
制的に下げるため読み出す時刻t1,t2のロード制御電圧7
2が低電圧Vm（大きなｒ）であっても充分な周波数特性
で追随することが出来る． これによって読み出す時点では大きなｒが実現できる
ため各々のSFCのゲインは１に近い値でばらつきが非常
に小さくなり、固定パターン雑音を著しく減少させるこ
とが出来る。
増幅型撮像素子については一つの方式のみについて説
明したが、光電変換素子の電位の情報をソースフォロワ
回路を用いて得ようとするタイプの素子には本発明は有
効である。
明したが、光電変換素子の電位の情報をソースフォロワ
回路を用いて得ようとするタイプの素子には本発明は有
効である。
さらに本発明は、もっと一般的に信号入力をソースフ
ォロワ回路でインピーダンス変換し、その出力を非連続
的に用いる半導体装置にも有効である。
ォロワ回路でインピーダンス変換し、その出力を非連続
的に用いる半導体装置にも有効である。
発明の効果 以上述べたように、本発明によれば、入力信号をソー
スフォロワ回路でインピーダンス変換し、その出力を非
連続的に用いる半導体装置において、その出力を用いな
い非有効期間にソースフォロワ回路のロードトランジス
ターのゲートにパルス電圧を印加し、そのコンダクタン
スを高くすることによってソースフォロワ回路の周波数
特性を大幅に改善することが出来る。それとともに出力
を用いる有効期間にはゲートにパルス電圧が印加されな
いから、ソースフォロワ回路のゲインを高く保つことが
出来、その実用的効果は大なるものがある。
スフォロワ回路でインピーダンス変換し、その出力を非
連続的に用いる半導体装置において、その出力を用いな
い非有効期間にソースフォロワ回路のロードトランジス
ターのゲートにパルス電圧を印加し、そのコンダクタン
スを高くすることによってソースフォロワ回路の周波数
特性を大幅に改善することが出来る。それとともに出力
を用いる有効期間にはゲートにパルス電圧が印加されな
いから、ソースフォロワ回路のゲインを高く保つことが
出来、その実用的効果は大なるものがある。
第１図（ａ）はソースフォロワ回路の構成図、同図
（ｂ）は本発明の第一の実施例を説明するための図、第
２図は従来例を説明するための図、第３図は本発明の第
二の実施例を説明するための図、第４図は増幅型撮像素
子の要部構成図、第５図は本発明の第三の実施例を説明
するための図である。 １……ドライブトランジスター、２……ロードトランジ
スター、４……信号入力部、５……ロード制御入力部、
６……信号出力部、７……第一のトランジスターの第一
の端子、８……第二のトランジスターの第二の端子、９
……充電電流、10……放電電流、11、20、30……信号入
力電圧、12、21、31……ロード制御電圧、13、22、32…
…信号出力電圧、50、51……ドライブトランジスター、
53……ロードトランジスター、54……信号線、55、56…
…行選択線、57……デコーダー、58……VDD電源端子、5
9……Vss電源端子、60……ロード制御入力端子、70……
行選択線に印加される電圧、71……読み出さない行選択
線に印加される電圧、72……ロード制御電圧、73……信
号線の電圧。
（ｂ）は本発明の第一の実施例を説明するための図、第
２図は従来例を説明するための図、第３図は本発明の第
二の実施例を説明するための図、第４図は増幅型撮像素
子の要部構成図、第５図は本発明の第三の実施例を説明
するための図である。 １……ドライブトランジスター、２……ロードトランジ
スター、４……信号入力部、５……ロード制御入力部、
６……信号出力部、７……第一のトランジスターの第一
の端子、８……第二のトランジスターの第二の端子、９
……充電電流、10……放電電流、11、20、30……信号入
力電圧、12、21、31……ロード制御電圧、13、22、32…
…信号出力電圧、50、51……ドライブトランジスター、
53……ロードトランジスター、54……信号線、55、56…
…行選択線、57……デコーダー、58……VDD電源端子、5
9……Vss電源端子、60……ロード制御入力端子、70……
行選択線に印加される電圧、71……読み出さない行選択
線に印加される電圧、72……ロード制御電圧、73……信
号線の電圧。
Claims (5)
- 【請求項１】第一のトランジスターの第１の端子に第１
の電源電圧を印加し、第１のトランジスターの第二の端
子と第二のトランジスターの第一の端子との接続端子を
出力端子とし、第二のトランジスターの第二の端子に第
二の電源電圧を印加し、第一のトランジスターの第三の
端子に信号入力電圧を印加し、第二のトランジスターの
第三の端子にロード制御電圧としてのクロック電圧を引
加することを特徴とする半導体装置の駆動方法。 - 【請求項２】信号入力電圧が一定の周波数成分を有する
電圧であり、ロード制御電圧がこれと同じ周波数のクロ
ック電圧であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の半導体装置の駆動方法。 - 【請求項３】ロード制御電圧が三つの電圧値からなり、
低電圧、中電圧、高電圧の順序で現れることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項または第２項記載の半導体装置
の駆動方法。 - 【請求項４】出力端子に現れた電圧出力を非連続的に用
い、その電圧出力を用いない期間に第二のトランジスタ
ーの第三の端子にパルス電圧を印加することを特徴とす
る特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の半
導体装置の駆動方法。 - 【請求項５】固体撮像装置の信号電荷量の情報を有する
電圧が、信号入力電圧であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項、第２項、第３項または第４項記載の半導
体装置の駆動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1043765A JP2538031B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 半導体装置の駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1043765A JP2538031B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 半導体装置の駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02222380A JPH02222380A (ja) | 1990-09-05 |
| JP2538031B2 true JP2538031B2 (ja) | 1996-09-25 |
Family
ID=12672852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1043765A Expired - Lifetime JP2538031B2 (ja) | 1989-02-23 | 1989-02-23 | 半導体装置の駆動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2538031B2 (ja) |
-
1989
- 1989-02-23 JP JP1043765A patent/JP2538031B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02222380A (ja) | 1990-09-05 |
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