JP3658267B2 - SIGNAL TRANSFER METHOD, SIGNAL TRANSFER METHOD FOR SOLID-STATE IMAGING DEVICE USING THE SIGNAL TRANSFER METHOD, SIGNAL TRANSFER DEVICE, AND SOLID-STATE IMAGING DEVICE USING THE SIGNAL TRANSFER DEVICE - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は信号転送方法と該信号転送方法を用いた固体撮像装置の信号転送方法、信号転送装置及び該信号転送装置を用いた固体撮像装置に係わり、特に、複数の信号源から、各複数の信号源ごとに設けられたスイッチ手段を介して順次信号を共通線に転送し、入力端子が該共通線に接続され且つ入出力端子が容量を介して接続された増幅手段を通して、該信号を転送する信号転送方法と該信号転送方法を用いた固体撮像装置の信号転送方法、信号転送装置及び該信号転送装置を用いた固体撮像装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数の信号源からの信号を信号転送用スイッチを介して共通線に転送する信号転送装置は、例えば固体撮像装置に用いられている。
【0003】
図5は従来のMOS型固体撮像装置の模式的構成図である。図5に示すように、センサーセル1は行列に2次元的に配置されており、垂直シフトレジスタ11からの信号2(2−1,2−2,…)によってセンサーセル1を活性化させたり、リセット状態にしたりする制御が行われる。
【0004】
各センサーセル1の出力端子は垂直信号線5(5−1,5−2,…,5−n)に接続され、センサーセル1で発生した信号電圧はこの垂直信号線5に現われ、クランプ容量3(3−1,3−2,…,3−n)に電荷として保存される。図示されないスイッチ、容量などで各センサーセル1で発生するバラツキをキャンセルする場合が多い。クランプ容量3に保存されている信号電荷は、水平シフトレジスタ12からの水平選択信号7(7−1,7−2,…,7−n)によって水平選択スイッチ4(4−1,4−2,…,4−n)が順次導通することにより、水平信号線6を介して負帰還容量8を有する差動増幅器9の反転入力端子へ転送され、出力端子13から電圧として出力される。差動増幅器9の非反転入力端子は基準電圧源10に接続される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記固体撮像装置において、水平選択スイッチ4は通常MOSトランジスタで構成され、例えば水平選択スイッチ4として図6に示すようなNMOSトランジスタが用いられる。図6において、21はゲート、22はn型半導体で形成されたソースまたはドレイン拡散領域、23はp型のウェル拡散領域、25はゲート酸化膜である。図6から分かるように、ソース/ドレイン領域22とPウェル領域23との間にはPN接合容量が形成され、Pウェル領域23は通常半導体集積回路内での最低電位であるGNDへ接続されるため、ソース/ドレイン領域22はGNDを対極に、ある値のPN接合容量を有することになる(以降、これをCjとする)。また図6で示した24は、ソース/ドレイン領域22の拡散がある程度横方向にも行われることによる、ゲート21との重なり部分を示しており、ゲート酸化膜25を誘電体にした、いわゆる重なり容量がゲート21とソース/ドレイン領域22との間に形成される(以降、これをCovとする)。
【0006】
したがって、図5における水平信号線6には、接続された水平選択スイッチ4が上記寄生容量Cj,Covを有するために、図7に示すような等価回路での容量15,16が付随することになる。図7は従来例である図5の垂直信号線5から出力端子13までの信号転送経路の等価回路を示している。
【0007】
図7において、5(5−1,5−2,…,5−n)は垂直信号線、3(3−1,3−2,…,3−n)はクランプ容量、4(4−1,4−2,…,4−n)は水平転送スイッチ、6は水平信号線、7(7−1,7−2,…,7−n)は水平シフトレジスタ12から出力される水平選択線、8は出力アンプ9によって、信号電荷を信号電圧に変換するための負帰還容量、14(14−1,14−2,…,14−n)は水平選択線7を駆動する水平シフトレジスタ12内の駆動ゲートの出力インピーダンスを表し、図7では例として水平転送スイッチ4をNMOSトランジスタで構成し、その水平転送スイッチがOFFとなる水平選択線7が“L”レベルである時に、GNDに対して形成される前記駆動ゲートの出力インピーダンスを出力インピーダンス14としている。15(15−1,15−2,…,15−n)は水平転送スイッチ4であるNMOSトランジスタのソース−ウェル間のPN接合寄生容量を表し、16(16−1,16−2,…,16−n)は、このNMOSトランジスタのゲート−ソース間の重なり容量を表している。図7から明かなように水平信号線6には上記の寄生容量の総和として、
Ctot =n×(Cj +Cov)
(nは固体撮像装置の垂直信号線数)
の容量が付随し、固体撮像装置の総画素数が数十万〜数百万画素のような多画素になると、上記寄生容量Ctot は数pF〜数十pFの大きさになってしまい、この寄生容量Ctot の容量は出力アンプ9によって駆動されることになり、出力アンプ9から見た容量Ctot を含めた等価回路は図8のようになる。
【0008】
図8において、9は出力アンプ、8は負帰還容量、r0 は出力アンプ9の等価出力インピーダンス、VNは出力アンプの入力換算ランダムノイズ源である。したがって、図8での出力アンプ9は出力インピーダンス0、ランダムノイズ0の理想アンプとしている。出力アンプ9の出力から負極入力端子(−)に至る伝達関数は次式のように表せる。
【0009】
【数1】
ここで、Sはラプラス演算子、CN は負帰還容量8の容量値である。
【0010】
上式(数1)から明らかなように、伝達関数はローパスフィルターの形であり、寄生容量Ctot の値によってそのカットオフ周波数が影響される。したがって寄生容量Ctot の存在によって出力アンプ9はその帯域が狭くなり、出力駆動速度が低下してしまうという課題が生じることになる。
【0011】
また、出力アンプ9のもつランダムノイズ(VN)が寄生容量Ctotによって増幅されてしまうことになる(VN×(Ctot/CN))。
【0012】
本発明の目的は、出力アンプにつながる寄生容量を低減することができる信号転送方法と該信号転送方法を用いた固体撮像装置の信号転送方法、信号転送装置及び該信号転送装置を用いた固体撮像装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の信号転送方法は、複数の信号源から、各複数の信号源ごとに設けられたスイッチ手段を介して順次信号電荷を共通線に転送し、該共通線に転送された信号電荷を電圧に変換して出力する電荷電圧変換手段を通して信号を転送する信号転送方法において、
前記電荷電圧変換手段は、非反転入力端子に基準電圧源が接続され、反転入力端子に前記共通線に接続される、差動増幅器であり、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積する容量とを含み、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積する容量とを含み、
信号電荷を前記共通線に転送する場合に、前記共通線の信号レベルに基づいて、前記共通線につながる寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御することを特徴とするものである。
【0015】
本発明の固体撮像装置の信号転送方法は、上記本発明の信号転送方法を用いたものである。
【0016】
本発明の信号転送装置は、複数の信号源と、各複数の信号源ごとに設けられた絶縁ゲート型トランジスタからなるスイッチ手段と、各スイッチ手段を介して順次、前記複数の信号源からの信号電荷が転送される共通線と、該共通線に転送された信号電荷を電圧に変換して出力する、前記共通線に接続された電荷電圧変換手段と、該共通線の転送信号電圧に直流オフセット電圧を加えた電圧を前記絶縁ゲート型トランジスタのバックゲートに入力する入力手段とを有し、
前記電荷電圧変換手段は、非反転入力端子に基準電圧源が接続され、反転入力端子に前記共通線に接続される、差動増幅器であり、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積する容量とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積する容量とを含むことを特徴とするものである。
【0017】
本発明の信号転送装置は、複数の信号源と、
各複数の信号源ごとに設けられたスイッチ手段と、
各スイッチ手段を介して順次、前記複数の信号源からの信号電荷が転送される共通線と、
前記共通線に転送された信号電荷を電圧に変換して出力する、前記共通線に接続された電荷電圧変換手段と、
信号を前記共通線に転送する場合に、前記共通線の信号レベルに基づいて、前記共通線につながる寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御する寄生容量制御手段とを有し、
前記電荷電圧変換手段は、非反転入力端子に基準電圧源が接続され、反転入力端子に前記共通線に接続される、差動増幅器であり、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積する容量とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積する容量とを含むことを特徴とするものである。
【0018】
本発明の固体撮像装置は、上記本発明の信号転送装置を用いたものである。
【0019】
本発明の好適な態様は、入出力端子が容量を介して接続された出力アンプの入力端子に付随する寄生容量、例えば共通線に接続される水平転送スイッチに付随する2つの寄生容量(ソース−ウェル間PN接合容量Cjとゲート−ソース間重なり容量Cov)を低減するものであり、寄生容量そのものの値を小さくするのではなく、寄生容量の端子間電圧を一定又は一定に近い状態にすることで、寄生容量への電荷の流入出をなくし、見かけ上容量として機能しないようにする。上記2つの寄生容量Cj,Covの一方の端子は共通線となる水平信号線に接続されているので、その水平信号線の電圧に等しい電圧が上記2つの寄生容量のもう一方の端子に印加されるようにすれば、上記2つの容量の端子間電圧は一定(この場合は0)になる。
【0020】
ただし、ソースとバックゲート(基板側の電極)との間にあるソース−ウェル間のPN接合が常に0Vもしくは逆バイアスになり、スイッチとしての機能を損なわないようにしたり、水平シフトレジスタ内の駆動ゲート出力によって水平転送スイッチがOFFする場合にはOFFが維持されるよう、2つの寄生容量のもう一方の端子へ印加する電圧は、水平信号線の電圧にある値のDC(直流)電圧を足すことが望ましい。
【0021】
なお、本発明における寄生容量としてはスイッチ手段の寄生容量が挙げられるが、特にスイッチ手段に限定されず、共通線につながる他の素子により生ずる寄生容量も含まれ、かかる寄生容量の制御もスイッチ手段の寄生容量の制御と同様に行うことができる。さらに、本発明のスイッチ手段の寄生容量の制御は共通線からの信号に基づいて行う場合に限定されず、共通線の信号電圧と同様の電圧変動を行う信号発生手段等により(すなわち、スイッチ手段を介して出力される信号に対応する信号により)寄生容量の制御を行ってもよい。
【0022】
本発明は固体撮像装置に好適に用いられるものであるが、特に固体撮像装置に限定されず、半導体メモリ、フラットディスプレイ等の表示装置等における信号転送装置に用いることができる。
【0023】
信号源からの信号を転送するスイッチ手段としては、バイポーラトランジスタ,CMOSトランジスタ,MOSトランジスタ等で構成されるトランジスタスイッチ、マイクロスイッチ等を用いることができる。
【0024】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明する。
【0025】
図1は本発明の固体撮像装置における一実施例を示す回路構成図であり、センサーセルを行列に2次元的に配置したMOS固体撮像装置を示している。
【0026】
図1において、1はセンサーセルであり、垂直シフトレジスタ11からの信号2(2−1,2−2,…,2−n)によって活性化したり、リセット状態になる。各センサーセル1の出力は垂直信号線5(5−1,5−2,…,5−n)に接続され、センサーセル1で発生する信号電圧はこの垂直信号線5に現われ、クランプ容量3(3−1,3−2,…,3−n)に信号電荷として蓄えられ、その後水平シフトレジスタ12からの水平選択信号7(7−1,7−2,…,7−n)によって水平選択スイッチ4(4−1,4−2,…,4−n)が順次ONし、クランプ容量3に蓄えられていた信号電荷が、水平信号線6を介して負帰還容量8を有する差動増幅器9の反転入力端子へ転送され、出力端子13から電圧として出力される。差動増幅器9の非反転入力端子は基準電圧源10に接続される。20は信号転送装置となる回路部分を示す。
【0027】
ここで例として、1列目の垂直信号線の信号電荷をクランプ容量を介して水平信号線へ伝達する場合について説明する。この場合、水平シフトレジスタ12内の第1列目の水平転送スイッチ4−1を駆動するCMOSインバーター(15−1,16−1)の入力端子17−1は“L”レベルになり、同水平シフトレジスター内の他のCMOSインバーター(15−2,16−2,…,15−n,16−n)の入力端子(17−2,…,17−n)は“H”レベルになっているとする。CMOSインバーターの構成において、PMOSトランジスタ15(15−1,15−2,…,15−n)のソースは電源へ、ドレインは出力端子に接続されており、NMOSトランジスタ16(16−1,16−2,…,16−n)のドレインは出力端子に接続され、ソースはバッファーアンプ18の出力端子に接続された配線19に接続されている。図1に示すCMOSインバーターが通常のCMOSインバーターと異なるのは、NMOSトランジスタ16のソースが、バッファーアンプ18の出力端子に接続された配線19に接続されていることである。
【0028】
入力端子17−1は“L”レベルであるので、PMOSトランジスタ15−1はON、NMOSトランジスタ16−1はOFFとなり、第1列目の水平選択信号線7−1は“H”レベルである。他の入力端子17−2,…,17−nは“H”レベルであるので、PMOSトランジスタ15−2,…,15−nはOFF、NMOSトランジスタ16−2,…,16−nはONになり、第2列目以降の水平選択信号線7−2,…,7−nの電位はバッファーアンプ18の出力電位に等しい値になる。バッファーアンプ18は、その入力端子に接続された水平信号線6の電位に、ある値のDC電圧を加えた電圧を出力するように設定されているものとすると、第2列目以降の水平選択信号線7−2,…,7−nの電位も(水平信号線6の電位+ある値のDC電圧)に等しくなる。
【0029】
したがって、第2列目以降の水平選択スイッチ4−2,…,4−nのゲート−ソース間電圧は(あるDC電圧)になり、一定になる。
【0030】
また配線19は各水平選択スイッチ4のウェルにも接続されており、上記ゲートの場合と同様にソース−ウェル間電圧も一定になる。
【0031】
以上の説明から2つの寄生容量(ゲート−ソース間重なり容量Cov、ソース−ウェル間重なり容量Cj)の端子間電圧は一定になり、電荷の移動がなくなるため見かけ上容量としては機能しなくなる。
【0032】
図2は図1におけるバッファーアンプ18の一例であって、NMOSソースフォロワーとなっており、31は入力端子、32は出力端子、33はバイアス電流源である。
【0033】
この場合の入力端子と出力端子の端子間電圧はNMOSトランジスタのゲート−ソース間電圧に等しく、NMOSトランジスタのゲート幅、ゲート長の大きさや電流源33の電流値でほぼ任意に設定でき、その値は図1における水平転送スイッチ4でのソース/ドレイン−ウェル間のPN接合が、あるゆる駆動条件下で順バイアスにならないように設定すれば良い。
【0034】
なお、図1における水平シフトレジスタ12での水平選択線7を駆動するゲートはインバーターに限らず、水平転送スイッチ4がOFFのときに水平選択線7の電位が図1のバッファーアンプ18の出力電位に等しくなり、水平転送スイッチ4がONになる時には“H”レベルが出力されるよう構成すれば良い。さらに増幅器9は差動型である必要性はなく、CMOSインバーターのような単極入力端子の増幅器でも全く同様の動作となる。また図1では垂直信号線の信号電荷をクランプ容量を介して水平信号線へ伝達する場合について説明したが、サンプル−ホールド容量を介して水平信号線へ信号電荷を伝達する場合も全く同様の効果が得られる。
【0035】
図3は本実施例に用いることのできる固体撮像装置における画素の等価回路図である。なお、ここではエリアセンサに用いる画素構成を示しているが、画素を一列に配列する場合は選択スイッチQ14は設けなくて良い。
【0036】
図3において、505が光電変換部にあたるホトダイオードである。Q13が増幅手段にあたるソースフォロワアンプの入力MOSトランジスタであり、Q14は読み出す行を選択するための選択スイッチである。ソースフォロワの定電流負荷は図示していないが、信号出力線504に接続されている。Q12はソースフォロワの入力端子をリセットするためのリセットスイッチであり、増幅手段の入力部のリセット手段にあたる。Q11は、ホトダイオード505の光信号を信号増幅手段であるソースフォロワの入力部に転送するための転送スイッチであり、電荷転送手段にあたる。501は電源線、502はリセットスイッチ線、503は選択スイッチ線、506は転送スイッチ線である。
【0037】
図4は画素を一列に配列する場合の本発明の固体撮像装置における実施例を示す回路構成図である。かかる固体撮像装置においても図1の固体撮像装置と同様な本発明の効果を得ることができる。本実施例において、寄生容量制御手段は、バッファーアンプ18と、バッファーアンプ18と水平選択スイッチのバックゲート及びNMOSトランジスタ16とを接続する配線19とで構成されている。
【0038】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、共通線につながる寄生容量を見かけ上なくすることによって、出力アンプの入力端子、すなわち水平信号線に付随する寄生容量を大幅に削減し、出力アンプの高速動作を可能にし、かつ出力アンプのもつランダムノイズの増大を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の固体撮像装置における一実施例を示す回路構成図である。
【図2】上記本発明の実施例の中のバッファーアンプの一例を示す図である。
【図3】本実施例に用いることのできる固体撮像装置における画素の等価回路図である。
【図4】画素を一列に配列する場合の本発明の固体撮像装置における実施例を示す回路構成図である。
【図5】従来のMOS型固体撮像装置の模式的構成図である。
【図6】MOSトランジスタの有する寄生容量を説明する断面図である。
【図7】従来例における問題を説明する等価回路図である。
【図8】従来例における問題を説明する等価回路図である。
【符号の説明】
1 センサーセル
2 制御信号
3 クランプ容量
4 水平選択スイッチ
5 垂直信号線
6 垂直信号線
7 水平選択信号
8 負帰還容量
9 出力アンプ
10 基準電圧源
11 垂直シフトレジスタ
12 水平シフトレジスタ
13 出力端子
14 出力インピーダンス
15 PMOSトランジスタ
16 NMOSトランジスタ
17 入力端子
18 バッファーアンプ
19 配線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal transfer method, a signal transfer method of a solid-state image pickup device using the signal transfer method, a signal transfer device, and a solid-state image pickup device using the signal transfer device, and in particular, from a plurality of signal sources, The signal is sequentially transferred to the common line through the switch means provided for each signal source, and the signal is transferred through the amplification means having the input terminal connected to the common line and the input / output terminal connected via the capacitor. The present invention relates to a signal transfer method, a signal transfer method of a solid-state imaging device using the signal transfer method, a signal transfer device, and a solid-state imaging device using the signal transfer device.
[0002]
[Prior art]
A signal transfer device that transfers signals from a plurality of signal sources to a common line via a signal transfer switch is used in, for example, a solid-state imaging device.
[0003]
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional MOS solid-state imaging device. As shown in FIG. 5, the
[0004]
The output terminal of each
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the solid-state imaging device, the
[0006]
Accordingly, the
[0007]
In FIG. 7, 5 (5-1, 5-2,..., 5-n) are vertical signal lines, 3 (3-1, 3-2,..., 3-n) are clamp capacitors, 4 (4-1). , 4-2,..., 4-n) are horizontal transfer switches, 6 is a horizontal signal line, and 7 (7-1, 7-2,..., 7-n) are horizontal selection lines output from the
C tot = n × (C j + C ov )
(N is the number of vertical signal lines of the solid-state imaging device)
When the total number of pixels of the solid-state imaging device is several hundred thousand to several million pixels, the parasitic capacitance C tot becomes several pF to several tens pF. The parasitic capacitance C tot is driven by the
[0008]
In FIG. 8, 9 is an output amplifier, 8 is a negative feedback capacitor, r 0 is an equivalent output impedance of the
[0009]
[Expression 1]
Here, S is a Laplace operator, and C N is a capacitance value of the
[0010]
As is clear from the above equation (Equation 1), the transfer function is in the form of a low-pass filter, and its cutoff frequency is affected by the value of the parasitic capacitance C tot . Accordingly, the presence of the parasitic capacitance C tot causes a problem that the
[0011]
Further, the random noise (V N ) of the
[0012]
An object of the present invention is to provide a signal transfer method capable of reducing parasitic capacitance connected to an output amplifier, a signal transfer method of a solid-state imaging device using the signal transfer method, a signal transfer device, and a solid-state imaging using the signal transfer device To provide an apparatus.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In the signal transfer method of the present invention, signal charges are sequentially transferred from a plurality of signal sources to a common line via switch means provided for each of the plurality of signal sources, and the signal charges transferred to the common line are converted into voltages. In a signal transfer method for transferring a signal through charge-voltage conversion means for converting into
The charge voltage conversion means is a differential amplifier in which a reference voltage source is connected to a non-inverting input terminal and the inverting input terminal is connected to the common line,
The signal source includes a photoelectric conversion element and a capacitor for storing signals from the photoelectric conversion element, or includes a plurality of photoelectric conversion elements and a capacitor for storing signals sequentially transferred from the plurality of photoelectric conversion elements. ,
When transferring signal charges to the common line, control is performed so as to eliminate or reduce voltage fluctuation between both terminals of the parasitic capacitance connected to the common line based on the signal level of the common line. It is what.
[0015]
The signal transfer method of the solid-state imaging device of the present invention uses the signal transfer method of the present invention.
[0016]
The signal transfer device according to the present invention includes a plurality of signal sources, switch means including insulated gate transistors provided for each of the plurality of signal sources, and signals from the plurality of signal sources sequentially through the switch means. A common line to which charges are transferred, a charge voltage converting means connected to the common line for converting the signal charge transferred to the common line to output voltage, and a DC offset to the transfer signal voltage of the common line Input means for inputting a voltage to which the voltage is applied to the back gate of the insulated gate transistor;
The charge voltage conversion means is a differential amplifier in which a reference voltage source is connected to a non-inverting input terminal and the inverting input terminal is connected to the common line,
The signal source includes a photoelectric conversion element and a capacitor for storing signals from the photoelectric conversion element, or includes a plurality of photoelectric conversion elements and a capacitor for storing signals sequentially transferred from the plurality of photoelectric conversion elements. It is characterized by this.
[0017]
The signal transfer device of the present invention includes a plurality of signal sources,
Switch means provided for each of the plurality of signal sources;
A common line to which signal charges from the plurality of signal sources are sequentially transferred through the switch means ;
Charge voltage conversion means connected to the common line, which converts the signal charge transferred to the common line into a voltage and outputs the voltage.
When transferring a signal to the common line, parasitic capacitance control means for controlling fluctuations in voltage between both terminals of the parasitic capacitance connected to the common line to be eliminated or reduced based on the signal level of the common line And
The charge voltage conversion means is a differential amplifier in which a reference voltage source is connected to a non-inverting input terminal and the inverting input terminal is connected to the common line,
The signal source includes a photoelectric conversion element and a capacitor for storing signals from the photoelectric conversion element, or includes a plurality of photoelectric conversion elements and a capacitor for storing signals sequentially transferred from the plurality of photoelectric conversion elements. It is characterized by this.
[0018]
The solid-state imaging device of the present invention uses the signal transfer device of the present invention.
[0019]
According to a preferred aspect of the present invention, a parasitic capacitance associated with an input terminal of an output amplifier having an input / output terminal connected via a capacitor, for example, two parasitic capacitances associated with a horizontal transfer switch connected to a common line (source − The inter-well PN junction capacitance C j and the gate-source overlap capacitance C ov ) are reduced, and instead of reducing the value of the parasitic capacitance itself, the voltage between the terminals of the parasitic capacitance is made constant or nearly constant. By doing so, the inflow and outflow of electric charge to and from the parasitic capacitance is eliminated, so that it does not function as a capacitance apparently. Since one terminal of the two parasitic capacitors C j and C ov is connected to a horizontal signal line that is a common line, a voltage equal to the voltage of the horizontal signal line is applied to the other terminal of the two parasitic capacitors. If applied, the voltage between the terminals of the two capacitors becomes constant (in this case, 0).
[0020]
However, the PN junction between the source and the well between the source and the back gate (substrate side electrode) is always 0 V or reverse bias, so that the function as a switch is not impaired, or driving in the horizontal shift register When the horizontal transfer switch is turned off by the gate output, the voltage applied to the other terminal of the two parasitic capacitors is added with a DC (direct current) voltage of a certain value in the voltage of the horizontal signal line so that the OFF is maintained. It is desirable.
[0021]
The parasitic capacitance in the present invention includes the parasitic capacitance of the switch means. However, the parasitic capacitance is not particularly limited to the switch means, and includes parasitic capacitance generated by other elements connected to the common line. This can be performed in the same manner as the parasitic capacitance control. Furthermore, the parasitic capacitance control of the switch means of the present invention is not limited to the case where it is performed based on the signal from the common line, but by signal generating means or the like that performs the same voltage fluctuation as the signal voltage of the common line (that is, the switch means) The parasitic capacitance may be controlled (by a signal corresponding to the signal output via).
[0022]
The present invention is preferably used for a solid-state imaging device, but is not particularly limited to a solid-state imaging device, and can be used for a signal transfer device in a display device such as a semiconductor memory or a flat display.
[0023]
As a switch means for transferring a signal from a signal source, a transistor switch, a micro switch, or the like composed of a bipolar transistor, a CMOS transistor, a MOS transistor, or the like can be used.
[0024]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the solid-state imaging device of the present invention, and shows a MOS solid-state imaging device in which sensor cells are two-dimensionally arranged in a matrix.
[0026]
In FIG. 1,
[0027]
Here, as an example, a case will be described in which the signal charge of the vertical signal line in the first column is transmitted to the horizontal signal line through the clamp capacitor. In this case, the input terminal 17-1 of the CMOS inverter (15-1, 16-1) that drives the horizontal transfer switch 4-1 in the first column in the
[0028]
Since the input terminal 17-1 is at "L" level, the PMOS transistor 15-1 is ON, the NMOS transistor 16-1 is OFF, and the horizontal selection signal line 7-1 in the first column is at "H" level. . Since the other input terminals 17-2, ..., 17-n are at "H" level, the PMOS transistors 15-2, ..., 15-n are OFF, and the NMOS transistors 16-2, ..., 16-n are ON. Thus, the potentials of the horizontal selection signal lines 7-2,..., 7-n in the second column and thereafter are equal to the output potential of the
[0029]
Therefore, the gate-source voltages of the horizontal selection switches 4-2,..., 4-n in the second column and thereafter become (a certain DC voltage) and are constant.
[0030]
The
[0031]
From the above description, the voltage between the terminals of the two parasitic capacitances (gate-source overlap capacitance C ov and source-well overlap capacitance C j ) is constant, and the charge does not move, so that it does not function as a capacitance apparently. .
[0032]
FIG. 2 shows an example of the
[0033]
In this case, the voltage between the input terminal and the output terminal is equal to the gate-source voltage of the NMOS transistor, and can be set almost arbitrarily according to the gate width and gate length of the NMOS transistor and the current value of the current source 33. 1 may be set so that the PN junction between the source / drain and well in the
[0034]
The gate for driving the
[0035]
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a pixel in a solid-state imaging device that can be used in this embodiment. Although the pixel configuration used for the area sensor is shown here, the selection switch Q14 may not be provided when the pixels are arranged in a line.
[0036]
In FIG. 3, reference numeral 505 denotes a photodiode corresponding to the photoelectric conversion unit. Q13 is an input MOS transistor of a source follower amplifier which is an amplifying means, and Q14 is a selection switch for selecting a row to be read. The constant current load of the source follower is not shown, but is connected to the
[0037]
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the solid-state imaging device of the present invention when pixels are arranged in a line. Even in such a solid-state imaging device, the same effects of the present invention as in the solid-state imaging device of FIG. 1 can be obtained. In this embodiment, the parasitic capacitance control means includes a
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the parasitic capacitance connected to the common line is not apparent, thereby greatly reducing the parasitic capacitance associated with the input terminal of the output amplifier, that is, the horizontal signal line, and the output amplifier. High-speed operation is possible, and an increase in random noise of the output amplifier can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of a solid-state imaging device of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a buffer amplifier in the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a pixel in a solid-state imaging device that can be used in this embodiment.
FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing an embodiment of the solid-state imaging device of the present invention when pixels are arranged in a line.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional MOS type solid-state imaging device.
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating parasitic capacitance of a MOS transistor.
FIG. 7 is an equivalent circuit diagram for explaining a problem in the conventional example.
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram for explaining a problem in the conventional example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記電荷電圧変換手段は、非反転入力端子に基準電圧源が接続され、反転入力端子に前記共通線に接続される、差動増幅器であり、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積する容量とを含み、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積する容量とを含み、
信号電荷を前記共通線に転送する場合に、前記共通線の信号レベルに基づいて、前記共通線につながる寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御することを特徴とする信号転送方法。 A charge voltage that sequentially transfers signal charges from a plurality of signal sources to a common line via switch means provided for each of the plurality of signal sources, converts the signal charges transferred to the common line into a voltage, and outputs the voltage In a signal transfer method for transferring a signal through a conversion means,
The charge voltage conversion means is a differential amplifier in which a reference voltage source is connected to a non-inverting input terminal and the inverting input terminal is connected to the common line,
The signal source includes a photoelectric conversion element and a capacitor for storing signals from the photoelectric conversion element, or includes a plurality of photoelectric conversion elements and a capacitor for storing signals sequentially transferred from the plurality of photoelectric conversion elements. ,
When transferring signal charges to the common line, control is performed so as to eliminate or reduce voltage fluctuation between both terminals of the parasitic capacitance connected to the common line based on the signal level of the common line. Signal transfer method.
前記電荷電圧変換手段は、非反転入力端子に基準電圧源が接続され、反転入力端子に前記共通線に接続される、差動増幅器であり、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積する容量とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積する容量とを含むことを特徴とする信号転送装置。A plurality of signal sources, switch means comprising insulated gate transistors provided for each of the plurality of signal sources, and a common line to which signal charges from the plurality of signal sources are sequentially transferred via the switch means, , converts the signal charges transferred to the common line voltages, the connection charges voltage converting means to the common line, the voltage obtained by adding a DC offset voltage to the transfer signal voltage of the common line insulating Input means for inputting to the back gate of the gate type transistor,
The charge voltage conversion means is a differential amplifier in which a reference voltage source is connected to a non-inverting input terminal and the inverting input terminal is connected to the common line,
The signal source includes a photoelectric conversion element and a capacitor for storing signals from the photoelectric conversion element, or includes a plurality of photoelectric conversion elements and a capacitor for storing signals sequentially transferred from the plurality of photoelectric conversion elements. A signal transfer device.
該第1のスイッチ手段のゲートを、絶縁ゲート型トランジスタからなる第2のスイッチ手段を介して、前記入力手段の出力側に接続し、前記第1のスイッチ手段がOFFのときに、前記第2のスイッチ手段をONすることを特徴とする信号転送装置。6. The signal transfer device according to claim 5 , wherein the switch means is a first switch means.
The gate of the first switch means is connected to the output side of the input means via the second switch means made of an insulated gate transistor, and the second switch means is turned off when the first switch means is OFF. A signal transfer device characterized by turning on the switch means.
各複数の信号源ごとに設けられたスイッチ手段と、
各スイッチ手段を介して順次、前記複数の信号源からの信号電荷が転送される共通線と、
前記共通線に転送された信号電荷を電圧に変換して出力する、前記共通線に接続された電荷電圧変換手段と、
信号を前記共通線に転送する場合に、前記共通線の信号レベルに基づいて、前記共通線につながる寄生容量の両端子間の電圧の変動をなくす又は減少されるように制御する寄生容量制御手段とを有し、
前記電荷電圧変換手段は、非反転入力端子に基準電圧源が接続され、反転入力端子に前記共通線に接続される、差動増幅器であり、
前記信号源は、光電変換素子と該光電変換素子からの信号を蓄積する容量とを含む、又は複数の光電変換素子と該複数の光電変換素子から順次転送される信号を蓄積する容量とを含むことを特徴とする信号転送装置。 Multiple signal sources;
Switch means provided for each of the plurality of signal sources;
A common line to which signal charges from the plurality of signal sources are sequentially transferred through the switch means ;
Charge voltage conversion means connected to the common line, which converts the signal charge transferred to the common line into a voltage and outputs the voltage.
When transferring a signal to the common line, parasitic capacitance control means for controlling fluctuations in voltage between both terminals of the parasitic capacitance connected to the common line to be eliminated or reduced based on the signal level of the common line And
The charge voltage conversion means is a differential amplifier in which a reference voltage source is connected to a non-inverting input terminal and the inverting input terminal is connected to the common line,
The signal source includes a photoelectric conversion element and a capacitor for storing signals from the photoelectric conversion element, or includes a plurality of photoelectric conversion elements and a capacitor for storing signals sequentially transferred from the plurality of photoelectric conversion elements. A signal transfer device.
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