JP4073192B2 - 昇圧システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は昇圧システムに係り、詳しくは昇圧回路出力を安定化するためのフィードバック制御回路を備える昇圧システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の異なる駆動電圧を必要とする電子機器においては、それら電圧を単一の電源から得るなどの目的で、昇圧回路が用いられることがある。こうした昇圧回路として、例えば、出力端と基準電位端との間に直列接続される複数のスイッチングトランジスタと、互いに隣接するトランジスタ間のノードに一方の端子が接続されるコンデンサとを備えるチャージポンプ回路がある。このチャージポンプ回路の一例を図５に示す。
【０００３】
この図５に示すチャージポンプ回路は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＴ１よりなるスイッチングトランジスタＴ１及びＴ２と、コンデンサＣ１及び出力コンデンサＣｏｕｔとを備えて構成される。そして、コンデンサＣ１に周期的なクロックＣＬＫを印加することで、このクロックＣＬＫの波高値ＶＤＤに基づき、その出力電圧として最大で「−ＶＤＤ」の電圧が出力される。参考までに、このチャージポンプ回路における出力電圧Ｖｏｕｔと、ノード電位Ｎ１と、クロックＣＬＫとの推移を図６に示す。
【０００４】
ところで、こうしたチャージポンプ回路を用いる場合、その昇圧された出力電圧を所望の電圧に制御すべく、同出力電圧に基づいて上記クロック信号の印加態様をフィードバック制御する回路が併せ用いられることがある。こうしたフィードバック制御回路は、通常、チャージポンプ回路の出力電圧と任意の基準電圧とを比較する回路を備え、この比較結果に基づいてチャージポンプ回路に印加するクロック信号の数やパルス幅等をフィードバック制御する構成となっている。すなわち、出力電圧が所望の電圧に達していなければ、上記クロック信号のクロック数を増加させたり、そのパルス幅を増大させたりすることで、チャージポンプ回路の昇圧能力を高める方向に制御する。一方、出力電圧が所望の電圧を上回っていれば、同クロック信号のクロック数を減少させたり、そのパルス幅を減少させたりすることで、チャージポンプ回路の昇圧能力を低下させる方向に制御する。
【０００５】
このように、チャージポンプ回路の出力電圧と任意の基準電圧との比較に基づいて同チャージポンプ回路の昇圧能力を可変制御することで、その出力電圧を所望の電圧に制御することができるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記態様にてフィードバック制御を行うことで所望の出力電圧を得ることができるとはいえ、同出力電圧が上記所望の電圧に収束されるまでにはある程度の時間がかかる。そして、この出力電圧が所望の電圧に収束されるまでの期間は、同所望の電圧を中心としたその上下方向への変動成分が発振状のノイズとなる。
【０００７】
したがって、このような昇圧システムを例えばＣＣＤ撮像装置等の駆動回路に採用した場合には、上記発振状のノイズが撮像信号に重畳され、その表示画面上にもノイズとなって現れるおそれがある。
【０００８】
なお、上記チャージポンプ回路に限らず、任意の昇圧回路にあっても、その出力電圧をフィードバック制御して安定化を図る昇圧システムにあっては、こうした実情も概ね共通したものとなっている。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、昇圧回路の出力電圧をフィードバック制御する際に、同出力電圧のより速やかな収束を図ることのできる昇圧システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明では、昇圧回路の出力電圧を基準電圧と比較し、その比較結果に応じて前記昇圧回路の昇圧能力をフィードバック制御する昇圧システムにおいて、
前記昇圧回路の出力電圧と前記基準電圧との比較を、それら一方の電圧についてその値を異ならしめた２つの電圧値と他方の電圧との間で行い、該他方の電圧がそれら２つの電圧値の間にある期間は前記フィードバック制御として前記昇圧回路のその時点での昇圧能力を維持する制御を行うことで、昇圧回路出力の速やかな収束を図るようにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる昇圧システムをＣＣＤ（Charge Coupled Device）固体撮像素子を有する撮像装置の駆動回路に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１に、本実施形態にかかるＣＣＤ撮像装置及びその駆動回路の全体構成を示す。
【００１３】
図１に示すＣＣＤイメージセンサ１００は、例えば、フレーム転送方式であり、光電変換を行う撮像部１１０と、同光電変換された電荷を一時的に蓄えておく蓄積部１２０と、同蓄積部１２０に蓄えられた電荷を出力するための水平転送部１３０と、水平転送部１３０の転送する電荷を図示しない信号処理系へ出力する出力バッファ１４０とを備えて構成される。
【００１４】
周知のように、このＣＣＤイメージセンサ１００は、（１）撮像部１１０にて光電変換された電荷を所定のタイミングで一括して蓄積部１２０に転送する動作（垂直転送）、（２）蓄積部１２０に転送、蓄積された電荷を一行づつ水平転送部１３０へ転送する動作（水平転送）、（３）水平転送部１３０に転送された電荷を出力バッファ１４０を介して出力する動作、といった大きくは３種の動作を行う。
【００１５】
一方、ＣＣＤイメージセンサ１００の上記動作を実現するために設けられる駆動回路は、この例では、垂直ドライバ２１０と、水平ドライバ２２０と、マスタークロック２３０と、タイミング発生部２４０と、システム電源２５０とを備えている。更に、単一のシステム電源２５０によってその動作を可能とすべく、チャージポンプ２６０と、その出力電圧を安定化させるべく同チャージポンプ回路２６０の昇圧能力をフィードバック制御するフィードバック制御部３００とを備えている。
【００１６】
上記垂直ドライバ２１０は、上記撮像部１１０及び蓄積部１２０に設けられた各ゲート（図示略）に対して上記垂直転送のためのパルスを印加することで、ＣＣＤイメージセンサ１００に垂直転送動作を行わせる回路である。この垂直ドライバ２１０から出力される前記パルスのタイミングは、タイミング発生部２４０から出力されるタイミング信号に応じて決定される。また、同垂直ドライバ２１０から出力される駆動パルスの波高値、すなわちパルス電圧は、前記チャージポンプ２６０の出力電圧（例えば「−６」Ｖ近傍）、及びシステム電源２５０の電源電圧（例えば「＋３．３」Ｖ）を通じて確保される。
【００１７】
このチャージポンプ２６０は、上記フィードバック制御部３００から印加される昇圧クロックφＣに基づいて負電圧側及び正電圧側への昇圧動作を行うものである。ちなみに、このチャージポンプ２６０は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタとコンデンサとでそれぞれ構成される例えば３段の昇圧段を備え、インバータ等を用いることで、隣接する昇圧段に対しては互いに論理反転したクロックが印加されるように構成されている。これにより各昇圧段において、理論的には昇圧クロックの波高値（例えば「３．３」Ｖ）分だけ接地電圧からの引き下げが行われる。そして、この３段の昇圧段を介して出力される電圧は、例えば「−６Ｖ」近傍に保持されるように、図示しない昇圧制御部によって制御される。
【００１８】
また、チャージポンプ２６０は、基本的には先の図５に示すものと同様のＰチャネルＭＯＳトランジスタとコンデンサとから構成される例えば１段の昇圧段をも備え、上記「−６Ｖ」近傍に保持される出力電圧とシステム電源２５０の電源電圧とを用いて、その出力電圧が例えば「＋８Ｖ」近傍に保持されるようフィードバック制御部３００によって制御される。この出力電圧は、ＣＣＤイメージセンサ１００に対するバイアス電圧や出力バッファ１４０等に利用される。
【００１９】
一方、水平ドライバ２２０は、上記水平転送のためのパルスを印加する回路である。この水平ドライバ２２０から出力される駆動パルスの出力タイミングも、タイミング発生部２４０から出力されるタイミング信号に応じて決定される。また、この水平ドライバ２２０から出力される駆動パルスの波高値、すなわちパルス電圧は、システム電源２５０の電源電圧のみによって確保される。
【００２０】
次に、上記フィードバック制御部３００の構成及びそのフィードバック制御にかかる動作について説明する。なおここでは、上記昇圧出力のうち、「＋８Ｖ」側の出力電圧を安定化する場合を例にとってそのフィードバック制御態様を説明する。他方の「−６Ｖ」側への出力電圧を安定化する場合についてはその説明を割愛するが、そのフィードバック制御自体は同様の原理に基づく。
【００２１】
上述したように、チャージポンプ２６０の出力電圧を監視してフィードバック制御を行ったとしても、同出力電圧が所望の電圧値に収束するまでにはある程度時間がかかる。そのため、チャージポンプ２６０の出力電圧が変動することで、ＣＣＤの撮像信号に発振状のノイズが乗るおそれがある。
【００２２】
こうした問題を回避すべく、本実施形態においては、チャージポンプ２６０の出力電圧を単一の電圧値（例えば「＋８Ｖ」）に合わせ込む制御を行う代わりに、同出力電圧を所定の幅（ΔＶ）を有する電圧領域内に収まるように制御するようにしている。すなわち、第１の比較用電圧と同第１の比較用電圧よりもΔＶだけ高い第２の比較用電圧とを設定し、チャージポンプ２６０の出力電圧が、これら第１の比較用電圧と第２の比較用電圧との間の電圧に保持されるようにフィードバック制御する。
【００２３】
詳しくは、本実施形態においては、上記出力電圧が第２の比較用電圧よりも高い場合には、チャージポンプ２６０の昇圧能力を減少させる制御を行う。一方、出力電圧が第１の比較用電圧よりも低い場合には、チャージポンプ２６０の昇圧能力を増大させる制御を行う。
【００２４】
そして、チャージポンプ２６０の出力電圧を第１及び第２の比較用電圧と比較するために、本実施形態では、同出力電圧及び接地間の電圧を抵抗分割によって分圧し、異なる２つの電圧値を取り出すようにしている。そして、これら取り出された２つの分圧値と単一の基準電圧とを比較することで、単一の基準電源を用いてチャージポンプ２６０の出力電圧を２つの異なる電圧値と比較する。
【００２５】
すなわち、図１に示されるように、チャージポンプ２６０の出力電圧及び接地間の電圧は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって分圧される。そして、これら分圧は、ノードＮ１及びＮ２の電圧として比較器３１１及び３１２の一方の端子（反転入力端子）にそれぞれ入力される。そして、これら各比較器３１１及び３１２の他方の端子（非反転入力端子）に基準電圧３２０が入力されることで、ノードＮ１及びＮ２の電圧が基準電圧３２０とそれぞれ比較される。
【００２６】
上記構成によれば、比較器３１１によって第２の比較用電圧と出力電圧との比較が、また比較器３１２によって第１の比較用電圧と出力電圧との比較がそれぞれ可能となる。なお、これら各抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の抵抗値を調整することで、第１の比較用電圧及び第２の比較用電圧をそれぞれ適宜の値に設定することができる。
【００２７】
そして、図１に示す判定部３３０では、各比較器３１１及び３１２の出力に基づいて、チャージポンプ２６０の昇圧能力を可変制御するか否かを判断する。ここでは、チャージポンプ２６０の出力電圧が第２の比較用電圧よりも高い場合には、「＋１」と判定する。また、同出力が第２の比較用電圧以下であり且つ、第１の比較用電圧以上である場合には、「０」と判定する。更に同出力電圧が第１の比較用電圧よりも低い場合には、「−１」と判定する。
【００２８】
そして、これらの判定結果が「＋１」であればチャージポンプ２６０の昇圧能力の減少制御を、また「０」であれば昇圧能力を維持する制御を、更に「−１」で有れば同昇圧能力の増大制御を行うようにしている。
【００２９】
この昇圧能力の可変制御に関しては、本実施形態では、チャージポンプ２６０に印加される昇圧クロックφＣのデューティ比を変更することで行うようにしている。換言すれば、所定の周期を有する昇圧クロックφＣにおいて、２値的な論理レベルのそれぞれがクロックの一周期にしめる割合を変化させることで昇圧能力の可変制御を行うようにしている。
【００３０】
チャージポンプ２６０の昇圧能力は、昇圧クロックφＣの各周期において、互いに異なる２つの論理レベルの電圧が印加される期間が互いに等しいときに最大となり、これら２つの期間の比が変化するにつれて減少していく。したがって、チャージポンプ２６０へ互いに異なる２つの論理レベルを有する電圧が印加される期間の比を変化させることで、その昇圧能力を可変制御することができるようになる。
【００３１】
こうした昇圧能力の可変制御を多段階に行うために、本実施形態ではフィードバック周期毎に判定部３３０によって行われる判定を積算していくようにしている。そして、この積算値に基づいて上記昇圧クロックφＣのデューティ比を設定することで、チャージポンプ２６０の昇圧能力を可変制御する。
【００３２】
詳しくは、本実施形態では、フィードバック周期毎に判定部３３０によって行われる判定の積算値を、先に示したマスタークロック２３０の波数に対応させる。そしてこの対応づけられたマスタークロックの波数に応じた期間を、上記所定の周期を有する昇圧クロックのうち、例えば論理「Ｈ」レベルである期間として設定する。ここでは、積算値が小さいほど、同一周期内で、論理「Ｈ」レベルである期間と論理「Ｌ」レベルである期間とが近似されていくように予め初期条件を設定しておく。このように設定しておくことで、上記積算値をチャージポンプ２６０の昇圧能力を可変制御するパラメータとして用いることが可能となる。
【００３３】
具体的には、図１に示されるように、判定部３３０による判定結果は、フィードバック周期で同判定部３３０の判定結果を積算していく第１カウンタ３４０に入力される。この第１カウンタは、タイミング発生部２４０からフィードバック周期で供給される補助クロックφＳがイネーブル端子Ｅに入力されたときに能動となる。このように、補助クロックφＳがイネーブル端子に入力されることで、第１カウンタでは、フィードバック周期で判定部３３０の出力値を積算していくことができる。
【００３４】
そしてこの積算された値に基づいて、本実施形態では、上記フィードバック周期と同一周期に設定された昇圧クロックφＣにおいて、そのデューティ比を変更する構成としている。
【００３５】
このデューティ比を変更するために、第２カウンタ３６０では、そのリセット端子Ｒに上記補助クロックφＳが入力される度に、初期化されて新たにマスタークロックφＭの波数をカウントしていく。そして、この第２カウンタ３６０のカウント値及び上記第１カウンタのカウント値は、比較回路（ディジタル比較回路）３５０に入力される。この比較回路３５０は、第２カウンタ３６０のカウント値が第１カウンタ３４０のカウント値未満であるときには、論理「Ｌ」レベルの信号を出力する。また、第２カウンタ３６０のカウント値が第１カウンタ３４０のカウント値以上となると、論理「Ｈ」レベルの信号を出力する。このように設定されることで、比較回路３５０からは、第１カウンタの積算値に応じてデューティ比が変更された昇圧クロックφＣが生成され、出力される。
【００３６】
ここで、本実施形態におけるチャージポンプ２６０の出力電圧の推移を、図２に基づいて説明する。
【００３７】
すなわち、チャージポンプ２６０の出力電圧が、第２の比較用電圧を上回ると（図２（ａ）参照）、それ以降の時刻ｔ１において、第１カウンタ３４０に補助クロックφＳが入力されることで（図２（ｃ）参照）、一点鎖線で示す第１カウンタ３４０のカウンタ値がインクリメントされる（図２（ｂ））。そして、マスタークロックφＭの値を計数していく第２カウンタ３６０の値が、第１カウンタ３４０の値よりも大きくなった時刻ｔ２において（図２（ｂ）参照）、昇圧クロックφＣが論理「Ｈ」レベルとなる（図２（ｄ）参照）。ここでは、昇圧クロックφＣの論理「Ｈ」レベルと論理「Ｌ」レベルとの一周期にしめる割合が、１：１から離れていく側にデューティ比が制御されるようになり、チャージポンプ２６０の昇圧能力の減少制御がなされる。
【００３８】
こうしたチャージポンプ２６０の昇圧能力の減少制御は、その出力電圧が第２の比較用電圧以下となるまで継続される。そして、同出力電圧が第２の比較用電圧以下となると、それ以降の時刻ｔ３において、第１カウンタ３４０に補助クロックφＳが入力されても、同第１カウンタ３４０はそれ以前と同一のカウンタ値を維持する。ここでは、チャージポンプ２６０の昇圧能力を維持する制御がなされる。
【００３９】
一方、チャージポンプ２６０の出力電圧が第１の比較用電圧を下回ると、それ以降の時刻ｔ４において、第１カウンタ３４０への補助クロックφＳの入力に伴い、そのカウンタ値がデクリメントされる。ここでは、昇圧クロックφＣの論理「Ｈ」レベルと論理「Ｌ」レベルとの一周期にしめる割合が、１：１に向けて制御されるようになり、チャージポンプ２６０の昇圧能力の増大制御がなされる。
【００４０】
そして、時刻ｔ５以降、出力電圧が第１及び第２の比較用電圧間に収まると、デューティ比一定の昇圧クロックφＣがチャージポンプ２６０に供給されるようになる。
【００４１】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００４２】
（１）チャージポンプ２６０の出力電圧を、第１及び第２の比較用電圧間に制御することで、チャージポンプ２６０の昇圧能力の過剰な変更が行われにくくなり、その出力電圧を所望の電圧に早期に収束させることができるようになる。
【００４３】
（２）チャージポンプ２６０の出力電圧及び接地間を抵抗分割によって分圧して２つの電圧を取り出すことで、単一の基準電圧３２０を用いてチャージポンプ２６０の出力電圧を異なる２つの電圧と比較することができる。
【００４４】
（３）チャージポンプ２６０に印加される昇圧クロックφＣにおいて、そのデューティ比を可変制御することで、チャージポンプ２６０の昇圧能力を可変制御することができる。
【００４５】
（４）昇圧クロックφＣのデューティ比の変更を、マスタークロックφＭの波数に基づいて行うことで、それら各クロックの制御性を向上させることができる。
【００４６】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００４７】
・上記実施形態では、昇圧制御を行う期間については特に指定しなかったが、例えば撮像信号へのノイズの混入を避けるなどの目的から撮像信号の出力が停止されている期間に限って昇圧制御を行うなどしてもよい。これについては、例えば同期間以外には比較回路３５０の出力を停止させたり、マスタークロック２３０から第２カウンタ３６０への信号の供給を停止させたりすればよい。
【００４８】
（第２の実施形態）
以下、本発明にかかる昇圧システムを図１の場合と同様の撮像装置の駆動回路に適用した第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に図３及び図４を参照しつつ説明する。なお、図３において、先の図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付した。
【００４９】
本実施形態では、ＣＣＤイメージセンサ１００から出力される撮像信号へのノイズの混入を回避すべく、チャージポンプ２６０による昇圧動作を同撮像信号の出力が停止されている期間に限って行う。
【００５０】
ただし、撮像信号の出力停止期間のみにフィードバック制御を伴う昇圧動作を行う場合には、各昇圧動作期間において昇圧制御態様が相違することがある。そして、このように昇圧制御態様が相違する昇圧動作が行われた後には、チャージポンプ２６０の出力電圧が、各昇圧動作後毎で微妙に相違することがある。特に各ラインデータが転送される度に設けられる各水平ブランキング期間において昇圧制御態様が互いに相違すると、出力バッファ１４０等を介した各ラインデータの転送にかかる電圧同士が相違することとなる。そして、これらデータの再生時において、各ライン毎のデータ転送にかかる電圧同士の相違に起因して画面上に横線状のノイズが現れることがある。このような横線状のノイズは人間の視覚にとらえられやすいために、同横線状のノイズを回避する何らかの処置をとることが望まれる。
【００５１】
そこで本実施形態では、１撮像画像分の信号（インターレース式を想定しているため、実際には１フィールド分の信号）が転送される期間においては、昇圧能力の変更が行われないようにしている。これにより、各水平ブランキング期間の昇圧動作が同一の制御態様にて行われることとなるために、上記横線状のノイズの発生が回避されるようになる。
【００５２】
以下、これについて図３を参照して更に詳述する。
【００５３】
本実施形態においても、昇圧制御部４００は、上記第１の実施形態と同様、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によってチャージポンプ２６０の出力電圧及び接地間を分圧して、これらと基準電圧３２０とを比較する。そして、この比較結果は判定部３３０によって３段階に評価され、第１カウンタ３４０によって補助クロックφＳに同期してカウントされていく。
【００５４】
ただし、第２カウンタ３６０へは、マスタークロック２３０からクロックの供給はなく、代わりに、撮像信号の停止期間中以外は論理「Ｌ」レベルの信号が出力され、撮像信号の停止期間中にのみマスタークロックφＭと同期したクロックとなるクロックφＭ’がタイミング発生部２４０’から供給される。
【００５５】
また、各１撮像画像分のデータが転送される度に設けられる垂直ブランキング期間以外には、第１カウンタ３４０のカウンタ値と第２カウンタ３６０のカウンタ値とが補助クロックφＳに同期して比較回路３５０において比較されることがないよう、第１カウンタ３４０から比較回路３５０への出力が規制される。そして、同比較回路３５０への出力が規制される期間においては、その規制が始まる直前の第１カウンタ３４０のカウンタ値が比較回路３５０に入力され続けるように設定する。このように設定することで、比較回路３５０から出力される昇圧クロックφＣは、１撮像画像分の信号が出力される期間においては、同一のデューティ比にて制御される。
【００５６】
具体的には、タイミング発生部２４０’において、垂直ブランキング期間のみに論理「Ｈ」レベルとなる許可信号φＶを生成し、この許可信号φＶに基づいて、第１カウンタ３４０の値が比較回路３５０へ出力されるように設定する。そして、この許可信号φＶは、ラッチ回路４１０とセレクタ４２０とに入力される。このラッチ回路４１０には、第１カウンタ３４０の出力信号が入力され、許可信号φＶの立ち下がり時に同期してこの第１カウンタ３４０からの入力信号を保持する。
【００５７】
一方、セレクタ４２０は、第１カウンタ３４０の出力が入力される端子Ａと、ラッチ回路４１０の出力が入力される端子Ｂとを備えている。また、インバータ４３２を設けることで、切替端子ＳＡと切替端子ＳＢとには、許可信号φＶがそれぞれ互いに論理反転した信号として入力される構成とする。これにより、セレクタ４２０は、切替端子ＳＡに論理「Ｈ」レベルの信号が入力されたときには、端子Ａ及び比較回路３５０間を、また、切替端子ＳＢに論理「Ｈ」レベルの信号が入力されときには、端子Ｂ及び比較回路３５０間を、それぞれ選択的に導通する。したがって、垂直ブランキング期間においては、上記第１の実施形態同様のフィードバック制御が、またそれ以外の期間では、一定のデューティ比の昇圧制御が行われることとなる。
【００５８】
ここで、本実施形態におけるフィードバック制御について、図４を用いて更に説明する。
【００５９】
すなわち、第１カウンタ３４０のカウンタ値（図４（ｃ）参照）は、補助クロックφＳに同期して絶えず更新される。一方、同一のフィールド内においては（図４（ａ）参照）、許可信号φＶが論理「Ｌ」レベルに維持されるため（図（ｂ）参照）、セレクタ４２０の出力は、ラッチ回路４１０の出力（図４（ｄ）参照）と同一の値に固定される。したがって、同一フィールド内の各水平ブランキング期間においては、同一のデューティ比を有する昇圧クロックφＣにて昇圧制御が行われる。
【００６０】
次に、１フィールドデータが転送される度に設けらる垂直ブランキング期間においては、許可信号φＶが論理「Ｈ」レベルとなることで、セレクタ４２０の出力は第１カウンタ３４０の出力と同一となる。これにより、チャージポンプ２６０は、補助クロックφＳのクロック周期でフィードバック制御がなされる。
【００６１】
そして垂直ブランキング期間が終了すると、許可信号φＶが論理「Ｈ」レベルから論理「Ｌ」レベルへと変化するのに伴い、ラッチ回路４１０の出力が許可信号φＶの変化時の第１カウンタ３４０の値に更新される。また、セレクタ４２０では、このラッチ回路４１０の更新された値と同一の値が出力される。
【００６２】
以上、説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態の（１）〜（４）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００６３】
（５）１画像の信号が出力される期間においては、チャージポンプ２６０の制御態様の変更を規制することで、映像信号の再生に伴う横線状のノイズの発生を的確に回避することができる。
【００６４】
（６）撮像信号の停止期間中にのみ昇圧制御を行うことで、撮像信号にノイズが混入することを好適に回避することができる。
【００６５】
ここで、デューティ比を変更することで昇圧能力を変更する場合には、例えばクロック数を変更する場合と比べてより精度のよい昇圧能力の可変制御が可能となる。すなわち、クロック数を変更する場合には、トランジスタの応答の観点からすればそのクロック周期をあまり小さく設定することができないが、上述したように撮像信号の出力が停止されている限られた期間にのみ昇圧制御が行われるために、クロック周期が大きいと一回の昇圧期間にそのクロック数を大きく変更することができない。
【００６６】
この点、本実施形態によるように、デューティ比を変更する方法によれば、クロックの周期をさほど小さくすることなく、多段階の可変制御を的確に行うことができる。
【００６７】
なお、上記第２の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００６８】
・比較回路３５０への第１カウンタの出力の規制態様については、上記構成のものに限られない。例えば、補助クロックφＳを垂直ブランキング期間のみに第１カウンタのイネーブル端子Ｅに供給するようにしてもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、同一フィールド内における昇圧クロックφＣのデューティ比を、比較回路３５０への出力が規制される直前の第１カウンタ３４０の値に設定したが、これに限られない。例えば、同一フィールド内のチャージポンプ２６０の出力電圧を監視し、この監視結果に基づいて次のフィールド内でのデューティ比を設定してもよい。これについては、例えば、次のようにすればよい。すなわち、（イ）第１カウンタ３４０の出力を積算していく積分回路、（ロ）同積分回路によって得られる１フィールド内の第１カウンタの積分値を所定量（例えば１フィールドにおける補助クロックφＳの波数）で除算する除算部、をそれぞれ設ける。そして、この除算部によって演算された値に基づいて、次のフィールド内の昇圧クロックφＣのデューティ比を設定する。このように設定することで、前フィールドの出力電圧の状態に基づいて、昇圧条件を設定するフィードバック制御が可能となる。
【００７０】
その他、上記各実施形態に共通して変更可能な要素としては、例えば以下のものがある。
【００７１】
・上記各実施形態では、チャージポンプ２６０の出力電圧及び接地間を抵抗分割により分圧した２つの値と基準電圧とを比較することで、チャージポンプ２６０の出力電圧を２つの異なる比較用電圧と比較する構成としたが、これに限られない。例えば、異なる２つの基準電圧とチャージポンプ２６０の出力電圧との１つの分圧値との比較を行うなどしてもよい。
【００７２】
・上記実施形態では「＋８Ｖ」近傍への昇圧制御を例として示したが、負電圧側への昇圧制御に関しては、上記比較用電圧と出力電圧との比較は、絶対値による比較であるものとして、これに基づくフィードバック制御態様の変更を行えばよい。
【００７３】
・上記各実施形態では、チャージポンプ回路としてトランジスタ及びコンデンサから構成される回路を想定したが、ダイオード及びコンデンサからなるものでもよい。
【００７４】
・昇圧クロックのデューティ比の変更は、マスタークロックの波数に基づいて行う構成に限らない。要は、一定周期のクロックにおける異なる２つの論理レベル信号の比を変更することができれば、任意の構成でよい。
【００７５】
・昇圧能力の可変制御は、昇圧クロックのデューティ比の変更によるものに限られず、例えば昇圧クロックの周波数変更を行うなど任意の制御を用いてよい。
【００７６】
・昇圧能力の増大制御や減少制御は、アナログ的に無段階に行ってもよい。
【００７７】
・更に、昇圧能力の増大制御や減少制御は、昇圧能力の増大制御、昇圧能力の維持制御、昇圧能力の減少制御の３段階の制御ができるものでもよい。
【００７８】
・昇圧回路としては、必ずしもチャージポンプ回路に限られない。本発明の昇圧システムは、昇圧出力を安定化するためのフィードバック制御回路を備える任意の昇圧回路に適用可能である。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、昇圧回路の出力電圧と基準電圧との一方について、その値を異ならしめた２つの電圧値を、他方の電圧と比較し、他方の電圧がそれら２つの電圧値の間にある期間は昇圧能力の維持制御が行われる。このため、昇圧回路の出力電圧が異なる２つの電圧値内にあるときには、昇圧能力の維持制御がなされることとなる。したがって、本発明の構成によれば、出力電圧をより早期に収束させることができ、ひいては、同出力電圧に発振状のノイズが乗るという問題を好適に回避することができるようになる。
【００８０】
請求項２記載の発明によれば、昇圧回路の出力電圧から２つの異なる分圧値を生成して、この２つの電圧値と単一の基準電圧とを比較するために、単一の基準電源を用いて同出力電圧を２つの異なる電圧値内に制御することができるようになる。
【００８１】
請求項３記載の発明によれば、基準電圧を２つの異なる電圧値に設定して、この２つの電圧値と昇圧回路の出力電圧に応じて生成される単一の電圧とを比較することで、昇圧回路の出力電圧を２つの異なる電圧値内に制御することができるようになる。
【００８２】
請求項４記載の発明によれば、簡易な構成にて昇圧能力の多段階制御を行うことができるようになる。
【００８３】
請求項５記載の発明によれば、チャージポンプによって昇圧回路を構成することで、昇圧回路をよりコンパクトに形成することができるようになる。
【００８４】
請求項６記載の発明では、チャージポンプ回路に印加されるクロックのデューティ比を変更することで、昇圧能力を変更することができるようになる。
【００８５】
請求項７記載の発明によれば、上記各請求項記載の昇圧システムを撮像装置に組み込むことで、昇圧回路の出力電圧が所望の値に収束するまでの間に撮像信号にノイズがのるという問題を好適に回避することができるようになる。
【００８６】
請求項８記載の発明によれば、１垂直走査期間内は、昇圧回路のその時点での昇圧能力を維持するために、水平１ラインデータ毎にその転送にかかる電圧が大きく異なることがなくなり、ひいては、撮像信号を再生して得られる画像に横線状のノイズがのるおそれを好適に回避することができるようになる。
【００８７】
請求項９記載の発明によれば、特定の垂直走査期間における昇圧回路の出力電圧を取り込み、これに応じて続く垂直走査期間の昇圧回路の昇圧能力を設定するために、的確なフィードバック制御を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる昇圧システムをＣＣＤ撮像装置及びその駆動回路に適用した第１の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態における昇圧制御態様を示すタイムチャート。
【図３】本発明にかかる昇圧システムをＣＣＤ撮像装置及びその駆動回路に適用した第２の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図４】同実施形態における昇圧制御態様を示すタイムチャート。
【図５】チャージポンプの一例を示す回路図。
【図６】上記チャージポンプの動作例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１００…ＣＣＤイメージセンサ、１１０…撮像部、１２０…蓄積部、１３０…水平転送部、２１０…垂直ドライバ、２２０…水平ドライバ、２３０…マスタークロック、２４０…タイミング発生部２４０、２５０…システム電源、２６０…チャージポンプ、３００、４００…フィードバック制御部、３１１、３１２…比較器、３２０…基準電圧、３３０…判定部、３４０…第１カウンタ、３５０…比較回路、３６０…第２カウンタ、４１０…ラッチ回路、４２０…セレクタ、４３２…インバータ。
【発明の属する技術分野】
本発明は昇圧システムに係り、詳しくは昇圧回路出力を安定化するためのフィードバック制御回路を備える昇圧システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の異なる駆動電圧を必要とする電子機器においては、それら電圧を単一の電源から得るなどの目的で、昇圧回路が用いられることがある。こうした昇圧回路として、例えば、出力端と基準電位端との間に直列接続される複数のスイッチングトランジスタと、互いに隣接するトランジスタ間のノードに一方の端子が接続されるコンデンサとを備えるチャージポンプ回路がある。このチャージポンプ回路の一例を図５に示す。
【０００３】
この図５に示すチャージポンプ回路は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＴ１よりなるスイッチングトランジスタＴ１及びＴ２と、コンデンサＣ１及び出力コンデンサＣｏｕｔとを備えて構成される。そして、コンデンサＣ１に周期的なクロックＣＬＫを印加することで、このクロックＣＬＫの波高値ＶＤＤに基づき、その出力電圧として最大で「−ＶＤＤ」の電圧が出力される。参考までに、このチャージポンプ回路における出力電圧Ｖｏｕｔと、ノード電位Ｎ１と、クロックＣＬＫとの推移を図６に示す。
【０００４】
ところで、こうしたチャージポンプ回路を用いる場合、その昇圧された出力電圧を所望の電圧に制御すべく、同出力電圧に基づいて上記クロック信号の印加態様をフィードバック制御する回路が併せ用いられることがある。こうしたフィードバック制御回路は、通常、チャージポンプ回路の出力電圧と任意の基準電圧とを比較する回路を備え、この比較結果に基づいてチャージポンプ回路に印加するクロック信号の数やパルス幅等をフィードバック制御する構成となっている。すなわち、出力電圧が所望の電圧に達していなければ、上記クロック信号のクロック数を増加させたり、そのパルス幅を増大させたりすることで、チャージポンプ回路の昇圧能力を高める方向に制御する。一方、出力電圧が所望の電圧を上回っていれば、同クロック信号のクロック数を減少させたり、そのパルス幅を減少させたりすることで、チャージポンプ回路の昇圧能力を低下させる方向に制御する。
【０００５】
このように、チャージポンプ回路の出力電圧と任意の基準電圧との比較に基づいて同チャージポンプ回路の昇圧能力を可変制御することで、その出力電圧を所望の電圧に制御することができるようになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記態様にてフィードバック制御を行うことで所望の出力電圧を得ることができるとはいえ、同出力電圧が上記所望の電圧に収束されるまでにはある程度の時間がかかる。そして、この出力電圧が所望の電圧に収束されるまでの期間は、同所望の電圧を中心としたその上下方向への変動成分が発振状のノイズとなる。
【０００７】
したがって、このような昇圧システムを例えばＣＣＤ撮像装置等の駆動回路に採用した場合には、上記発振状のノイズが撮像信号に重畳され、その表示画面上にもノイズとなって現れるおそれがある。
【０００８】
なお、上記チャージポンプ回路に限らず、任意の昇圧回路にあっても、その出力電圧をフィードバック制御して安定化を図る昇圧システムにあっては、こうした実情も概ね共通したものとなっている。
【０００９】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、昇圧回路の出力電圧をフィードバック制御する際に、同出力電圧のより速やかな収束を図ることのできる昇圧システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明では、昇圧回路の出力電圧を基準電圧と比較し、その比較結果に応じて前記昇圧回路の昇圧能力をフィードバック制御する昇圧システムにおいて、
前記昇圧回路の出力電圧と前記基準電圧との比較を、それら一方の電圧についてその値を異ならしめた２つの電圧値と他方の電圧との間で行い、該他方の電圧がそれら２つの電圧値の間にある期間は前記フィードバック制御として前記昇圧回路のその時点での昇圧能力を維持する制御を行うことで、昇圧回路出力の速やかな収束を図るようにする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかる昇圧システムをＣＣＤ（Charge Coupled Device）固体撮像素子を有する撮像装置の駆動回路に適用した第１の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
図１に、本実施形態にかかるＣＣＤ撮像装置及びその駆動回路の全体構成を示す。
【００１３】
図１に示すＣＣＤイメージセンサ１００は、例えば、フレーム転送方式であり、光電変換を行う撮像部１１０と、同光電変換された電荷を一時的に蓄えておく蓄積部１２０と、同蓄積部１２０に蓄えられた電荷を出力するための水平転送部１３０と、水平転送部１３０の転送する電荷を図示しない信号処理系へ出力する出力バッファ１４０とを備えて構成される。
【００１４】
周知のように、このＣＣＤイメージセンサ１００は、（１）撮像部１１０にて光電変換された電荷を所定のタイミングで一括して蓄積部１２０に転送する動作（垂直転送）、（２）蓄積部１２０に転送、蓄積された電荷を一行づつ水平転送部１３０へ転送する動作（水平転送）、（３）水平転送部１３０に転送された電荷を出力バッファ１４０を介して出力する動作、といった大きくは３種の動作を行う。
【００１５】
一方、ＣＣＤイメージセンサ１００の上記動作を実現するために設けられる駆動回路は、この例では、垂直ドライバ２１０と、水平ドライバ２２０と、マスタークロック２３０と、タイミング発生部２４０と、システム電源２５０とを備えている。更に、単一のシステム電源２５０によってその動作を可能とすべく、チャージポンプ２６０と、その出力電圧を安定化させるべく同チャージポンプ回路２６０の昇圧能力をフィードバック制御するフィードバック制御部３００とを備えている。
【００１６】
上記垂直ドライバ２１０は、上記撮像部１１０及び蓄積部１２０に設けられた各ゲート（図示略）に対して上記垂直転送のためのパルスを印加することで、ＣＣＤイメージセンサ１００に垂直転送動作を行わせる回路である。この垂直ドライバ２１０から出力される前記パルスのタイミングは、タイミング発生部２４０から出力されるタイミング信号に応じて決定される。また、同垂直ドライバ２１０から出力される駆動パルスの波高値、すなわちパルス電圧は、前記チャージポンプ２６０の出力電圧（例えば「−６」Ｖ近傍）、及びシステム電源２５０の電源電圧（例えば「＋３．３」Ｖ）を通じて確保される。
【００１７】
このチャージポンプ２６０は、上記フィードバック制御部３００から印加される昇圧クロックφＣに基づいて負電圧側及び正電圧側への昇圧動作を行うものである。ちなみに、このチャージポンプ２６０は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタとコンデンサとでそれぞれ構成される例えば３段の昇圧段を備え、インバータ等を用いることで、隣接する昇圧段に対しては互いに論理反転したクロックが印加されるように構成されている。これにより各昇圧段において、理論的には昇圧クロックの波高値（例えば「３．３」Ｖ）分だけ接地電圧からの引き下げが行われる。そして、この３段の昇圧段を介して出力される電圧は、例えば「−６Ｖ」近傍に保持されるように、図示しない昇圧制御部によって制御される。
【００１８】
また、チャージポンプ２６０は、基本的には先の図５に示すものと同様のＰチャネルＭＯＳトランジスタとコンデンサとから構成される例えば１段の昇圧段をも備え、上記「−６Ｖ」近傍に保持される出力電圧とシステム電源２５０の電源電圧とを用いて、その出力電圧が例えば「＋８Ｖ」近傍に保持されるようフィードバック制御部３００によって制御される。この出力電圧は、ＣＣＤイメージセンサ１００に対するバイアス電圧や出力バッファ１４０等に利用される。
【００１９】
一方、水平ドライバ２２０は、上記水平転送のためのパルスを印加する回路である。この水平ドライバ２２０から出力される駆動パルスの出力タイミングも、タイミング発生部２４０から出力されるタイミング信号に応じて決定される。また、この水平ドライバ２２０から出力される駆動パルスの波高値、すなわちパルス電圧は、システム電源２５０の電源電圧のみによって確保される。
【００２０】
次に、上記フィードバック制御部３００の構成及びそのフィードバック制御にかかる動作について説明する。なおここでは、上記昇圧出力のうち、「＋８Ｖ」側の出力電圧を安定化する場合を例にとってそのフィードバック制御態様を説明する。他方の「−６Ｖ」側への出力電圧を安定化する場合についてはその説明を割愛するが、そのフィードバック制御自体は同様の原理に基づく。
【００２１】
上述したように、チャージポンプ２６０の出力電圧を監視してフィードバック制御を行ったとしても、同出力電圧が所望の電圧値に収束するまでにはある程度時間がかかる。そのため、チャージポンプ２６０の出力電圧が変動することで、ＣＣＤの撮像信号に発振状のノイズが乗るおそれがある。
【００２２】
こうした問題を回避すべく、本実施形態においては、チャージポンプ２６０の出力電圧を単一の電圧値（例えば「＋８Ｖ」）に合わせ込む制御を行う代わりに、同出力電圧を所定の幅（ΔＶ）を有する電圧領域内に収まるように制御するようにしている。すなわち、第１の比較用電圧と同第１の比較用電圧よりもΔＶだけ高い第２の比較用電圧とを設定し、チャージポンプ２６０の出力電圧が、これら第１の比較用電圧と第２の比較用電圧との間の電圧に保持されるようにフィードバック制御する。
【００２３】
詳しくは、本実施形態においては、上記出力電圧が第２の比較用電圧よりも高い場合には、チャージポンプ２６０の昇圧能力を減少させる制御を行う。一方、出力電圧が第１の比較用電圧よりも低い場合には、チャージポンプ２６０の昇圧能力を増大させる制御を行う。
【００２４】
そして、チャージポンプ２６０の出力電圧を第１及び第２の比較用電圧と比較するために、本実施形態では、同出力電圧及び接地間の電圧を抵抗分割によって分圧し、異なる２つの電圧値を取り出すようにしている。そして、これら取り出された２つの分圧値と単一の基準電圧とを比較することで、単一の基準電源を用いてチャージポンプ２６０の出力電圧を２つの異なる電圧値と比較する。
【００２５】
すなわち、図１に示されるように、チャージポンプ２６０の出力電圧及び接地間の電圧は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によって分圧される。そして、これら分圧は、ノードＮ１及びＮ２の電圧として比較器３１１及び３１２の一方の端子（反転入力端子）にそれぞれ入力される。そして、これら各比較器３１１及び３１２の他方の端子（非反転入力端子）に基準電圧３２０が入力されることで、ノードＮ１及びＮ２の電圧が基準電圧３２０とそれぞれ比較される。
【００２６】
上記構成によれば、比較器３１１によって第２の比較用電圧と出力電圧との比較が、また比較器３１２によって第１の比較用電圧と出力電圧との比較がそれぞれ可能となる。なお、これら各抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３の抵抗値を調整することで、第１の比較用電圧及び第２の比較用電圧をそれぞれ適宜の値に設定することができる。
【００２７】
そして、図１に示す判定部３３０では、各比較器３１１及び３１２の出力に基づいて、チャージポンプ２６０の昇圧能力を可変制御するか否かを判断する。ここでは、チャージポンプ２６０の出力電圧が第２の比較用電圧よりも高い場合には、「＋１」と判定する。また、同出力が第２の比較用電圧以下であり且つ、第１の比較用電圧以上である場合には、「０」と判定する。更に同出力電圧が第１の比較用電圧よりも低い場合には、「−１」と判定する。
【００２８】
そして、これらの判定結果が「＋１」であればチャージポンプ２６０の昇圧能力の減少制御を、また「０」であれば昇圧能力を維持する制御を、更に「−１」で有れば同昇圧能力の増大制御を行うようにしている。
【００２９】
この昇圧能力の可変制御に関しては、本実施形態では、チャージポンプ２６０に印加される昇圧クロックφＣのデューティ比を変更することで行うようにしている。換言すれば、所定の周期を有する昇圧クロックφＣにおいて、２値的な論理レベルのそれぞれがクロックの一周期にしめる割合を変化させることで昇圧能力の可変制御を行うようにしている。
【００３０】
チャージポンプ２６０の昇圧能力は、昇圧クロックφＣの各周期において、互いに異なる２つの論理レベルの電圧が印加される期間が互いに等しいときに最大となり、これら２つの期間の比が変化するにつれて減少していく。したがって、チャージポンプ２６０へ互いに異なる２つの論理レベルを有する電圧が印加される期間の比を変化させることで、その昇圧能力を可変制御することができるようになる。
【００３１】
こうした昇圧能力の可変制御を多段階に行うために、本実施形態ではフィードバック周期毎に判定部３３０によって行われる判定を積算していくようにしている。そして、この積算値に基づいて上記昇圧クロックφＣのデューティ比を設定することで、チャージポンプ２６０の昇圧能力を可変制御する。
【００３２】
詳しくは、本実施形態では、フィードバック周期毎に判定部３３０によって行われる判定の積算値を、先に示したマスタークロック２３０の波数に対応させる。そしてこの対応づけられたマスタークロックの波数に応じた期間を、上記所定の周期を有する昇圧クロックのうち、例えば論理「Ｈ」レベルである期間として設定する。ここでは、積算値が小さいほど、同一周期内で、論理「Ｈ」レベルである期間と論理「Ｌ」レベルである期間とが近似されていくように予め初期条件を設定しておく。このように設定しておくことで、上記積算値をチャージポンプ２６０の昇圧能力を可変制御するパラメータとして用いることが可能となる。
【００３３】
具体的には、図１に示されるように、判定部３３０による判定結果は、フィードバック周期で同判定部３３０の判定結果を積算していく第１カウンタ３４０に入力される。この第１カウンタは、タイミング発生部２４０からフィードバック周期で供給される補助クロックφＳがイネーブル端子Ｅに入力されたときに能動となる。このように、補助クロックφＳがイネーブル端子に入力されることで、第１カウンタでは、フィードバック周期で判定部３３０の出力値を積算していくことができる。
【００３４】
そしてこの積算された値に基づいて、本実施形態では、上記フィードバック周期と同一周期に設定された昇圧クロックφＣにおいて、そのデューティ比を変更する構成としている。
【００３５】
このデューティ比を変更するために、第２カウンタ３６０では、そのリセット端子Ｒに上記補助クロックφＳが入力される度に、初期化されて新たにマスタークロックφＭの波数をカウントしていく。そして、この第２カウンタ３６０のカウント値及び上記第１カウンタのカウント値は、比較回路（ディジタル比較回路）３５０に入力される。この比較回路３５０は、第２カウンタ３６０のカウント値が第１カウンタ３４０のカウント値未満であるときには、論理「Ｌ」レベルの信号を出力する。また、第２カウンタ３６０のカウント値が第１カウンタ３４０のカウント値以上となると、論理「Ｈ」レベルの信号を出力する。このように設定されることで、比較回路３５０からは、第１カウンタの積算値に応じてデューティ比が変更された昇圧クロックφＣが生成され、出力される。
【００３６】
ここで、本実施形態におけるチャージポンプ２６０の出力電圧の推移を、図２に基づいて説明する。
【００３７】
すなわち、チャージポンプ２６０の出力電圧が、第２の比較用電圧を上回ると（図２（ａ）参照）、それ以降の時刻ｔ１において、第１カウンタ３４０に補助クロックφＳが入力されることで（図２（ｃ）参照）、一点鎖線で示す第１カウンタ３４０のカウンタ値がインクリメントされる（図２（ｂ））。そして、マスタークロックφＭの値を計数していく第２カウンタ３６０の値が、第１カウンタ３４０の値よりも大きくなった時刻ｔ２において（図２（ｂ）参照）、昇圧クロックφＣが論理「Ｈ」レベルとなる（図２（ｄ）参照）。ここでは、昇圧クロックφＣの論理「Ｈ」レベルと論理「Ｌ」レベルとの一周期にしめる割合が、１：１から離れていく側にデューティ比が制御されるようになり、チャージポンプ２６０の昇圧能力の減少制御がなされる。
【００３８】
こうしたチャージポンプ２６０の昇圧能力の減少制御は、その出力電圧が第２の比較用電圧以下となるまで継続される。そして、同出力電圧が第２の比較用電圧以下となると、それ以降の時刻ｔ３において、第１カウンタ３４０に補助クロックφＳが入力されても、同第１カウンタ３４０はそれ以前と同一のカウンタ値を維持する。ここでは、チャージポンプ２６０の昇圧能力を維持する制御がなされる。
【００３９】
一方、チャージポンプ２６０の出力電圧が第１の比較用電圧を下回ると、それ以降の時刻ｔ４において、第１カウンタ３４０への補助クロックφＳの入力に伴い、そのカウンタ値がデクリメントされる。ここでは、昇圧クロックφＣの論理「Ｈ」レベルと論理「Ｌ」レベルとの一周期にしめる割合が、１：１に向けて制御されるようになり、チャージポンプ２６０の昇圧能力の増大制御がなされる。
【００４０】
そして、時刻ｔ５以降、出力電圧が第１及び第２の比較用電圧間に収まると、デューティ比一定の昇圧クロックφＣがチャージポンプ２６０に供給されるようになる。
【００４１】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００４２】
（１）チャージポンプ２６０の出力電圧を、第１及び第２の比較用電圧間に制御することで、チャージポンプ２６０の昇圧能力の過剰な変更が行われにくくなり、その出力電圧を所望の電圧に早期に収束させることができるようになる。
【００４３】
（２）チャージポンプ２６０の出力電圧及び接地間を抵抗分割によって分圧して２つの電圧を取り出すことで、単一の基準電圧３２０を用いてチャージポンプ２６０の出力電圧を異なる２つの電圧と比較することができる。
【００４４】
（３）チャージポンプ２６０に印加される昇圧クロックφＣにおいて、そのデューティ比を可変制御することで、チャージポンプ２６０の昇圧能力を可変制御することができる。
【００４５】
（４）昇圧クロックφＣのデューティ比の変更を、マスタークロックφＭの波数に基づいて行うことで、それら各クロックの制御性を向上させることができる。
【００４６】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００４７】
・上記実施形態では、昇圧制御を行う期間については特に指定しなかったが、例えば撮像信号へのノイズの混入を避けるなどの目的から撮像信号の出力が停止されている期間に限って昇圧制御を行うなどしてもよい。これについては、例えば同期間以外には比較回路３５０の出力を停止させたり、マスタークロック２３０から第２カウンタ３６０への信号の供給を停止させたりすればよい。
【００４８】
（第２の実施形態）
以下、本発明にかかる昇圧システムを図１の場合と同様の撮像装置の駆動回路に適用した第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に図３及び図４を参照しつつ説明する。なお、図３において、先の図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付した。
【００４９】
本実施形態では、ＣＣＤイメージセンサ１００から出力される撮像信号へのノイズの混入を回避すべく、チャージポンプ２６０による昇圧動作を同撮像信号の出力が停止されている期間に限って行う。
【００５０】
ただし、撮像信号の出力停止期間のみにフィードバック制御を伴う昇圧動作を行う場合には、各昇圧動作期間において昇圧制御態様が相違することがある。そして、このように昇圧制御態様が相違する昇圧動作が行われた後には、チャージポンプ２６０の出力電圧が、各昇圧動作後毎で微妙に相違することがある。特に各ラインデータが転送される度に設けられる各水平ブランキング期間において昇圧制御態様が互いに相違すると、出力バッファ１４０等を介した各ラインデータの転送にかかる電圧同士が相違することとなる。そして、これらデータの再生時において、各ライン毎のデータ転送にかかる電圧同士の相違に起因して画面上に横線状のノイズが現れることがある。このような横線状のノイズは人間の視覚にとらえられやすいために、同横線状のノイズを回避する何らかの処置をとることが望まれる。
【００５１】
そこで本実施形態では、１撮像画像分の信号（インターレース式を想定しているため、実際には１フィールド分の信号）が転送される期間においては、昇圧能力の変更が行われないようにしている。これにより、各水平ブランキング期間の昇圧動作が同一の制御態様にて行われることとなるために、上記横線状のノイズの発生が回避されるようになる。
【００５２】
以下、これについて図３を参照して更に詳述する。
【００５３】
本実施形態においても、昇圧制御部４００は、上記第１の実施形態と同様、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３によってチャージポンプ２６０の出力電圧及び接地間を分圧して、これらと基準電圧３２０とを比較する。そして、この比較結果は判定部３３０によって３段階に評価され、第１カウンタ３４０によって補助クロックφＳに同期してカウントされていく。
【００５４】
ただし、第２カウンタ３６０へは、マスタークロック２３０からクロックの供給はなく、代わりに、撮像信号の停止期間中以外は論理「Ｌ」レベルの信号が出力され、撮像信号の停止期間中にのみマスタークロックφＭと同期したクロックとなるクロックφＭ’がタイミング発生部２４０’から供給される。
【００５５】
また、各１撮像画像分のデータが転送される度に設けられる垂直ブランキング期間以外には、第１カウンタ３４０のカウンタ値と第２カウンタ３６０のカウンタ値とが補助クロックφＳに同期して比較回路３５０において比較されることがないよう、第１カウンタ３４０から比較回路３５０への出力が規制される。そして、同比較回路３５０への出力が規制される期間においては、その規制が始まる直前の第１カウンタ３４０のカウンタ値が比較回路３５０に入力され続けるように設定する。このように設定することで、比較回路３５０から出力される昇圧クロックφＣは、１撮像画像分の信号が出力される期間においては、同一のデューティ比にて制御される。
【００５６】
具体的には、タイミング発生部２４０’において、垂直ブランキング期間のみに論理「Ｈ」レベルとなる許可信号φＶを生成し、この許可信号φＶに基づいて、第１カウンタ３４０の値が比較回路３５０へ出力されるように設定する。そして、この許可信号φＶは、ラッチ回路４１０とセレクタ４２０とに入力される。このラッチ回路４１０には、第１カウンタ３４０の出力信号が入力され、許可信号φＶの立ち下がり時に同期してこの第１カウンタ３４０からの入力信号を保持する。
【００５７】
一方、セレクタ４２０は、第１カウンタ３４０の出力が入力される端子Ａと、ラッチ回路４１０の出力が入力される端子Ｂとを備えている。また、インバータ４３２を設けることで、切替端子ＳＡと切替端子ＳＢとには、許可信号φＶがそれぞれ互いに論理反転した信号として入力される構成とする。これにより、セレクタ４２０は、切替端子ＳＡに論理「Ｈ」レベルの信号が入力されたときには、端子Ａ及び比較回路３５０間を、また、切替端子ＳＢに論理「Ｈ」レベルの信号が入力されときには、端子Ｂ及び比較回路３５０間を、それぞれ選択的に導通する。したがって、垂直ブランキング期間においては、上記第１の実施形態同様のフィードバック制御が、またそれ以外の期間では、一定のデューティ比の昇圧制御が行われることとなる。
【００５８】
ここで、本実施形態におけるフィードバック制御について、図４を用いて更に説明する。
【００５９】
すなわち、第１カウンタ３４０のカウンタ値（図４（ｃ）参照）は、補助クロックφＳに同期して絶えず更新される。一方、同一のフィールド内においては（図４（ａ）参照）、許可信号φＶが論理「Ｌ」レベルに維持されるため（図（ｂ）参照）、セレクタ４２０の出力は、ラッチ回路４１０の出力（図４（ｄ）参照）と同一の値に固定される。したがって、同一フィールド内の各水平ブランキング期間においては、同一のデューティ比を有する昇圧クロックφＣにて昇圧制御が行われる。
【００６０】
次に、１フィールドデータが転送される度に設けらる垂直ブランキング期間においては、許可信号φＶが論理「Ｈ」レベルとなることで、セレクタ４２０の出力は第１カウンタ３４０の出力と同一となる。これにより、チャージポンプ２６０は、補助クロックφＳのクロック周期でフィードバック制御がなされる。
【００６１】
そして垂直ブランキング期間が終了すると、許可信号φＶが論理「Ｈ」レベルから論理「Ｌ」レベルへと変化するのに伴い、ラッチ回路４１０の出力が許可信号φＶの変化時の第１カウンタ３４０の値に更新される。また、セレクタ４２０では、このラッチ回路４１０の更新された値と同一の値が出力される。
【００６２】
以上、説明した本実施形態によれば、上記第１の実施形態の（１）〜（４）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【００６３】
（５）１画像の信号が出力される期間においては、チャージポンプ２６０の制御態様の変更を規制することで、映像信号の再生に伴う横線状のノイズの発生を的確に回避することができる。
【００６４】
（６）撮像信号の停止期間中にのみ昇圧制御を行うことで、撮像信号にノイズが混入することを好適に回避することができる。
【００６５】
ここで、デューティ比を変更することで昇圧能力を変更する場合には、例えばクロック数を変更する場合と比べてより精度のよい昇圧能力の可変制御が可能となる。すなわち、クロック数を変更する場合には、トランジスタの応答の観点からすればそのクロック周期をあまり小さく設定することができないが、上述したように撮像信号の出力が停止されている限られた期間にのみ昇圧制御が行われるために、クロック周期が大きいと一回の昇圧期間にそのクロック数を大きく変更することができない。
【００６６】
この点、本実施形態によるように、デューティ比を変更する方法によれば、クロックの周期をさほど小さくすることなく、多段階の可変制御を的確に行うことができる。
【００６７】
なお、上記第２の実施形態は以下のように変更してもよい。
【００６８】
・比較回路３５０への第１カウンタの出力の規制態様については、上記構成のものに限られない。例えば、補助クロックφＳを垂直ブランキング期間のみに第１カウンタのイネーブル端子Ｅに供給するようにしてもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、同一フィールド内における昇圧クロックφＣのデューティ比を、比較回路３５０への出力が規制される直前の第１カウンタ３４０の値に設定したが、これに限られない。例えば、同一フィールド内のチャージポンプ２６０の出力電圧を監視し、この監視結果に基づいて次のフィールド内でのデューティ比を設定してもよい。これについては、例えば、次のようにすればよい。すなわち、（イ）第１カウンタ３４０の出力を積算していく積分回路、（ロ）同積分回路によって得られる１フィールド内の第１カウンタの積分値を所定量（例えば１フィールドにおける補助クロックφＳの波数）で除算する除算部、をそれぞれ設ける。そして、この除算部によって演算された値に基づいて、次のフィールド内の昇圧クロックφＣのデューティ比を設定する。このように設定することで、前フィールドの出力電圧の状態に基づいて、昇圧条件を設定するフィードバック制御が可能となる。
【００７０】
その他、上記各実施形態に共通して変更可能な要素としては、例えば以下のものがある。
【００７１】
・上記各実施形態では、チャージポンプ２６０の出力電圧及び接地間を抵抗分割により分圧した２つの値と基準電圧とを比較することで、チャージポンプ２６０の出力電圧を２つの異なる比較用電圧と比較する構成としたが、これに限られない。例えば、異なる２つの基準電圧とチャージポンプ２６０の出力電圧との１つの分圧値との比較を行うなどしてもよい。
【００７２】
・上記実施形態では「＋８Ｖ」近傍への昇圧制御を例として示したが、負電圧側への昇圧制御に関しては、上記比較用電圧と出力電圧との比較は、絶対値による比較であるものとして、これに基づくフィードバック制御態様の変更を行えばよい。
【００７３】
・上記各実施形態では、チャージポンプ回路としてトランジスタ及びコンデンサから構成される回路を想定したが、ダイオード及びコンデンサからなるものでもよい。
【００７４】
・昇圧クロックのデューティ比の変更は、マスタークロックの波数に基づいて行う構成に限らない。要は、一定周期のクロックにおける異なる２つの論理レベル信号の比を変更することができれば、任意の構成でよい。
【００７５】
・昇圧能力の可変制御は、昇圧クロックのデューティ比の変更によるものに限られず、例えば昇圧クロックの周波数変更を行うなど任意の制御を用いてよい。
【００７６】
・昇圧能力の増大制御や減少制御は、アナログ的に無段階に行ってもよい。
【００７７】
・更に、昇圧能力の増大制御や減少制御は、昇圧能力の増大制御、昇圧能力の維持制御、昇圧能力の減少制御の３段階の制御ができるものでもよい。
【００７８】
・昇圧回路としては、必ずしもチャージポンプ回路に限られない。本発明の昇圧システムは、昇圧出力を安定化するためのフィードバック制御回路を備える任意の昇圧回路に適用可能である。
【００７９】
【発明の効果】
請求項１記載の発明では、昇圧回路の出力電圧と基準電圧との一方について、その値を異ならしめた２つの電圧値を、他方の電圧と比較し、他方の電圧がそれら２つの電圧値の間にある期間は昇圧能力の維持制御が行われる。このため、昇圧回路の出力電圧が異なる２つの電圧値内にあるときには、昇圧能力の維持制御がなされることとなる。したがって、本発明の構成によれば、出力電圧をより早期に収束させることができ、ひいては、同出力電圧に発振状のノイズが乗るという問題を好適に回避することができるようになる。
【００８０】
請求項２記載の発明によれば、昇圧回路の出力電圧から２つの異なる分圧値を生成して、この２つの電圧値と単一の基準電圧とを比較するために、単一の基準電源を用いて同出力電圧を２つの異なる電圧値内に制御することができるようになる。
【００８１】
請求項３記載の発明によれば、基準電圧を２つの異なる電圧値に設定して、この２つの電圧値と昇圧回路の出力電圧に応じて生成される単一の電圧とを比較することで、昇圧回路の出力電圧を２つの異なる電圧値内に制御することができるようになる。
【００８２】
請求項４記載の発明によれば、簡易な構成にて昇圧能力の多段階制御を行うことができるようになる。
【００８３】
請求項５記載の発明によれば、チャージポンプによって昇圧回路を構成することで、昇圧回路をよりコンパクトに形成することができるようになる。
【００８４】
請求項６記載の発明では、チャージポンプ回路に印加されるクロックのデューティ比を変更することで、昇圧能力を変更することができるようになる。
【００８５】
請求項７記載の発明によれば、上記各請求項記載の昇圧システムを撮像装置に組み込むことで、昇圧回路の出力電圧が所望の値に収束するまでの間に撮像信号にノイズがのるという問題を好適に回避することができるようになる。
【００８６】
請求項８記載の発明によれば、１垂直走査期間内は、昇圧回路のその時点での昇圧能力を維持するために、水平１ラインデータ毎にその転送にかかる電圧が大きく異なることがなくなり、ひいては、撮像信号を再生して得られる画像に横線状のノイズがのるおそれを好適に回避することができるようになる。
【００８７】
請求項９記載の発明によれば、特定の垂直走査期間における昇圧回路の出力電圧を取り込み、これに応じて続く垂直走査期間の昇圧回路の昇圧能力を設定するために、的確なフィードバック制御を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる昇圧システムをＣＣＤ撮像装置及びその駆動回路に適用した第１の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態における昇圧制御態様を示すタイムチャート。
【図３】本発明にかかる昇圧システムをＣＣＤ撮像装置及びその駆動回路に適用した第２の実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図４】同実施形態における昇圧制御態様を示すタイムチャート。
【図５】チャージポンプの一例を示す回路図。
【図６】上記チャージポンプの動作例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１００…ＣＣＤイメージセンサ、１１０…撮像部、１２０…蓄積部、１３０…水平転送部、２１０…垂直ドライバ、２２０…水平ドライバ、２３０…マスタークロック、２４０…タイミング発生部２４０、２５０…システム電源、２６０…チャージポンプ、３００、４００…フィードバック制御部、３１１、３１２…比較器、３２０…基準電圧、３３０…判定部、３４０…第１カウンタ、３５０…比較回路、３６０…第２カウンタ、４１０…ラッチ回路、４２０…セレクタ、４３２…インバータ。
Claims (7)
- 昇圧回路の出力電圧を基準電圧と比較し、その比較結果に応じて前記昇圧回路の昇圧能力をフィードバック制御する昇圧システムにおいて、 前記昇圧回路の出力電圧と前記基準電圧との比較を、それら一方の電圧についてその値を異ならしめた２つの電圧値と他方の電圧との間で行い、該他方の電圧がそれら２つの電圧値の間にある期間は前記フィードバック制御として前記昇圧回路のその時点での昇圧能力を維持する制御を行い、パルス駆動される固体撮像素子を含む撮像装置に組み込まれ、前記固体撮像素子の水平走査あるいは垂直走査の少なくとも一方のブランキング期間に昇圧動作を繰り返して、前記固体撮像素子を駆動する駆動回路に前記昇圧回路の出力電圧を供給し、前記固体撮像素子の１垂直走査期間内は、前記比較結果に関わらず前記昇圧回路のその時点での昇圧能力を維持することを特徴とする昇圧システム。
- 前記昇圧回路の出力電圧から２つの異なる分圧電圧を生成して前記２つの電圧値とし、これら２つの電圧値と単一の基準電圧とを比較して前記フィードバック制御を行う請求項１記載の昇圧システム。
- 前記基準電圧を異なる２電圧に設定して前記２つの電圧値とし、これら２つの電圧値と前記昇圧回路の出力電圧に応じて生成される単一の電圧とを比較して前記フィードバック制御を行う請求項１記載の昇圧システム。
- 前記比較される他方の電圧が、前記２つの電圧値の間にあるときには「０」、同２つの電圧値の間から外れるときにはそれら外れる方向に応じてそれぞれ「＋１」、「−１」とする判定結果を得る判定部と、該判定部の判定結果を積算するカウンタと、を備え、該カウンタの計数値に基づいて前記昇圧回路の昇圧能力をフィードバック制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の昇圧システム。
- 前記昇圧回路が、所定のディーティ比を有するクロックで駆動されるチャージポンプ回路である請求項１〜４のいずれかに記載の昇圧システム。
- 前記駆動クロックのデューティ比に応じて前記チャージポンプ回路の昇圧能力が変更されることを特徴とする請求項５記載の昇圧システム。
- 前記固体撮像素子の特定の垂直走査期間に前記比較結果を取り込み、取り込んだ比較結果に応じて、続く垂直走査期間の前記昇圧回路の昇圧能力を設定することを特徴とする請求項１に記載の昇圧システム。-
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