JP4230259B2 - Solid-state imaging device, driving method of solid-state imaging device, and camera - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
ダイナミック型シフトレジスタを含むMOS型固体撮像装置に関し、特にダイナミック型シフトレジスタのリセット動作の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置の一つとして、増幅型MOSセンサを用いた固体撮像装置が注目されている。この固体撮像装置は、画素を表すセル毎にフォトダイオードで検出した信号をトランジスタで増幅するものであり、高感度という特徴を持つ。
【0003】
このような固体撮像装置では、二次元に配列された画素を有する撮像素子を水平走査又は垂直走査する回路としてダイナミック型シフトレジスタが用いられ、回路の簡素化、高密度化及び低消費電力化を図っている。
【0004】
図6は、従来の一般的な固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。この固体撮像装置は、二次元に配列された画素を有する撮像部61と、撮像部61の一行を選択するための行選択信号を出力するシフトレジスタ62と、選択された行内の一画素するための画素選択信号を出力するシフトレジスタ63と、選択された画素から画素信号を取り出す画素処理部64と、取り出された画素信号を増幅するプリアンプ65とを備える。
【0005】
図7は、NMOSダイナミック型のシフトレジスタの構成を示すブロック図であり、シフトレジスタ62、63として利用される。同図では4段しか示していないが、実際には数百〜数千段ある。
【0006】
図中の、クロック信号Clk1及びClk2はシフト動作の基準となる二相クロック信号である。Clk1信号は奇数番目の単位レジスタに、Clk2信号は偶数番目の単位レジスタに入力される。これにより、奇数番目の単位レジスタと偶数番目の単位レジスタとが交互に動作する。
【0007】
同図において、Res1、Res2・・・(何れか1つを指す場合はResと略す)は、入力信号Inの論理値をクロック信号Clkに同期して内部に記憶し、記憶した論理値を出力信号Out及び出力信号Nextとして出力する単位レジスタである。出力信号Outは、行選択信号又は列選択信号として撮像部61に出力される。
【0008】
トランジスタTr3-1、3-2、・・・(同Tr3)は、単位レジスタへの入力信号Inをリセットするリセットトランジスタである。すなわち、トランジスタTr3は、それが接続された入力信号Inを有する単位レジスタの次段の単位レジスタの出力Outがハイレベルのときに入力信号Inをローレベルにすることによって、当該単位レジスタと前段の単位レジスタ内の記憶素子に蓄積された電荷を放電して入力信号Inをリセットする。もし、リセットしなければ単位レジスタ内部にいつまでも電荷が残りハイレベルを保ち続けるからである。リセットされた後は、ローレベル又はハイインピーダンスとなる。
【0009】
図8(a)は、単位レジスタの構成を示す回路図である。同図のように単位レジスタは、NMOS型トランジスタTr1、Tr2、キャパシタC1からなる。入力信号Inがハイレベルである場合の単位レジスタの動作説明図を図8(b)に示す。入力信号Inがハイレベルであるので、クロック信号Clkの立ち上がり(図中▲1▼)の前に、トランジスタTr1のゲート容量及びキャパシタC1の電位によってトランジスタTr1のゲート電極は既にハイレベルになっている。この状態で、クロック信号Clkがローレベルからハイレベルに立ち上がると、トランジスタTr1のゲート電圧InがキャパシタC1を介して昇圧(ブートと呼ぶ)される(同▲2▼)。また、トランジスタTr1はゲートにハイレベルより高電圧が印加されることから、ゲート下のポテンシャルがクロック(clk)のハイレベル以上になりOut信号にClk信号のハイレベルが出力される(同▲3▼)。Clk信号が立ち下がると、Out信号にClk信号のローレベルが出力される。このとき、Next信号は、一方向性トランジスタTr2のゲート容量にハイレベルが保持されているので、Clk信号が立ち下がった後もハイレベルを出力する。
【0010】
一方、入力信号Inがローレベル(又はフローティング)である場合にはトランジスタTr1がオンしないので、クロック信号Clkが入力されても、Out信号、Next信号は何れもローレベル(又はフローティング)のままである。
【0011】
図9は、シフトレジスタにおけるシフト動作を示すタイムチャートである。同図においてクロック信号Clk1、Clk2、入力信号(又は内部データ)In1〜In4、出力信号Out1〜Out4は、図7、図8に示した信号である。
【0012】
まず、単位レジスタRes1は、Clk1信号(図中▲1▼)に同期して、ハイレベル状態の入力信号In1をブートして内部に保持する(同▲2▼)。これと同時に画素選択信号としてOut1信号を出力し(同▲3▼)、Next1信号をハイレベルにする。ハイレベルになったNext1信号は入力信号In2として次段の単位レジスタRes2に入力される。このとき、Clk1信号が入力された他の奇数番目の単位レジスタは、その入力がローレベル(又はハイインピーダンス状態)であり、内部にハイレベルを取り込まない。
【0013】
このようにして、クロック信号Clk1が供給されている奇数番目の単位レジスタのシフト動作がなされる。次のクロック信号Clk2によって、偶数番目の単位レジスタのシフト動作がなされる。
【0014】
また、出力信号Out2がハイレベルになると、リセットトランジスタTr3-1がオンになり、入力信号In1をローレベルにするので、単位レジスタRes1内部のトランジスタTr1のゲート容量及びキャパシタC1の電荷が放電し、単位レジスタRes1の入力信号In1がリセットされる。
【0015】
出力信号Out3がハイレベルになると、リセットトランジスタTr3-2がオンになり、単位レジスタRes2内のトランジスタTr1のゲート容量及びキャパシタC1が放電すると共に、Next1信号線を介して単位レジスタRes1内の一方向性トランジスタTr2のゲート容量の電荷も放電する。これにより単位レジスタRes2の入力信号In2がリセットされる。
【0016】
このようにして、NMOS型ダイナミックシフトレジスタは、ハイレベルを出力した単位レジスタが、前段の単位レジスタへの入力信号Inをリセットする。
このようなシフトレジスタの先行技術として特許文献1がある。特許文献1では、単位レジスタ間を順方向に接続するトランジスタ群と、逆方向に接続するトランジスタ群を備えることによりシフト方向を選択可能な双方向シフトレジスタを開示している。
【0017】
【特許文献1】
特開昭64−44178号公報
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来技術おけるシフトレジスタによれば、後段の単位レジスタの出力Outによって前段の単位レジスタの入力信号をリセットしているので、最終段の単位レジスタの入力信号を同じようにしてリセットすることができず、最終段の単位レジスタへの入力信号のリセットは別扱いにする必要がある。
【0019】
最終段の単位レジスタへの入力信号をリセットする例として、最終段の後段にさらにリセットのための単位レジスタを追加しておく構成や、全ての単位レジスタへの入力信号をリセットするオールクリア機能を備えておき、最終段のリセットはオールクリアによって行う構成などがあり、上記特許文献1でも同様の構成と考えられる。
【0020】
しかし、これらはいずれも冗長な構成を含む点で、簡易なリセット方法が必要である。
上記問題に鑑み本発明は、簡易な構成で単位レジスタの最終段の入力信号をリセットするシフトレジスタを備えた固体撮像装置、固体撮像装置の方法及びカメラを提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明の固体撮像装置は、ダイナミックロジック回路により形成され、二次元に配列された撮像素子の行又は列を順次選択するためのシフトレジスタを有する固体撮像装置であって、前記シフトレジスタは、信号を保持する複数段の単位レジスタと、最終段の単位レジスタに備えられ、最終段から1段以上前段の単位レジスタの出力信号を用いて最終段の単位レジスタへの入力信号をリセットする第2リセット回路とを有する。ここで前記最終段リセット回路は、最終段の前々段の単位レジスタから前段の単位レジスタへの出力信号を用いて最終段の単位レジスタへの入力信号をリセットする構成としてもよい
この構成によれば、最終段の単位レジスタは最終段リセット回路によりリセットされる。しかも、最終段リセット回路は、最終段から1段以上前段の単位レジスタの出力信号を用いるので、余分に単位レジスタを設ける必要がなく、全単位レジスタを同時にリセットする回路を備える必要もなく、簡易な構成で最終段の単位レジスタを確実にリセットすることができるという効果がある。
【0022】
ここで、前記最終段リセット回路は、最終段の単位レジスタとその前段の単位レジスタとの間に備えられ、最終段の動作クロックとは位相の異なる動作クロックによりオン及びオフするトランジスタと、最終段の1段以上前段の単位レジスタのの出力信号を反転するインバータと、インバータ出力によりオンすることにより、前記トランジスタを介して最終段入力をローレベルにするリセットトランジスタとを有する構成としてもよい。
【0023】
この構成によれば、最終段リセット回路は2つのトランジスタと1つのインバータから構成されるので、最終段の単位レジスタのリセットを簡易な構成によって、実現することができる。
【0024】
ここで、前記最終段リセット回路は、最終段の前々段の単位レジスタから前段の単位レジスタへの出力信号を用いて最終段の単位レジスタへの入力信号をリセットし、 最終段の単位レジスタに備えられた前記信号リセット回路が、最終段の単位レジスタの出力信号によって、最終段の前々段の単位レジスタから前段の単位レジスタへの出力信号をリセットする構成としてもよい。
【0025】
この構成によれば、最終段の単位レジスタに備えられた第1リセット回路において最終段の前段の単位レジスタへの入力信号のリセットを、最終段の単位レジスタの出力信号によって行った後に、最終段リセット回路において最終段をリセットするので、最終段の出力信号が出力されてシフト動作を完了した直後に、最終段の単位レジスタを確実にリセットすることができるという効果がある。
【0026】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法及びカメラも上記と同様の手段、作用、効果を有する。
【0027】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の形態におけるシフトレジスタの構成を示すブロック図である。このシフトレジスタは、図6に示した固体撮像装置を備えるカメラにおいて、行選択信号を出力するシフトレジスタ62、画素選択信号を出力するシフトレジスタ63の何れか、又は両者として備えられる。図1では便宜上4段しか図示していないが、実際には画素数に応じて数百〜数千の段数が存在する。
【0028】
図1のようにシフトレジスタは、単位レジスタRes1、Res2、・・・と、トランジスタTr3-1、Tr3-2・・・(何れか1つを指す場合はTr3と略す)と、トランジスタTr6と、インバータ11とを備え、トランジスタTr6とインバータ11出力とによって最終段の入力信号をリセットするように構成されている。
【0029】
単位レジスタResは、入力信号Inの論理値をクロック信号Clkに同期して内部に記憶し、記憶した論理値を出力信号Out及び出力信号Nextとして出力する。ここで論理値はハイレベルとフローティングの2状態の何れか又はハイレベルとローレベルの2つの状態の何れかである。ただし、入力信号Inに現れる電圧は、単位レジスタ内部でブートされるので一時的にハイレベルよりも高電圧になる。単位レジスタresの個々の構成は図8(a)に示した構成と同じであり、内部動作タイミングも図8(b)と同じであるので説明を省略する。
【0030】
トランジスタTr3-1、3-2、3-3、・・・(同Tr3)は、それぞれ接続先の入力信号In1、In2、In3、・・・をリセットするリセットトランジスタである。例えば、トランジスタ3-2は、単位レジスタRes3の出力Out3がハイレベルのときに入力信号In2をローレベルにすることによって、入力信号In2に接続されている単位レジスタRes2内のトランジスタTr1のゲート容量とキャパシタC1の電荷を放電し、単位レジスタRes1内のトランジスタTr2のゲート容量の電荷を放電する。もし、リセットしなければ単位レジスタ内部にいつまでも電荷が残りハイレベルを出力し続けるからである。リセットされた次のクロック信号では出力信号Out及びNextは、ローレベル出力又はハイインピーダンスとなる。なお、トランジスタTr3-1は、スタートパルスが入力される入力信号In1が、ハイレベルとフローティングの2状態ではなく、ハイレベルとローレベルの2状態をとる場合は省略してもよい。
【0031】
トランジスタTr3-4は、インバータ11の出力がハイレベルのときにオンになり、オン状態でローレベルを単位レジスタRes3のNext信号及びトランジスタTr6を介して最終段の単位レジスタRes4のIn信号に出力することにより、当該単位レジスタへの入力信号Inをリセットするためのリセットトランジスタである。
【0032】
トランジスタTr6は、クロック信号Clk1がハイレベルの時にオンになる。これによりクロック信号Clk1がハイレベルであり、かつ、インバータ11の出力がハイレベルであれば、最終段の単位レジスタへの入力信号がリセットされることになる。言い換えれば、トランジスタTr6は、インバータ11の出力がハイレベルになったときに出力信号Out4の出力完了後に最終段の単位レジスタの入力Inをリセットするために設けられている。
【0033】
インバータ11は、最終段よりも2段前の単位レジスタの出力号Next2を入力信号InvINとし、その論理値を反転した出力信号InvOutをリセットトランジスタtr3-4に出力する。
【0034】
図2(a)は、インバータ11の回路例を示す図である。同図(a)のようにインバータ11は、プルアップ抵抗R1とトランジスタTr11とからなる。入力信号InvINがローレベルであれば、トランジスタTr11がオフするのでプルアップ抵抗R1からのハイレベルを出力信号InvOutとして出力し、入力信号InvINがハイレベルであれば、トランジスタTr11がオンするのでトランジスタTr11を介してローレベルを出力信号InvOutとして出力する。
【0035】
インバータ11の回路例は、同図(a)の代わりに同図(b)の回路例としてもよい。同図(b)の回路例は同図(a)と比較して、プルアップ抵抗R1の代わりにトランジスタTr12を備える。入力信号InvINがローレベルであれば、トランジスタTr11がオフし、トランジスタTr12がオンするのでハイレベルを出力信号InvOutとして出力し、入力信号InvINがハイレベルであれば、トランジスタTr11がオンし、トランジスタTr12がオフになるのでローレベルを出力信号InvOutとして出力する。
【0036】
図3は、図1に示したシフトレジスタの動作タイミングを示すタイムチャートである。同図においてクロック信号Clk1、Clk2、入力信号(又は内部データ)In1〜In4、InvIn信号、InvOut信号、出力信号Out1〜Out4は、図1に示した信号である。
【0037】
同図において最終段の単位レジスタRes4以外の単位レジスタへの入力信号Inのリセットは、既に説明した図9と同様なので説明を省略し、最終段について説明する。
【0038】
最終段の単位レジスタRes4の出力信号Out4がハイレベルになると、トランジスタ3-3がオンすることにより単位レジスタRes2内の一方向性トランジスタTr2のゲート容量の電荷が放電され、単位レジスタRes2の出力信号Next2(つまりInvIN)がローレベルになる(図3及び図1中の▲1▼)。これによりインバータ11の出力信号InvOutはハイレベルになり(同▲2▼)、リセットトランジスタTr3-4をオンにする。
【0039】
リセットトランジスタTr3-4をオンにより、単位レジスタRes3内部の一方向性トランジスタTr2の容量成分はリセットされるが、トランジスタTr6がオフなので最終段の単位レジスタRes4はまだリセットされない。このタイミング(同▲2▼)でトランジスタTr6オフであるのはクロック信号Clk1がローレベルだからであり、もし、トランジスタTr6がオンであれば、出力信号Out4が立ち上がった途端にリセットされてしまうからである。
【0040】
さらに、出力信号Out4のハイレベル期間が終わり、クロック信号Clk1がハイレベルになったとき、トランジスタTr6がオンになるので、リセットトランジスタTr3-4からトランジスタTr6を介して最終段の単位レジスタRes4がリセットされる(同▲3▼)。
【0041】
このように最終段の単位レジスタ入力信号は、2段前の単位レジスタのnext信号を反転するインバータ11と、リセットトランジスタTr3-4と、クロック信号Clk1によりリセットタイミングを調整するトランジスタTr6とによって、自身の出力信号Out4が正常に立ち下がった後にリセットされる。これにより、最終段の単位レジスタから出力信号のパルスが出力され、つまりシフトレジスタのシフト動作が完了した直後に、最終段の単位レジスタへの入力信号をリセットしている。
【0042】
以上説明してきたように本実施の形態におけるシフトレジスタによれば、1つのインバータと2つのトランジスタという簡易なリセット回路によって、最終段の単位レジスタへの入力信号をリセットすることができる。インバータは図2に示したようにトランジスタ1個又は2個相当なので、リセット回路は、トランジスタ3個又は4個相当の回路により実現することができる。
【0043】
なお、特許文献1のような双方向シフトレジスタに対しては、上記実施の形態におけるリセット回路を、順方向シフトにおける最終段の単位レジスタと、逆方向シフトにおける最終段の単位レジスタの2箇所に備える構成とすればよい。
【0044】
また、図4は、他の実施の形態におけるシフトレジスタの構成を示す図である。
同図のシフトレジスタは図1と比較して、最終段以外の単位レジスタへの入力信号InにトランジスタTr6-1〜Tr6-3が追加されている点が異なる。トランジスタTr6-1〜Tr6-3は、単位レジスタからみた入力信号Inの負荷容量をトランジスタTr6の一個分に制限し、単位レジスタ内部のブート電圧の低下を防止するために備えられている。こうすれば、例えば、上記の双方向シフトレジスタのように、1つの単位レジスタに対して前段のレジスタ信号を入力するトランジスタと後段のレジスタ信号を入力するトランジスタとが接続される場合に、トランジスタTr6を介して単位レジスタの入力に接続すれば、負荷容量を増大させることを防止することができる。その結果ブート電圧の低下を防止することができる。
【0045】
さらに、図5は、もう1つの他の実施の形態におけるシフトレジスタの構成を示すブロック図である。図1及び図4に示したシフトレジスタでは、最終段の単位レジスタの入力信号を最終段の前々段の出力信号を用いてリセットしているのに対して、図5に示すシフトレジスタでは、前段の出力信号(Next)を用いてリセットする構成例を示している。
【0046】
【発明の効果】
本発明によれば、シフトレジスタの最終段の次段にリセット用の余分な単位レジスタを設ける必要がなく、また、全単位レジスタを同時にリセットする回路を備える必要もなく、最終段の単位レジスタを確実にリセットすることができるという効果がある。
【0047】
また、最終段の出力信号が出力されてシフト動作を完了した直後に、最終段の単位レジスタを確実にリセットすることができるという効果がある。
さらに、トランジスタ2個とインバータ1個という簡易な構成によって、最終段の単位レジスタのリセット回路を実現することができる。
【0048】
また、本発明の固体撮像装置の駆動方法及びカメラも上記と同様の効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態におけるシフトレジスタの構成を示すブロック図である。
【図2】(a)インバータの回路例を示す図である。
(b)インバータの他の回路例を示す図である。
【図3】シフトレジスタの動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図4】他の実施の形態におけるシフトレジスタの構成を示す図である。
【図5】さらに他の実施の形態におけるシフトレジスタの構成を示す図である。
【図6】固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図7】従来のNMOSダイナミック型のシフトレジスタの構成を示すブロック図である。
【図8】(a)単位レジスタの構成を示す回路図である。
(b)単位レジスタの動作タイミングを示すタイムチャートである。
【図9】従来のシフトレジスタにおけるシフト動作を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
11 インバータ
61 撮像部
62 シフトレジスタ
63 シフトレジスタ
64 信号処理部
65 プリアンプ
Res1〜Res4 単位レジスタ
Tr1 トランジスタ
Tr2 トランジスタ
Tr3-1〜Tr3-4 トランジスタ
Tr6-1〜Tr6-4 トランジスタ
Tr11 トランジスタ
Tr12 トランジスタ
C1 キャパシタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a MOS type solid-state imaging device including a dynamic shift register, and more particularly to improvement of reset operation of the dynamic shift register.
[0002]
[Prior art]
In recent years, attention has been paid to a solid-state imaging device using an amplification type MOS sensor as one of the solid-state imaging devices. This solid-state imaging device amplifies a signal detected by a photodiode for each cell representing a pixel by a transistor, and has a feature of high sensitivity.
[0003]
In such a solid-state imaging device, a dynamic shift register is used as a circuit that horizontally or vertically scans an imaging device having pixels arranged in two dimensions, thereby simplifying the circuit, increasing the density, and reducing power consumption. I am trying.
[0004]
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a conventional general solid-state imaging device. The solid-state imaging device includes an imaging unit 61 having pixels arranged in two dimensions, a
[0005]
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of an NMOS dynamic shift register, which is used as the
[0006]
In the figure, clock signals Clk1 and Clk2 are two-phase clock signals that serve as references for the shift operation. The Clk1 signal is input to the odd-numbered unit register, and the Clk2 signal is input to the even-numbered unit register. Thereby, odd-numbered unit registers and even-numbered unit registers operate alternately.
[0007]
In the figure, Res1, Res2,... (Abbreviated as Res when referring to any one) stores the logical value of the input signal In in synchronization with the clock signal Clk and outputs the stored logical value. It is a unit register that outputs as a signal Out and an output signal Next. The output signal Out is output to the imaging unit 61 as a row selection signal or a column selection signal.
[0008]
Transistors Tr3-1, 3-2,... (Tr3) are reset transistors that reset the input signal In to the unit register. That is, the transistor Tr3 has a low level when the output Out of the unit register at the next stage of the unit register having the input signal In to which the transistor Tr3 is connected is at a low level. The charge accumulated in the storage element in the unit register is discharged to reset the input signal In. If it is not reset, the charge remains in the unit register indefinitely and keeps the high level. After resetting, it becomes low level or high impedance.
[0009]
FIG. 8A is a circuit diagram showing the configuration of the unit register. As shown in the figure, the unit register includes NMOS transistors Tr1 and Tr2 and a capacitor C1. FIG. 8B shows an operation explanatory diagram of the unit register when the input signal In is at a high level. Since the input signal In is at the high level, the gate electrode of the transistor Tr1 is already at the high level due to the gate capacitance of the transistor Tr1 and the potential of the capacitor C1 before the rising edge of the clock signal Clk ((1) in the figure). . In this state, when the clock signal Clk rises from the low level to the high level, the gate voltage In of the transistor Tr1 is boosted (called boot) through the capacitor C1 ((2)). In addition, since a voltage higher than the high level is applied to the gate of the transistor Tr1, the potential under the gate becomes equal to or higher than the high level of the clock (clk), and the high level of the Clk signal is output to the Out signal (same as in (3) above). ▼). When the Clk signal falls, the low level of the Clk signal is output to the Out signal. At this time, the Next signal is output at a high level even after the Clk signal falls because the gate capacitance of the unidirectional transistor Tr2 is maintained at a high level.
[0010]
On the other hand, since the transistor Tr1 is not turned on when the input signal In is at a low level (or floating), both the Out signal and the Next signal remain at a low level (or floating) even when the clock signal Clk is input. is there.
[0011]
FIG. 9 is a time chart showing the shift operation in the shift register. In the figure, clock signals Clk1 and Clk2, input signals (or internal data) In1 to In4, and output signals Out1 to Out4 are the signals shown in FIGS.
[0012]
First, the unit register Res1 boots and holds the high-level input signal In1 in synchronization with the Clk1 signal (1 in the figure) (2). At the same time, the Out1 signal is output as the pixel selection signal (3), and the Next1 signal is set to the high level. The Next1 signal that has become high level is input to the next stage unit register Res2 as an input signal In2. At this time, the other odd-numbered unit registers to which the Clk1 signal has been input have a low level (or high impedance state), and do not capture a high level internally.
[0013]
In this way, the shift operation of the odd-numbered unit register to which the clock signal Clk1 is supplied is performed. The even-numbered unit register is shifted by the next clock signal Clk2.
[0014]
Further, when the output signal Out2 becomes high level, the reset transistor Tr3-1 is turned on and the input signal In1 is set to low level, so that the gate capacitance of the transistor Tr1 in the unit register Res1 and the charge of the capacitor C1 are discharged, The input signal In1 of the unit register Res1 is reset.
[0015]
When the output signal Out3 becomes high level, the reset transistor Tr3-2 is turned on, the gate capacitance of the transistor Tr1 in the unit register Res2 and the capacitor C1 are discharged, and one direction in the unit register Res1 is passed through the Next1 signal line. The charge of the gate capacitance of the conductive transistor Tr2 is also discharged. As a result, the input signal In2 of the unit register Res2 is reset.
[0016]
In this way, in the NMOS type dynamic shift register, the unit register that outputs a high level resets the input signal In to the unit register in the previous stage.
There is
[0017]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 64-44178
[Problems to be solved by the invention]
By the way, according to the shift register in the above prior art, since the input signal of the previous unit register is reset by the output Out of the subsequent unit register, the input signal of the final unit register must be reset in the same way. Therefore, resetting the input signal to the unit register in the final stage must be handled separately.
[0019]
As an example of resetting the input signal to the unit register at the final stage, there is a configuration in which a unit register for reset is further added after the final stage, and an all clear function to reset the input signal to all unit registers. There is a configuration in which the final stage reset is performed by all clear, and the above-described
[0020]
However, these all require a simple reset method in that they include redundant configurations.
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device, a solid-state imaging device method, and a camera including a shift register that resets an input signal at the final stage of a unit register with a simple configuration.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device having a shift register for sequentially selecting rows or columns of imaging elements formed by a dynamic logic circuit and arranged two-dimensionally. The shift register is provided in a plurality of unit registers for holding signals and a unit register in the final stage, and an input signal to the unit register in the final stage using an output signal of one or more previous stage registers from the last stage And a second reset circuit for resetting. In this configuration, the final stage reset circuit may be configured to reset an input signal to the final stage unit register using an output signal from the previous stage unit register to the previous stage unit register. For example, the final stage unit register is reset by the final stage reset circuit. In addition, since the final stage reset circuit uses the output signal of the unit register one or more stages before the final stage, it is not necessary to provide an extra unit register, and it is not necessary to provide a circuit for simultaneously resetting all the unit registers. With this configuration, the unit register at the final stage can be reset reliably.
[0022]
Here, the final stage reset circuit is provided between the final stage unit register and the previous stage unit register, and is turned on and off by an operation clock having a phase different from that of the final stage operation clock; It is also possible to have an inverter that inverts the output signal of the unit register of one or more previous stages and a reset transistor that is turned on by the inverter output to bring the final stage input to a low level via the transistor.
[0023]
According to this configuration, since the final stage reset circuit includes two transistors and one inverter, the reset of the final stage unit register can be realized with a simple configuration.
[0024]
Here, the final stage reset circuit resets an input signal to the final stage unit register using an output signal from the previous stage unit register of the final stage to the previous stage unit register. The signal reset circuit provided may be configured to reset the output signal from the unit register in the last stage of the last stage to the unit register in the previous stage in accordance with the output signal of the unit register in the last stage.
[0025]
According to this configuration, in the first reset circuit provided in the final stage unit register, the input signal to the previous stage unit register is reset by the output signal of the final stage unit register, and then the final stage unit register is reset. Since the final stage is reset in the reset circuit, there is an effect that the unit register in the final stage can be surely reset immediately after the output signal of the final stage is output and the shift operation is completed.
[0026]
The driving method and camera of the solid-state imaging device of the present invention also have the same means, actions, and effects as described above.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a shift register in the embodiment of the present invention. This shift register is provided as either or both of a
[0028]
As shown in FIG. 1, the shift register includes unit registers Res1, Res2,..., Transistors Tr3-1, Tr3-2... (Abbreviated as Tr3 when referring to any one), a transistor Tr6, The
[0029]
The unit register Res stores the logical value of the input signal In in synchronization with the clock signal Clk, and outputs the stored logical values as the output signal Out and the output signal Next. Here, the logical value is one of two states of high level and floating, or one of two states of high level and low level. However, since the voltage appearing in the input signal In is booted inside the unit register, it temporarily becomes higher than the high level. The individual configuration of the unit register res is the same as that shown in FIG. 8A, and the internal operation timing is also the same as that shown in FIG.
[0030]
Transistors Tr3-1, 3-2, 3-3,... (Tr3) are reset transistors that reset the input signals In1, In2, In3,. For example, the transistor 3-2 has the gate capacitance of the transistor Tr1 in the unit register Res2 connected to the input signal In2 by setting the input signal In2 to low level when the output Out3 of the unit register Res3 is high level. The charge of the capacitor C1 is discharged, and the charge of the gate capacitance of the transistor Tr2 in the unit register Res1 is discharged. If it is not reset, the charge remains in the unit register indefinitely and continues to output a high level. In the next clock signal that has been reset, the output signals Out and Next become a low level output or a high impedance. Note that the transistor Tr3-1 may be omitted when the input signal In1 to which the start pulse is input takes two states of high level and low level instead of two states of high level and floating.
[0031]
The transistor Tr3-4 is turned on when the output of the
[0032]
The transistor Tr6 is turned on when the clock signal Clk1 is at a high level. As a result, when the clock signal Clk1 is at a high level and the output of the
[0033]
The
[0034]
FIG. 2A is a diagram illustrating a circuit example of the
[0035]
The circuit example of the
[0036]
FIG. 3 is a time chart showing the operation timing of the shift register shown in FIG. In the figure, clock signals Clk1 and Clk2, input signals (or internal data) In1 to In4, InvIn signal, InvOut signal, and output signals Out1 to Out4 are the signals shown in FIG.
[0037]
In the figure, the reset of the input signal In to the unit registers other than the final stage unit register Res4 is the same as that of FIG.
[0038]
When the output signal Out4 of the final stage unit register Res4 becomes high level, the transistor 3-3 is turned on to discharge the gate capacitance of the unidirectional transistor Tr2 in the unit register Res2, and the output signal of the unit register Res2 Next2 (ie, InvIN) becomes low level ((1) in FIGS. 3 and 1). As a result, the output signal InvOut of the
[0039]
By turning on the reset transistor Tr3-4, the capacitance component of the unidirectional transistor Tr2 in the unit register Res3 is reset, but since the transistor Tr6 is off, the unit register Res4 in the final stage is not yet reset. At this timing (2), the transistor Tr6 is off because the clock signal Clk1 is at a low level. If the transistor Tr6 is on, the transistor Tr6 is reset as soon as the output signal Out4 rises. It is.
[0040]
Further, when the high level period of the output signal Out4 ends and the clock signal Clk1 becomes high level, the transistor Tr6 is turned on, so that the unit register Res4 in the final stage is reset from the reset transistor Tr3-4 via the transistor Tr6. (3).
[0041]
As described above, the unit register input signal of the final stage is generated by the
[0042]
As described above, according to the shift register in this embodiment, the input signal to the unit register at the final stage can be reset by a simple reset circuit including one inverter and two transistors. Since the inverter corresponds to one or two transistors as shown in FIG. 2, the reset circuit can be realized by a circuit corresponding to three or four transistors.
[0043]
For a bidirectional shift register such as that disclosed in
[0044]
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a shift register according to another embodiment.
The shift register of FIG. 6 differs from that of FIG. 1 in that transistors Tr6-1 to Tr6-3 are added to the input signal In to the unit registers other than the final stage. The transistors Tr6-1 to Tr6-3 are provided to limit the load capacity of the input signal In viewed from the unit register to one transistor Tr6 and to prevent the boot voltage in the unit register from being lowered. In this case, for example, when the transistor that inputs the register signal of the previous stage and the transistor that inputs the register signal of the subsequent stage are connected to one unit register like the above-described bidirectional shift register, the transistor Tr6 By connecting to the input of the unit register via the terminal, it is possible to prevent the load capacity from increasing. As a result, it is possible to prevent the boot voltage from being lowered.
[0045]
Furthermore, FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a shift register in another embodiment. In the shift register shown in FIG. 1 and FIG. 4, the input signal of the last unit register is reset using the output signal of the last stage, whereas in the shift register shown in FIG. The example of a structure which resets using the output signal (Next) of the front | former stage is shown.
[0046]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is not necessary to provide an extra unit register for reset at the next stage of the shift register, and it is not necessary to provide a circuit for resetting all the unit registers at the same time. There is an effect that it can be surely reset.
[0047]
Further, immediately after the output signal of the final stage is output and the shift operation is completed, the unit register of the final stage can be surely reset.
Further, a reset circuit for the unit register in the final stage can be realized with a simple configuration of two transistors and one inverter.
[0048]
Further, the driving method and the camera of the solid-state imaging device of the present invention have the same effects as described above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a shift register in an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a diagram illustrating a circuit example of an inverter.
(B) It is a figure which shows the other circuit example of an inverter.
FIG. 3 is a time chart showing the operation timing of the shift register.
FIG. 4 illustrates a structure of a shift register in another embodiment.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a shift register in still another embodiment.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a solid-state imaging device.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional NMOS dynamic shift register.
FIG. 8A is a circuit diagram showing a configuration of a unit register.
(B) It is a time chart which shows the operation timing of a unit register.
FIG. 9 is a time chart showing a shift operation in a conventional shift register.
[Explanation of symbols]
11 Inverter 61
Res1 to Res4 unit register
Tr1 transistor
Tr2 transistor
Tr3-1 to Tr3-4 transistors
Tr6-1 to Tr6-4 transistors
Tr11 transistor
Tr12 transistor
C1 capacitor
Claims (8)
前記シフトレジスタは、
信号を保持する複数段の単位レジスタと、
最終段から1段以上前段の単位レジスタの出力信号を用いて最終段の単位レジスタへの入力信号をリセットする最終段リセット回路を有し、
前記最終段リセット回路は、
最終段の単位レジスタとその前段の単位レジスタとの間に備えられ、最終段の動作クロックとは位相の異なる動作クロックによりオン及びオフするトランジスタと、
最終段の1段以上前段の単位レジスタの出力信号を反転するインバータと、
インバータ出力によりオンすることにより、前記トランジスタを介して最終段入力をローレベルにするリセットトランジスタと
を有することを特徴とする固体撮像装置。A solid-state imaging device having a shift register for sequentially selecting rows or columns of imaging elements formed by a dynamic logic circuit and arranged two-dimensionally,
The shift register is
A multi-stage unit register for holding a signal;
Have a final stage reset circuit using the output signal of the previous unit register more than one stage from the last stage to reset the input signal to the unit register in the final stage,
The final stage reset circuit includes:
A transistor provided between the unit register of the last stage and the unit register of the preceding stage, and turned on and off by an operation clock having a phase different from that of the operation clock of the last stage;
An inverter that inverts the output signal of the unit register in the preceding stage one or more stages in the final stage
A reset transistor that turns on the final stage input through the transistor by turning on the inverter output; and
The solid-state imaging device characterized in that it comprises a.
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。The said last stage reset circuit resets the input signal to the unit register of the last stage using the output signal from the unit register of the last stage before the last stage to the unit register of the preceding stage. Solid-state imaging device.
各単位レジスタの出力信号を用いて、当該単位レジスタの1段以上前段の単位レジスタへの信号をリセットする信号リセット回路を備える
ことを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。The solid-state imaging device further includes:
3. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a signal reset circuit that resets a signal to one or more previous stage unit registers of the unit register using an output signal of each unit register.
各単位レジスタの出力信号を用いて、当該単位レジスタの前々段から前段への出力信号をリセットする
ことを特徴とする請求項3記載の固体撮像装置。The signal reset circuit is:
The solid-state imaging device according to claim 3 , wherein an output signal from the preceding stage to the preceding stage of the unit register is reset using an output signal of each unit register.
前記シフトレジスタは、信号を保持する複数段の単位レジスタを有し、
前記駆動方法は、
最終段から1段以上前段の単位レジスタの出力信号を用いて最終段の単位レジスタへの入力信号をリセットする最終段リセットステップと
を有し、
前記最終段リセットステップにおいて、最終段の前々段の単位レジスタから前段の単位レジスタへの出力信号を用いて最終段の単位レジスタへの入力信号をリセットし、
前記シフトレジスタは、最終段の単位レジスタとその前段の単位レジスタとの間に備えられ最終段の動作クロックとは位相の異なる動作クロックによりオン及びオフするトランジスタと、最終段の前々段の出力信号を反転するインバータと、インバータ出力によりオンすることにより、前記トランジスタを介して最終段入力をローレベルにするリセットトランジスタとからなる最終段リセット回路を有し、
前記最終段リセットステップにおいて、前記最終段リセット回路によって最終段の単位レジスタへの入力信号をリセットする
ことを特徴とする駆動方法。A driving method of a solid-state imaging device having a shift register for sequentially selecting rows or columns of imaging elements formed by a dynamic logic circuit and arranged two-dimensionally,
The shift register has a multi-stage unit register for holding a signal,
The driving method is:
Possess a final stage reset step of resetting an input signal to the unit register in the final stage by using an output signal of the previous unit register more than one stage from the last stage,
In the final stage reset step, the input signal to the final stage unit register is reset using the output signal from the previous stage unit register to the previous stage unit register in the final stage,
The shift register includes a transistor that is provided between a unit register at the last stage and a unit register at the preceding stage and that is turned on and off by an operation clock having a phase different from that of the operation clock at the last stage, and an output before the last stage. A final stage reset circuit comprising an inverter that inverts the signal and a reset transistor that turns on the final stage input through the transistor by turning on the inverter output;
In the final stage reset step, an input signal to the final stage unit register is reset by the final stage reset circuit .
ハイレベルを出力した単位レジスタの出力信号を用いて、当該単位レジスタの1段以上前段の単位レジスタへの信号をリセットする信号リセットステップを有する
ことを特徴とする請求項5記載の駆動方法。The driving method further includes:
The driving method according to claim 5, further comprising: a signal reset step of resetting a signal to a unit register at one or more stages before the unit register using an output signal of the unit register that outputs a high level.
ことを特徴とする請求項6記載の駆動方法。The driving method according to claim 6 , wherein, in the signal reset step, an output signal from the previous stage to the previous stage of the unit register is reset using an output signal of the unit register that outputs a high level.
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