JP4645294B2 - Imaging device and power supply method for imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、物理量分布検知の半導体装置の一例である撮像装置と、この撮像装置用の電源供給方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus which is an example of a semiconductor device for physical quantity distribution detection, and a power supply method for the imaging apparatus.
光や放射線などの外部から入力される電磁波あるいは圧力(接触など)などの物理量変化に対して感応性をする単位構成要素(たとえば画素)をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。 Physical quantity distribution formed by arranging multiple unit components (for example, pixels) that are sensitive to changes in physical quantity such as electromagnetic waves or pressure (contact, etc.) input from outside such as light and radiation, in a line or matrix form. Sensing semiconductor devices are used in various fields.
たとえば、映像機器の分野では、物理量の一例である光(電磁波の一例)の変化を検知するCCD(Charge Coupled Device )型あるいはMOS(Metal Oxide Semiconductor ;金属酸化膜半導体)やCMOS(Complementary Metal-oxide Semiconductor; 相補金属酸化膜半導体)型の撮像素子(撮像デバイス)を用いた固体撮像装置が使われている。 For example, in the field of video equipment, a CCD (Charge Coupled Device) type, MOS (Metal Oxide Semiconductor) or CMOS (Complementary Metal-oxide) that detects a change in light (an example of an electromagnetic wave) which is an example of a physical quantity. A solid-state imaging device using a semiconductor (complementary metal oxide semiconductor) type imaging device (imaging device) is used.
また、コンピュータ機器の分野では、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置などが使われている。これらは、単位構成要素(固体撮像装置にあっては画素)によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。 In the field of computer equipment, fingerprint authentication devices that detect fingerprint images based on changes in electrical characteristics based on pressure and changes in optical characteristics are used. These read out, as an electrical signal, a physical quantity distribution converted into an electrical signal by a unit component (a pixel in a solid-state imaging device).
また、固体撮像装置の中には、電荷生成部で生成された信号電荷に応じた画素信号を生成する画素信号生成部に増幅用の駆動トランジスタを有する増幅型固体撮像素子(APS;Active Pixel Sensor /ゲインセルともいわれる)構成の画素を備えた増幅型固体撮像装置がある。たとえば、CMOS型固体撮像装置の多くはそのような構成をなしている。 Further, in some solid-state imaging devices, an amplifying solid-state imaging device (APS; Active Pixel Sensor) that has a driving transistor for amplification in a pixel signal generation unit that generates a pixel signal corresponding to the signal charge generated in the charge generation unit. There is an amplification type solid-state imaging device including a pixel having a configuration (also called a gain cell). For example, many CMOS solid-state imaging devices have such a configuration.
このような増幅型固体撮像装置において画素信号を外部に読み出すには、複数の単位画素が配列されている画素部に対してアドレス制御をし、個々の単位画素からの信号を決められたアドレスの順または任意に選択して読み出すようにしている。つまり、増幅型固体撮像装置は、アドレス制御型の固体撮像装置の一例である。 In such an amplification type solid-state imaging device, in order to read out a pixel signal to the outside, address control is performed on a pixel unit in which a plurality of unit pixels are arranged, and signals from individual unit pixels are assigned to a predetermined address. The data is read out in order or arbitrarily. That is, the amplification type solid-state imaging device is an example of an address control type solid-state imaging device.
たとえば、単位画素がマトリクス状に配されたX−Yアドレス型固体撮像素子の一種である増幅型固体撮像素子は、画素そのものに増幅機能を持たせるために、MOS構造などの能動素子(MOSトランジスタ)を用いて画素を構成している。すなわち、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された信号電荷(光電子やホール)を前記能動素子で増幅し、画像情報として読み出す。 For example, an amplification type solid-state imaging device which is a kind of XY address type solid-state imaging device in which unit pixels are arranged in a matrix form an active element (MOS transistor) such as a MOS structure in order to give the pixel itself an amplification function. ) To form a pixel. That is, signal charges (photoelectrons and holes) accumulated in a photodiode which is a photoelectric conversion element are amplified by the active element and read out as image information.
一方、一般に、固体撮像素子は、フォトダイオードなどで構成された各受光素子で受光面から入射した入射光を受光して光電変換を行ない、発生した電荷を検出回路によって検出し、その後増幅し、順次出力する。 On the other hand, generally, a solid-state imaging device receives incident light incident from a light receiving surface by each light receiving element constituted by a photodiode or the like, performs photoelectric conversion, detects the generated charge by a detection circuit, and then amplifies it, Output sequentially.
たとえば、固体撮像素子の一構成例として、n型シリコン基板(第1導電型の半導体基板)上に、第2導電型の半導体領域としてのp型不純物領域(Pウェル)が形成されており、第2導電型の半導体領域に第1導電型の不純物をイオン注入することによって形成された電荷蓄積層(以下第1センサ領域ともいう)を具備したセンサ部(受光部;たとえばフォトダイオードなどの光電変換素子)が形成される。光を受光し光電変換して得た信号電荷が、この電荷蓄積層に蓄積される。 For example, as one configuration example of the solid-state imaging device, a p-type impurity region (P well) as a second conductivity type semiconductor region is formed on an n-type silicon substrate (first conductivity type semiconductor substrate), A sensor unit (light receiving unit; for example, a photo diode such as a photodiode) having a charge storage layer (hereinafter also referred to as a first sensor region) formed by ion implantation of a first conductivity type impurity into a second conductivity type semiconductor region. Conversion element) is formed. Signal charges obtained by receiving light and performing photoelectric conversion are accumulated in the charge accumulation layer.
また、一般にCMOS型のセンサにおいて、センサ部を含む単位画素の構成としては、CCD(Charge Coupled Device )に比べノイズの低減を行なうため単位画素の構成が複雑化する傾向がある。たとえば、CMOSセンサとして汎用的なものとして、寄生容量を持った拡散層であるフローティングディフュージョン(FDA;Floating Diffusion Amp)構成を採りつつ、単位画素部分に4つのトランジスタ(TRansistor)を有する4トランジスタ型の画素構成、いわゆる4TR構成のもの(以下第1例の単位画素ともいう)がよく知られている(図2(A)を参照)。 In general, in a CMOS type sensor, the unit pixel configuration including the sensor portion tends to be complicated because the noise is reduced as compared with a CCD (Charge Coupled Device). For example, as a general-purpose CMOS sensor, a four-transistor type having four transistors (TRansistor) in a unit pixel portion while adopting a floating diffusion (FDA) configuration which is a diffusion layer having a parasitic capacitance. A pixel configuration, a so-called 4TR configuration (hereinafter also referred to as a unit pixel in the first example) is well known (see FIG. 2A).
これに対して、性能を落とさない範囲で素子数を少なくするべく、単位画素におけるトランジスタが占める面積を少なくすることで画素サイズを小さくする技術として、センサ部と3つのトランジスタで単位画素を構成する3トランジスタ型の画素構成、いわゆる3TR構成のもの(以下第2例の単位画素ともいう)がある(たとえば特許第2708455号公報や本明細書の図2(B)を参照)。 On the other hand, as a technique for reducing the pixel size by reducing the area occupied by the transistor in the unit pixel in order to reduce the number of elements within a range where performance is not degraded, the unit pixel is configured by the sensor unit and the three transistors. There is a three-transistor pixel configuration, a so-called 3TR configuration (hereinafter also referred to as a unit pixel of the second example) (see, for example, Japanese Patent No. 2708455 and FIG. 2B of this specification).
また、MOS型固体撮像装置では、CCD型固体撮像装置と異なり、CMOSロジック回路を同一チップに搭載することがあり、画素もロジック回路と同じ低電圧の1電源で動作するように構成している。このことから、たとえば転送トランジスタや垂直選択用トランジスタなどがNchMOSトランジスタの場合、画素中のトランジスタのゲート電圧は、0V(いわゆる接地電圧)と電源電圧の2値で駆動している。 Further, unlike a CCD solid-state imaging device, a MOS type solid-state imaging device may have a CMOS logic circuit mounted on the same chip, and a pixel is configured to operate with one power source having the same low voltage as the logic circuit. . Therefore, for example, when the transfer transistor, the vertical selection transistor, and the like are NchMOS transistors, the gate voltage of the transistors in the pixel is driven by binary values of 0 V (so-called ground voltage) and the power supply voltage.
他方、単位画素を駆動する際に、駆動用のトランジスタに、電源電圧−接地電圧間の電圧とは異なる電圧、換言すれば、通常の動作電圧とは異なる電圧(以下ローカル電圧ともいう)を印加することで、暗電流を抑制する、ブルーミングを抑制する、ダイナミックレンジを拡大する、消費電力を低減する、などの各種の性能を向上させる技術を、本願出願人は、種々提案している。 On the other hand, when driving a unit pixel, a voltage different from the voltage between the power supply voltage and the ground voltage, in other words, a voltage different from the normal operating voltage (hereinafter also referred to as a local voltage) is applied to the driving transistor. Thus, the applicant of the present invention has proposed various techniques for improving various performances such as suppressing dark current, suppressing blooming, expanding a dynamic range, and reducing power consumption.
たとえば、センサ部には、電荷蓄積期間において、入射光量に応じた信号電荷と、光が入射しないときにセンサ部に流入する暗電流成分(暗電子)の2者が蓄積される。暗電子は読出し時に信号電荷と分離できず、そのばらつきが雑音となる。特に、画素ごとの暗電流のばらつきが固定パターン雑音となり、画像が擦りガラスを通して撮影したようになる。また、暗電流の時間的なばらつきがランダム雑音となる。このことから固体撮像装置では、暗電流を如何に低減するかが、主要な課題となっている。 For example, in the charge accumulation period, the signal charge corresponding to the amount of incident light and the dark current component (dark electrons) that flows into the sensor when no light is incident are accumulated in the sensor unit. Dark electrons cannot be separated from signal charges at the time of reading, and the variation becomes noise. In particular, the variation in dark current from pixel to pixel becomes fixed pattern noise, and an image is taken through a rubbed glass. Moreover, the temporal variation of dark current becomes random noise. For this reason, in the solid-state imaging device, how to reduce the dark current is a major issue.
この暗電流を抑制するため、本願出願人は、特許文献1において、暗電流の低減を可能にし、またオーバーフローパスの機能を確保しブルーミングをより確実に抑制できるようにする仕組みを提案した。
In order to suppress this dark current, the applicant of the present application has proposed a mechanism in
この特許文献1の仕組みは、選択トランジスタを含む4トランジスタ構成の単位画素について、転送ゲートに所定電圧を印加することで暗電流抑制効果などを得るようにしたものである。具体的には、フォトダイオードに信号電荷(電子またはホール)を蓄積するときの転送トランジスタのゲート電圧を負電圧(信号電荷が電子の場合)または正電圧(信号電荷がホールの場合)にすることで暗電流が低減されるものである。この場合転送トランジスタのオーバーフローパスとしての機能が弱まるので、フォトダイオードから溢れた電荷を転送トランジスタのチャネル部以外のバルク内を通して流すようにするとよい。フォトダイオードから溢れた電荷を流す領域は、半導体ウェル領域の濃度より薄い濃度の領域で形成する。
The mechanism of
こうすることで、転送トランジスタのチャネル部には信号電荷と反対極性の電荷が蓄積され、ゲート絶縁膜との界面からの暗電流成分の発生を劇的に低減することができる。また、フォトダイオードから溢れた電荷を転送トランジスタのチャネル部以外のバルク内を通して流すことにより、いわゆるオーバーフローパス面積が大きくなり、オーバーフローパスとしての機能が上がる。 By doing so, charges having the opposite polarity to the signal charges are accumulated in the channel portion of the transfer transistor, and the generation of dark current components from the interface with the gate insulating film can be dramatically reduced. Further, by flowing the charge overflowing from the photodiode through the bulk other than the channel portion of the transfer transistor, the so-called overflow path area is increased, and the function as the overflow path is improved.
ここで、所定の特性改善のため、ローカル電圧を生成して素子の所定の端子に供給する回路構成としては様々なものがあるが、その多くは、出力電流(負荷電流)の急激な変動が出力電圧の安定性に影響を与えてしまう。 Here, there are various circuit configurations for generating a local voltage and supplying it to a predetermined terminal of the element in order to improve a predetermined characteristic, but most of them have a sudden change in output current (load current). This will affect the stability of the output voltage.
たとえば、図22は、チャージポンプ回路を利用した従来のローカル電圧供給部の構成例である(たとえば特開2002−171748号公報を参照)。この構成では、抵抗分割部320の抵抗素子322,324による分割電圧をフィードバック電圧VFBとし、そのフィードバック電圧VFBと参照電圧Vref0とを誤差増幅部350で比較し、その誤差電圧をチャージポンプ回路の電源電圧として利用するとともに、チャージポンプスイッチ群310内のスイッチ311〜314をオン/オフ制御することで、ポンプ容量302への電荷供給(充電)と、そのポンプ容量302から出力容量304への電荷転送により、出力容量304に生じる出力電圧Vout が一定となるように、負帰還制御による昇圧動作を行なうようにしている。
For example, FIG. 22 shows a configuration example of a conventional local voltage supply unit using a charge pump circuit (see, for example, JP-A-2002-171748). In this configuration, the voltage divided by the
ここで、このような構成のローカル電圧供給部162の場合、急激な負荷電流変動に対しては、帰還ループで決まる時定数での応答でしかできず回復する時間はループでの帯域によって制限される。よって急激な負荷電流の変動の際に、ポンプ容量302より出力容量304に供給した電荷による出力電圧Vout の電圧変化を安定なレベルに回復するのに時間がかかってしまう問題がある。その結果として、所定の特性改善のためローカル電圧を生成して素子の所定の端子に供給することによる改善効果が低下してしまう。
Here, in the case of the local
また、この不具合を解消する方法として、ローカル電圧供給部162の誤差増幅部350の帯域を広げるといった方法を採ることが考えられる。しかしながら、帯域を広げることによって安定性の悪化やスイッチングノイズの影響を大きくするといった不具合が逆に発生する。また、出力電圧Vout の変動を小さくする他の手段として、出力容量304を大きくすることで対応を採ることが考えられる、この方法では、スペースやコストの面で新たな問題となってしまう。
Further, as a method for solving this problem, a method of widening the band of the error amplifying unit 350 of the local
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、負荷電流の急激な変化があった場合でも、適切なローカル電圧を供給することができる仕組みを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a mechanism capable of supplying an appropriate local voltage even when there is a sudden change in load current.
本発明に係る撮像装置においては、従来構成と同様に、所定の特性を改善するべく、通常の動作電圧とは異なるローカル電圧を所定の端子に印加するためのローカル電圧供給部を設けるとともに、このローカル電圧供給部が生成するローカル電圧の大きさが、負荷電流の急激な変化の影響を受けに難くする。 In the imaging device according to the present invention, as in the conventional configuration, in order to improve the predetermined characteristics, a local voltage supply unit for applying a local voltage different from the normal operating voltage to a predetermined terminal is provided. The magnitude of the local voltage generated by the local voltage supply unit is hardly affected by a sudden change in the load current.
生成されるローカル電圧が、負荷電流の急激な変化の影響を受けに難くする仕組みとしては様々な手法が考えられる。たとえば、スイッチング電源としつつ、ローカル電圧が一定値に維持されるようにフィードバック制御構成を採る。この際には、生成したローカル電圧を所定の参照電圧と比較し、その比較結果に基づいて生成するローカル電圧の大きさを所定値に維持するように構成するが、誤差増幅部とスイッチング部との間に、ローカル電圧を生成するためのスイッチング動作の動作点をブースト信号に基づいて切り替える動作点切替部を設けることで実現可能である。すなわち、負荷電流が急激に変化する際、一時的に出力電流を多く取れるように制御ループの動作点を切り替えるのである。 Various methods are conceivable as a mechanism for making the generated local voltage difficult to be affected by a sudden change in load current. For example, a feedback control configuration is adopted so that the local voltage is maintained at a constant value while using a switching power supply. At this time, the generated local voltage is compared with a predetermined reference voltage, and the magnitude of the generated local voltage is maintained at a predetermined value based on the comparison result. In the meantime, this can be realized by providing an operating point switching unit that switches the operating point of the switching operation for generating the local voltage based on the boost signal. That is, when the load current changes rapidly, the operating point of the control loop is switched so that a large amount of output current can be temporarily obtained.
撮像装置にあっては、負荷電流の急激な変動は、動作モードと関わりを持ち、どのような動作をさせるとローカル電圧供給部の負荷電流が急激に増加するのかを特定することができ、当然にその契機となるトリガ信号も存在する。そこで、このトリガ信号を利用して、ローカル電圧供給部の負荷電流が急激に増加するタイミングに合わせて一時的に通常の制御ループから切り離し、ローカル電圧供給部の出力電流能力が高まるような動作点を強制的に設定するのである。負荷電流の急激な増加を瞬時に補うことができるようになるので、負荷電流の急激な増加に起因する出力電圧の変化を抑制することができる。 In the imaging device, the rapid fluctuation of the load current is related to the operation mode, and it can be specified what kind of operation causes the load current of the local voltage supply unit to increase suddenly. There is also a trigger signal that triggers this. Therefore, this trigger signal is used to temporarily disconnect from the normal control loop at the timing when the load current of the local voltage supply unit suddenly increases, so that the output current capability of the local voltage supply unit is increased. Is forcibly set. Since a sudden increase in load current can be instantaneously compensated for, it is possible to suppress a change in output voltage caused by the rapid increase in load current.
一見すると、フィードフォワード的な制御とも考えられるが、出力電流の供給能力が高まる方向に動作点を強制的に切り替えているに過ぎず、ローカル電圧供給部の出力電流能力が高まるような動作点を強制的に設定しても、全体の制御ループの動作は、通常時の制御ループの状態と同じであり、通常時の制御ループがフィードバック制御ループであれば、同様にフィードバック制御ループが構成され、切替え後の動作点に従ってローカル電圧が一定となるように制御されることになる。 At first glance, it can be thought of as feedforward control, but the operating point is only forcibly switched in the direction of increasing the output current supply capability, and the operating point at which the output current capability of the local voltage supply unit is increased. Even if it is forcibly set, the operation of the entire control loop is the same as that of the normal control loop, and if the normal control loop is a feedback control loop, the feedback control loop is similarly configured. The local voltage is controlled to be constant according to the operating point after switching.
なお、本願発明において、撮像装置とは、物理量の変化を検知する複数の検知部と、それぞれの検知部で検知した物理量の変化に基づいて単位信号を出力する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、この単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための装置を使用し、物理量についての所定の検知条件の元で取得された単位信号に基づいて、所定目的用の物理情報を取得する物理情報取得装置の総称である。 In the present invention, the imaging device includes a plurality of detection units that detect a change in physical quantity and a unit signal generation unit that outputs a unit signal based on the change in physical quantity detected by each detection unit. Using a physical quantity distribution detection device in which the unit components are arranged in a predetermined order, and based on a unit signal acquired under a predetermined detection condition for the physical quantity, A general term for physical information acquisition devices that acquire information.
本発明によれば、ローカル電圧供給部が生成するローカル電圧の大きさが、負荷電流の急激な変化の影響を受け難くするべく、負荷電流が急激に増加する契機を示すトリガ信号に対応したブースト信号に基づいて、ローカル電圧供給部の負荷電流が急激に増加するタイミングに合わせて一時的に通常の制御ループから切り離し、ローカル電圧供給部の出力電流能力が高まるような動作点を強制的に設定するようにしたので、負荷電流の急激な増加を瞬時に補うことができ、負荷電流の急激な増加に起因する出力電圧の変化を抑制することができる。 According to the present invention, a boost corresponding to a trigger signal indicating a trigger for a sudden increase in the load current so that the magnitude of the local voltage generated by the local voltage supply unit is less affected by a sudden change in the load current. Based on the signal, the operating point is forcibly set to increase the output current capability of the local voltage supply unit by temporarily disconnecting from the normal control loop at the timing when the load current of the local voltage supply unit suddenly increases. As a result, a sudden increase in load current can be instantaneously compensated for, and a change in output voltage caused by the rapid increase in load current can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下においては、X−Yアドレス型の固体撮像装置の一例であるCMOS撮像素子をデバイスとして使用した場合を例に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following, a case where a CMOS image sensor, which is an example of an XY address type solid-state imaging device, is used as a device will be described as an example.
ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはMOS型の撮像デバイスに限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する実施形態が同様に適用できる。 However, this is merely an example, and the target device is not limited to a MOS imaging device. Embodiments described later are applied to all semiconductor device for physical quantity distribution detection in which a plurality of unit components that are sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation are arranged in a line or matrix. The same applies.
<撮像装置の概略構成>
図1は、本発明に係る撮像装置(物理情報取得装置の一態様)の一実施形態であるCMOS固体撮像装置の概略構成図である。この固体撮像装置1は、たとえばカラー画像を撮像し得る電子スチルカメラやFA(Factory Automation)カメラとして適用されるようになっている。
<Schematic configuration of imaging device>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CMOS solid-state imaging device which is an embodiment of an imaging device (one aspect of a physical information acquisition device) according to the present invention. The solid-
固体撮像装置1は、入射光量に応じた信号を出力する図示しない検知部としての受光素子を含む単位画素が行および列の正方格子状に配列された、すなわち2次元マトリクス状の撮像部(画素部)を有し、各単位画素からの信号出力が電圧信号であって、CDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理機能部やその他の機能部が垂直列ごとに設けられたカラム型のものである。
The solid-
すなわち、図1に示すように、固体撮像装置1は、フォトダイオードやフォトゲート(何れも光電変換素子の一例)などでなる電荷生成部を少なくとも1つと能動素子とを有した増幅型の光電変換画素(以下単位画素3という)が行方向および列方向に(2次元行列状に)多数配列された撮像部(画素部)10いわゆるエリアセンサ部と、撮像部10の外側に設けられた駆動制御部7と、各垂直列に配されたカラム信号処理部(図ではカラム回路と記す)22を有するカラム処理部20と、水平選択スイッチ部60とを備えている。
That is, as shown in FIG. 1, the solid-
駆動制御部7としては、たとえば水平走査部12と垂直走査部14とを備える。また、駆動制御部7の他の構成要素として、水平走査部12、垂直走査部14、あるいはカラム処理部20などの固体撮像装置1の各機能部に所定タイミングの制御パルスを供給する駆動信号操作部(読出アドレス制御装置の一例)16が設けられている。
As the drive control unit 7, for example, a
これらの駆動制御部7の各要素は、撮像部10とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像素子(撮像デバイス)として構成される。 Each element of the drive control unit 7 is integrally formed in a semiconductor region such as single crystal silicon together with the imaging unit 10 using a technique similar to the semiconductor integrated circuit manufacturing technique, and is a solid-state imaging that is an example of a semiconductor system. It is configured as an element (imaging device).
図1では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、撮像部10の各行や各列には、数十から数千の単位画素3が配置される。なお、図示を割愛するが、撮像部10には、各画素に所定のカラーコーディングを持つ色分離フィルタが形成される。もちろん、モノクロ撮像用など、構成によっては、色分離フィルタは必須とはならない。また図示を割愛するが、撮像部10の各単位画素3は、フォトダイオードやフォトゲートなどの光電変換素子およびトランジスタ回路によって構成されている。
In FIG. 1, some of the rows and columns are omitted for the sake of simplicity, but in reality, tens to thousands of
単位画素3は、垂直列選択のための垂直制御線15を介して垂直走査部14と、また複数の検知部で検知され増幅素子を有する単位信号生成部(図示せず)で増幅された後に単位画素3から出力される画素信号S0(_1〜h;1行中の画素番号)をそれぞれ伝送する伝送線としての垂直信号線18を介してカラム処理部20と、それぞれ接続されている。
The
すなわち、撮像部10の単位画素3から画素信号が出力される垂直信号線18は、それぞれ撮像部10内における列方向の単位画素3に共通接続され、読出回路としてのカラム処理部20内の各列に対応するカラム回路22にそれぞれ接続されている。
That is, the vertical signal line 18 from which the pixel signal is output from the
水平走査部12や垂直走査部14は、駆動信号操作部16から与えられる駆動パルスに応答してシフト動作(走査)を開始するようになっている。垂直制御線15には、単位画素3を駆動するための種々のパルス信号が含まれる。
The
水平走査部12は、水平方向の読出列(水平方向のアドレス)を規定する(カラム処理部20内の個々のカラム信号処理部22を選択する)水平アドレス設定部12aと、水平アドレス設定部12aにて規定された読出アドレスに従ってカラム処理部20の各信号を水平信号線(水平読出線)86に導く水平駆動部12bとを有する。
The
水平アドレス設定部12aは、図示を割愛するが、シフトレジスタあるいはデコーダを有して構成されており、カラム信号処理部22からの画素情報を所定の順に選択し、その選択した画素情報を水平信号線86に出力する選択手段としての機能を持つ。
Although not shown, the horizontal
垂直走査部14は、垂直方向の読出行(垂直方向のアドレス)や水平方向の読出列(水平方向のアドレス)を規定する(撮像部10の行を選択する)垂直アドレス設定部14aと、垂直アドレス設定部14aにて規定された読出アドレス上(水平行方向)の単位画素3に対する制御線にパルスを供給して駆動する垂直駆動部14bとを有する。
The
垂直アドレス設定部14aは、図示を割愛するが、信号を読み出す行の基本的な制御を行なう垂直シフトレジスタあるいはデコーダの他に、電子シャッタ用の行の制御を行なうシャッタシフトレジスタも有する。
Although not shown in the figure, the vertical
垂直シフトレジスタは、撮像部10から画素情報を読み出すに当たって各画素を行単位で選択するためのものであり、各行の垂直駆動部14bとともに信号出力行選択手段を構成する。シャッタシフトレジスタは、電子シャッタ動作を行なうに当たって各画素を行単位で選択するためのものであり、各行の垂直駆動部14bとともに電子シャッタ行選択手段を構成する。
The vertical shift register is for selecting each pixel in units of rows when reading out pixel information from the imaging unit 10, and constitutes a signal output row selection means together with the
駆動信号操作部16は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータTG(読出アドレス制御装置の一例)の機能ブロックと、端子1aを介して入力クロックCLK0や動作モードなどを指令するデータを受け取り、また端子1bを介して固体撮像装置1の情報を含むデータDATAを出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。また、水平アドレス信号を水平アドレス設定部12aへ、また垂直アドレス信号を垂直アドレス設定部14aへ出力し、各アドレス設定部12a,14aは、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。
Although not shown, the drive
なお、駆動信号操作部16は、撮像部10や水平走査部12など、他の機能要素とは独立して、別の半導体集積回路として提供されてもよい。この場合、撮像部10や水平走査部12などから成る撮像デバイスと駆動信号操作部16とにより、半導体システムの一例である撮像装置が構築される。この撮像装置は、周辺の信号処理回路や電源回路なども組み込まれた撮像モジュールとして提供されてもよい。
The drive
カラム処理部20は、垂直列(カラム)ごとにカラム信号処理部22を有して構成されており、1行分の画素の信号を受けて、各カラム信号処理部22が対応列の画素信号S0(_1〜h;1行中の画素番号)を処理して、処理済みの画素信号S1(_1〜h;1行中の画素番号)を出力する。なお、図示を割愛しているが、垂直信号線18は、その一端に定電流源の役割を持つ負荷トランジスタが接続され、他端にカラム信号処理部22が接続される。
The
たとえば、カラム信号処理部22は、結合容量、信号転送スイッチ、および蓄積容量を持ち、垂直信号線18からの信号に基づき信号電荷を蓄積する機能(信号保持回路)を備えるようにすることができる。また、CDS(Correlated Double Sampling ;相関2重サンプリング)処理を利用したノイズ除去手段の機能を備えるようにしてもよい。
For example, the column
たとえば、前者の構成の場合、図示するように、それぞれのカラム回路22には、一例として、結合容量123と、信号転送スイッチ124と、蓄積容量126とが設けられている。各列の結合容量123を纏めて結合容量群123Cといい、各列の信号転送スイッチ124を纏めて信号転送スイッチ部124QTといい、各列の蓄積容量126を纏めて蓄積容量群126Cという。信号転送スイッチ部124QTの各制御ゲート端には、クロックφTが共通入力される。
For example, in the case of the former configuration, as illustrated, each
カラム処理部20内において、カラム出力線128には、他端が接地された蓄積容量126が接続され、各蓄積容量126は、行方向の蓄積容量群126Cを構成する。画素から出力された電気信号は、垂直信号線18を通り、各々の垂直信号線18に接続されている蓄積容量126に保持される。
In the
カラム処理部20からの出力信号は、水平読出用のスイッチ(たとえばMOSトランジスタ)62を備えた水平選択スイッチ部60に入力される。カラム処理部20の各カラム回路22の出力は、カラム出力線128を介して、蓄積容量126に保持されている電荷を順次読み出すための各列に対応する水平読出用のスイッチ62にそれぞれ接続されている。
An output signal from the
水平選択スイッチ部60の出力端側は、行方向の信号電荷を順次転送出力する水平信号線86が共通接続される。一方、水平選択スイッチ部60の各制御ゲート端は、水平シフトレジスタやデコーダなどで構成され水平方向の読出アドレスを制御する水平アドレス設定部12aおよび水平選択スイッチ部60のスイッチ62を駆動する水平駆動部12bを備えた水平走査部12に接続される。
A
一方、CDS処理を行なう場合、駆動信号操作部16から与えられるサンプルパルスSHPとサンプルパルスSHDといった2つのサンプルパルスに基づいて、垂直信号線18を介して入力された電圧モードの画素情報に対して、画素リセット直後の信号レベル(ノイズレベル;0レベル)と真の信号レベルとの差分をとる処理を行なうことで、画素ごとの固定ばらつきによる固定パターンノイズ(FPN;Fixed Pattern Noise )やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除く。
On the other hand, when performing the CDS process, the pixel information of the voltage mode input via the vertical signal line 18 based on two sample pulses such as the sample pulse SHP and the sample pulse SHD given from the drive
なお、カラム信号処理部22には、CDS処理機能部などの後段に、必要に応じて信号増幅機能を持つAGC(Auto Gain Control) 回路やその他の処理機能回路などを設けることも可能である。
The column
カラム処理部20の後段には、図示しない水平読出用のスイッチ(選択スイッチ)を備えた水平選択スイッチ部60が設けられており、各垂直列のカラム信号処理部22の出力端は、カラム信号処理部22から信号を順次読み出すための各垂直列に対応する選択スイッチの入力端iにそれぞれ接続されている。
In the subsequent stage of the
水平選択スイッチ部60の各垂直列の制御ゲート端cは、水平方向の読出アドレスを制御・駆動する水平走査部12の水平駆動部12bに接続される。一方、水平選択スイッチ部60の各垂直列の選択スイッチの出力端oは、行方向に画素信号を順次転送出力する水平信号線86が共通接続されている。水平信号線86の後端には出力回路88が設けられている。
The control gate terminal c of each vertical column of the horizontal
水平信号線86は、単位画素3のそれぞれから垂直信号線18を介して伝送される個々の画素信号S0を、垂直信号線18の配列方向である水平方向に所定順に出力するため読出線として機能するものであり、カラム信号処理部22から、垂直列ごとに存在する図示しない選択スイッチによって選択された信号を取り出して出力回路88に渡す。
The
すなわち、カラム信号処理部22により処理された画素情報を表わす信号電荷に応じた各垂直列の電圧信号は、水平走査部12からの水平選択信号φH1〜φHhに応じた駆動パルスφg1〜φghにより駆動される垂直列ごとに設けられた選択スイッチにより所定のタイミングで選択され水平信号線86に読み出される。そして、水平信号線86の後端に設けられた出力回路88に入力される。
That is, the voltage signal of each vertical column corresponding to the signal charge representing the pixel information processed by the column
出力回路88の後段である撮像チップ外部の外部回路97には、出力回路88から出力されたアナログの撮像信号S3out (個々の画素信号S1_1〜nの纏まり)をデジタルの撮像データに変換する機能部であるAD変換部972や、デジタル化された撮像データに基づいてデジタル信号処理を施す機能部であるデジタル信号処理部974や、デジタル信号処理部974にてデジタル処理された画像データD2をアナログの画像信号に変換するDA(Digital to Analog )変換部976が設けられる。
The external circuit 97 outside the imaging chip, which is a subsequent stage of the
出力回路88は、その構成例についての詳細は後述するが、信号転送状態とリセット状態の2つの状態を切り替えて動作することができるようになっている。これに対応して、信号転送状態とリセット状態の2つの状態を切り替えて動作させるパルスや信号転送状態の信号をサンプルするためのパルスなど種々の駆動パルスCN10が、駆動信号操作部16から供給される。
Although the details of the configuration example will be described later, the
出力回路88は、撮像部10から水平信号線86を通して出力される各単位画素3の画素信号S1_1〜h(h=n)を適当なゲインで増幅した後、駆動パルスCN10の制御の元で、撮像信号S3out として外部回路97に出力端子88aを介して供給する。この出力回路88は、たとえば、バッファリングだけする場合もあるし、その前に黒レベル調整、列ばらつき補正、色関係処理などを行なうこともある。
The
AD変換部972は、カラム処理部20から出力回路88を介して固体撮像装置1の外部に出力されたアナログの撮像信号S3out をデジタルの撮像データD0に変換して、後段のデジタル信号処理部974に渡す。
The
デジタル信号処理部974は、たとえば、AD変換部972から出力されるデジタル信号を適当に増幅して出力するデジタルアンプ部の機能を持つ。また、たとえば色分離処理を施してR(赤),G(緑),B(青)の各画像を表す画像データRGBを生成し、この画像データRGBに対してその他の信号処理を施してモニタ出力用の画像データD2を生成する。また、デジタル信号処理部には、記録メディアに撮像データを保存するための信号圧縮処理などを行なう機能部が備えられる。
The digital
DA変換部976から出力された画像信号S1は、液晶モニタなどの表示デバイスに送られる。操作者は、この表示デバイスに表示されるメニューや画像を見ながら、撮像モードを切り替えるなどの各種の操作を行なうことが可能になる。 The image signal S1 output from the DA conversion unit 976 is sent to a display device such as a liquid crystal monitor. The operator can perform various operations such as switching the imaging mode while viewing the menu and images displayed on the display device.
つまり、本実施形態のカラム型の固体撮像装置1においては、単位画素3からの出力信号(電圧信号)が、垂直信号線18→カラム処理部20(カラム信号処理部22)→水平信号線86→出力回路88の順で伝送される。その駆動は、1行分の画素出力信号は垂直信号線18を介してパラレルにカラム処理部20に送り、処理後の信号は水平信号線86を介してシリアルに出力するようにする。
That is, in the column-type solid-
なお、垂直列や水平列ごとの駆動が可能である限り、それぞれのパルス信号を単位画素3に対して水平行方向および垂直列方向の何れから供給するか、すなわちパルス信号を印加するための駆動クロック線の物理的な配線方法は自由である。
As long as driving for each vertical column or horizontal column is possible, each pulse signal is supplied to the
このような構成の固体撮像装置1において、水平走査部12や垂直走査部14およびそれらを制御する駆動信号操作部16により、撮像部10の各画素を水平行単位で順に選択し、その選択した1つの水平行分の画素の情報を同時に読み出すタイプのCMOSイメージセンサが構成される。
In the solid-
出力回路88の後段に設けられる外部回路97は、撮像部10や駆動制御部7などが同一の半導体領域に一体的に形成された固体撮像素子とは別の基板(プリント基板もしくは半導体基板)上に構成されており、各撮影モードに対応した回路構成が採られるようになっている。
The external circuit 97 provided at the subsequent stage of the
撮像部10や駆動制御部7などからなる固体撮像素子(本発明に係る半導体装置や物理情報取得装置の一例)と外部回路とによって、固体撮像装置1が構成されている。駆動制御部7を撮像部10やカラム処理部20と別体にして、撮像部10やカラム処理部20で固体撮像素子(半導体装置の一例)を構成し、この固体撮像素子と別体の駆動制御部7とで、撮像装置(本発明に係る物理情報取得装置の一例)として構成してもよい。
A solid-
なおここでは、固体撮像素子の後段の信号処理を担当する外部回路を固体撮像素子(撮像チップ)外で行なう例を示したが、外部回路の全てもしくは一部(たとえばA/D変換部やデジタルアンプ部など)の機能要素を、固体撮像素子のチップに内蔵するように構成してもよい。つまり、撮像部10や駆動制御部7などが同一の半導体領域に一体的に形成された固体撮像素子と同一の半導体基板上に外部回路を構成して、実質的に、固体撮像装置1と物理情報取得装置とが同一のものとして構成してもよい。
Although an example in which the external circuit in charge of signal processing in the subsequent stage of the solid-state image sensor is performed outside the solid-state image sensor (imaging chip) is shown here, all or part of the external circuit (for example, an A / D converter or digital The functional element of the amplifier unit or the like may be built in the chip of the solid-state imaging device. In other words, an external circuit is configured on the same semiconductor substrate as the solid-state image pickup element in which the image pickup unit 10 and the drive control unit 7 are integrally formed in the same semiconductor region, and is substantially the same as the solid-state
また、図では、水平選択スイッチ部60や駆動制御部7を撮像部10とともに備えて固体撮像装置1を構成し、実質的に、固体撮像装置1が物理情報取得装置としても機能するように構成しているが、物理情報取得装置は、必ずしもこのような構成に限定されない。水平選択スイッチ部60や駆動制御部7の全体もしくは前記一機能部分が撮像部10と同一の半導体領域に一体的に形成されたものであることは要件ではない。水平選択スイッチ部60および駆動制御部7を、撮像部10とは異なる回路基板(別の半導体基板に限らず一般的な回路基板をも意味する)、たとえば外部回路が設けられる回路基板に形成してもよい。
In the figure, the solid-
<単位画素の構成例>
図2は、単位画素3の構成例を示す図である。X−Yアドレス型固体撮像素子では、たとえば、画素トランジスタが2次元行列状に多数配列されて撮像部10が構成され、ライン(行)ごとあるいは画素ごとに入射光に対応する信号電荷の蓄積が開始され、その蓄積された信号電荷に基づく電流または電圧の信号がアドレス指定によって各画素から順に読み出される。その構成の基本として、4トランジスタ(4TR)構成の第1例のものと、4トランジスタ構成のものよりもトランジスタ数を削減した3トランジスタ(3TR)構成の第2例のものとが典型的である。
<Configuration example of unit pixel>
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the
図2(A)は、第1例の単位画素3の構成を示すものである。この第1例の単位画素3は、光を電荷に変換する光電変換機能とともに、その電荷を蓄積する電荷蓄積機能の各機能を兼ね備えた電荷生成部32と、電荷生成部32に対して、電荷読出部(転送ゲート部/読出ゲート部)の一例である読出選択用トランジスタ34、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ36、垂直選択用トランジスタ40、およびフローティングディフュージョン38の電位変化を検知する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタ42を有する。電荷生成部32には、たとえば埋込みフォトダイオードが使用される。
FIG. 2A shows the configuration of the
読出選択用トランジスタ34は、転送配線(読出選択線)55を介して転送駆動バッファ150により転送パルスφTGで駆動されるようになっている。リセットトランジスタ36は、リセット配線56を介してリセット駆動バッファ152によりリセットパルスφRSTで駆動されるようになっている。垂直選択用トランジスタ40は、垂直選択線52を介して選択駆動バッファ154により選択パルスφSELで駆動されるようになっている。各駆動バッファ150,152,154は、垂直駆動部14b内に配されている。
The
また、単位画素3は、電荷蓄積部の機能を備えた電荷注入部の一例であるフローティングディフュージョン38とからなるFDA(Floating Diffusion Amp)構成の画素信号生成部5を有するものとなっている。フローティングディフュージョン38は寄生容量を持った拡散層である。
The
画素信号生成部5におけるリセットトランジスタ36は、ソースがフローティングディフュージョン38に、ドレインが電源VDDにそれぞれ接続され、ゲート(リセットゲートRG)にはリセットパルスφRSTがリセット駆動バッファ152から入力される。
The
垂直選択用トランジスタ40は、ドレインが電源VDDに、ソースが増幅用トランジスタ42のドレインにそれぞれ接続され、ゲート(特に垂直選択ゲートSELVという)は垂直選択線52に接続されている。この垂直選択線52には、垂直選択信号が印加される。増幅用トランジスタ42は、ゲートがフローティングディフュージョン38に接続され、ドレインが垂直選択用トランジスタ40のソースに、ソースは画素線51を介して垂直信号線53に接続されている。
The
このような構成では、フローティングディフュージョン38は増幅用トランジスタ42のゲートに接続されているので、増幅用トランジスタ42はフローティングディフュージョン38の電位(以下FD電位という)に対応した信号を、画素線51を介して垂直信号線53に出力する。リセットトランジスタ36は、フローティングディフュージョン38をリセットする。読出選択用トランジスタ(転送トランジスタ)34は、電荷生成部32にて生成された信号電荷をフローティングディフュージョン38に転送する。垂直信号線53には多数の画素が接続されているが、画素を選択するのには、選択画素のみ垂直選択用トランジスタ40をオンする。すると選択画素のみが垂直信号線53と接続され、垂直信号線53には選択画素の信号が出力される。
In such a configuration, since the floating
このように、単位画素3は、画素を選択する目的で垂直選択用トランジスタ40を備えている構成が一般的であり、現在のほとんどのCMOSセンサにおける単位画素3は、選択トランジスタを持っている。
As described above, the
なお、図示した構成では、垂直選択用トランジスタ40が電源VDD側に配され、増幅用トランジスタ42が画素線51側に配される例を示したが、これとは逆に、垂直選択用トランジスタ40が画素線51側に配され、増幅用トランジスタ42が電源VDD側に配される構成を採ることもできる。
In the illustrated configuration, the example in which the
これに対して、単位画素3におけるトランジスタが占める面積を少なくすることで画素サイズを小さくするものが、図2(B)に示す第2例の単位画素3である。
On the other hand, the
この第2例の単位画素3は、光電変換を行なうことで受光した光に対応する信号電荷を生成する電荷生成部32(たとえばフォトダイオード)と、電荷生成部32により生成された信号電荷に対応する信号電圧を増幅するための、ドレイン線(DRN)に接続された増幅用トランジスタ42と、電荷生成部32をリセットするためのリセットトランジスタ36とを、それぞれ有している。また、図示しない垂直シフトレジスタより転送配線(TRF)55を介して走査される読出選択用トランジスタ(転送ゲート部)34が、電荷生成部32と増幅用トランジスタ42のゲートとの間に設けられている。
The
増幅用トランジスタ42のゲートおよびリセットトランジスタ36のソースは読出選択用トランジスタ34を介して電荷生成部32に、リセットトランジスタ36のドレインおよび増幅用トランジスタ42のドレインはドレイン線に、それぞれ接続されている。また、増幅用トランジスタ42のソースは垂直信号線53に接続されている。読出選択用トランジスタ34は、転送配線55を介して転送駆動バッファ150により転送パルスφTGで駆動されるようになっている。リセットトランジスタ36は、リセット配線56を介してリセット駆動バッファ152によりリセットパルスφRSTで駆動されるようになっている。転送駆動バッファ150、リセット駆動バッファ152とも基準電圧である0Vと、電源電圧の2値で動作する。特に、この画素における読出選択用トランジスタ34のゲートに供給される典型的なローレベル電圧は0Vである。
The gate of the amplifying
この第2例の単位画素3においては、第1例と同様に、フローティングディフュージョン38は増幅用トランジスタ42のゲートに接続されているので、増幅用トランジスタ42はフローティングディフュージョン38の電位に対応した信号を垂直信号線53に出力する。
In the
リセットトランジスタ36は、リセット配線(RST)56が行方向に延びており、ドレイン線(DRN)57は殆どの画素に共通になっている。このドレイン線57は、ドレイン駆動バッファ(以下DRN駆動バッファという)140により選択パルスφSELで駆動される。リセットトランジスタ36はリセット駆動バッファ152により駆動され、フローティングディフュージョン38の電位を制御する。ここで、3TR構成では、ドレイン線57が行方向に分離されているが、このドレイン線57は1行分の画素の信号電流を流さなければならないので、実際には列方向に電流を流せるように、全行共通の配線となる。
In the
電荷生成部32(光電変換素子)にて生成された信号電荷は読出選択用トランジスタ34によりフローティングディフュージョン38に転送される。
The signal charge generated by the charge generation unit 32 (photoelectric conversion element) is transferred to the floating
ここで、第2例の単位画素3には、第1例とは異なり、増幅用トランジスタ42と直列に接続される垂直選択用トランジスタ40が設けられていない。垂直信号線53には多数の画素が接続されているが、画素の選択は、選択トランジスタではなく、FD電位の制御により行なう。通常は、FD電位をロー(Low)にしている。画素を選択するときは、選択画素のFD電位をハイ(High)にすることで、選択画素の信号を垂直信号線53に出す。その後、選択画素のFD電位をローに戻す。この操作は1行分の画素に対して同時に行なわれる。
Here, unlike the first example, the
このようにFD電位を制御するためには、1)選択行FD電位をハイにするときに、ドレイン線57をハイにし、選択行のリセットトランジスタ36を通して、そのFD電位をハイにする、2)選択行FD電位をローに戻すときに、ドレイン線57をローにし、選択行のリセットトランジスタ36を通して、そのFD電位をローにする、という動作を行なう。
In order to control the FD potential in this way, 1) when the selected row FD potential is made high, the
<ローカル電圧印加の構成;基本>
図3は、単位画素3の所定のトランジスタに負電圧などのローカル電圧を印加するための基本構成例を示す図である。ここでは、図2で既出の、各種の駆動バッファ150,152,154を介してローカル電圧を印加する構成例を示している。ただしこれは一例であって、駆動バッファ150,152,154を介することなく、単位画素3を構成するその他の素子の所定の端子にローカル電圧を印加する構成例を採ることもある。
<Configuration of local voltage application; basic>
FIG. 3 is a diagram illustrating a basic configuration example for applying a local voltage such as a negative voltage to a predetermined transistor of the
図3(A)に示すように、各駆動バッファ150,152,154は、レベルシフタ160と出力バッファ161とを有し、レベルシフタ160や出力バッファ161に、電圧供給部としてのローカル電圧供給部162から負電圧などのローカル電圧が供給されるようになっている。
As shown in FIG. 3A, each of the drive buffers 150, 152, and 154 includes a
図3(B)に示すように、出力バッファ161は、PchMOSトランジスタ(P−MOS)とNchMOSトランジスタ(N−MOS)の縦続接続構成となっており、P−MOSが電源VDD側に、N−MOSがローカル電圧供給部162側に配される。
As shown in FIG. 3B, the
すなわち、出力バッファ161は、P−MOSとN−MOSで形成される、いわゆるCMOSトランジスタによるインバータ回路により構成されている。そして、P−MOSのドレイン側に電源電圧VDDが接続され、N−MOSのソース側にローカル電圧供給部162が接続される。また、このインバータ回路の入力端が、レベルシフタ160を介して、垂直走査部14の垂直駆動部14bに接続され、出力端が垂直選択線52や転送配線55やリセット配線56などに接続される。本例では理解を容易にするために、出力バッファ161を1段のインバータ回路で構成したが複数段のインバータ回路で構成することもできる。
That is, the
各駆動バッファ150,152,154は、垂直アドレス設定部14aからローレベルがGNDの入力パルスを受け取り、ローレベルが負電圧などのローカル電圧のパルスとして、転送駆動バッファ150であれば転送ゲートとしての読出選択用トランジスタ34のゲート端子に向けて出力する。
Each of the drive buffers 150, 152, and 154 receives an input pulse having a low level GND from the vertical
ローカル電圧供給部162は、一般的なチャージポンプ構成のものや、コイルを用いたチョッパ型のDC−DCコンバータなどの、公知の直流電圧変換回路(いわゆる昇圧回路や降圧回路)を使用することができる。たとえば、ローカル電圧として負電圧を生成する構成とする場合には、電源電圧VDDから見て、接地(グランド;GND)電圧を負側に昇圧する回路を用いることができる。
The local
ローカル電圧供給部162は、その主要部が各駆動バッファ150,152,154に内蔵されてもよいし、内蔵せずに、図示するように、各駆動バッファ150,152,154の外部にローカル電圧供給部162を設けてローカル電圧を駆動バッファ150,152,154の内の所定のものに供給する構成を採ることもできる。内蔵しない場合、ローカル電圧供給部162を構成するトランジスタやアンプなどの半導体部品や抵抗素子などは撮像部10とは別の独立した半導体IC内に収容され、容量値の大きなコンデンサ(容量)やコイルなどが、外部部品として半導体IC近傍に配されることになる。
The main part of the local
たとえば、負電圧をローカル電圧とする場合、転送ゲートとしての読出選択用トランジスタ34における暗電流抑制のため、転送駆動バッファ150に負電圧を供給する構成を採る。この場合、出力バッファ161は、半導体ウェル領域によって分離されて形成される。より詳しくは、P−MOSはn型半導体ウェル領域内形成され、N−MOSはp型半導体ウェル領域内に形成される。したがって、ローカル電圧供給部162の出力は、出力バッファ161のp型半導体ウェル領域と、このp型半導体ウェル領域内のN−MOSのソース領域に入る。N−MOSの閾値は、高く設定される。
For example, when the negative voltage is a local voltage, a configuration is adopted in which a negative voltage is supplied to the
このバッファ回路、したがって出力バッファ161では、垂直走査部14側よりパルスの低レベルが入力されたとき、P−MOSがオンして出力側の転送配線55などに電源電圧VDDが出力され、パルスの高レベルが入力されたとき、N−MOSがオンして出力側の転送配線55に負電圧が出力される。
In this buffer circuit, and therefore in the
<負電圧駆動の一例>
図4は、ローレベルが負電圧となるようにトランジスタを駆動する手法を説明する図である。ここで、図4は、埋込みフォトダイオードで構成された電荷生成部32と読出選択用トランジスタ34に着目した回路を示す。ここでは、特開2002−217397号公報に記載のように、4TR構成の単位画素3において、転送ゲート(転送トランジスタ)としての読出選択用トランジスタ34にローレベルが負電圧となるパルス信号を供給することで暗電流を低減する構成の場合を示している。なお、ローレベルが負電圧となるパルス信号は、電荷蓄積期間中に、読出選択用トランジスタ34のゲート電極に負電圧を印加するものである。
<Example of negative voltage drive>
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of driving a transistor so that the low level becomes a negative voltage. Here, FIG. 4 shows a circuit in which attention is paid to the
画素駆動時の詳細なタイミングチャートは図示を割愛するが、重要なことは、電荷蓄積期間に読出選択用トランジスタ(転送トランジスタ)34の転送ゲート電位が負電位になっていることである。この転送ゲート電位が負電位になると、転送ゲート電圧の振幅が増えるので飽和信号量が増加し、ダイナミックレンジが拡大する。 Although a detailed timing chart at the time of pixel driving is omitted in the drawing, it is important that the transfer gate potential of the read selection transistor (transfer transistor) 34 is a negative potential during the charge accumulation period. When the transfer gate potential becomes a negative potential, the amplitude of the transfer gate voltage increases, so the saturation signal amount increases and the dynamic range is expanded.
加えて、他の重要な点として、転送ゲートの負電位の値が、ゲート下にチャネル(本例では正孔のチャネル)が形成されるレベル(ここでは−1.1V程度)であることである。転送ゲート下に正孔のチャネルを形成することで暗電流を抑制することができる。 In addition, another important point is that the value of the negative potential of the transfer gate is a level (about -1.1 V in this case) at which a channel (hole channel in this example) is formed under the gate. is there. Dark current can be suppressed by forming a hole channel under the transfer gate.
すなわち、電荷蓄積期間には光電変換された電荷と同時に暗電流がフォトダイオードに流れ込むが、フォトダイオードとして酸化膜との界面にフォトダイオードの電荷蓄積領域(たとえばn型半導体領域)とは反対導電型の領域(たとえばp型半導体領域)を形成した、いわゆる埋込みフォトダイオードを用いた場合の主な暗電流の発生源は、転送ゲート下の酸化膜界面である。ここに、転送ゲートを負電位として正孔のチャネルを形成することで、転送特性を劣化させることなく、暗電流を防止することができる。 In other words, during the charge accumulation period, dark current flows into the photodiode simultaneously with the photoelectrically converted charge, but the conductivity type opposite to the charge accumulation region of the photodiode (eg, n-type semiconductor region) at the interface with the oxide film as a photodiode. The main source of dark current when using a so-called embedded photodiode in which a region (for example, a p-type semiconductor region) is formed is the oxide film interface under the transfer gate. Here, by forming a hole channel with the transfer gate as a negative potential, dark current can be prevented without deteriorating transfer characteristics.
なお、転送ゲートの負電位の値を−1.1V程度にするのは一例に過ぎない。詳細については図示を割愛するが、負電位が−0.5V程度から暗電流の低減効果が発生し、−0.8V程度以下で暗電流が略0になることが分かっており、転送ゲートに与える負電位としては、−0.5V以下、好ましくは−0.8以下にするとよい(特開2002−217397号公報、特に図9とその説明を参照)。ただし、転送ゲートに過剰な負電位が印加されると、十分な暗電流の低減効果が得られる一方で、トランジスタの信頼性が低下してしまうので、適度な値(典型例としては絶対最大定格を超えない値)に制限するようにする。 Note that setting the value of the negative potential of the transfer gate to about −1.1 V is merely an example. Although the illustration is omitted for details, it has been found that a dark current reduction effect occurs from a negative potential of about −0.5 V, and the dark current becomes substantially zero at about −0.8 V or less. The negative potential to be applied is −0.5 V or less, preferably −0.8 or less (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-217397, particularly FIG. 9 and its description). However, if an excessive negative potential is applied to the transfer gate, a sufficient dark current reduction effect can be obtained, but the reliability of the transistor decreases, so an appropriate value (typically the absolute maximum rating) To a value not exceeding.
<ローカル電圧供給部の構成例;その1>
図5は、ローカル電圧供給部162の第1の構成例を示す図である。ローカル電圧供給部162の第1の構成例(第1例のローカル電圧供給部162ともいう)は、スイッチド・キャパシタ型のDC−DCコンバータいわゆるチャージポンプ回路を利用した点に特徴を有している。
<Configuration example of local voltage supply unit;
FIG. 5 is a diagram illustrating a first configuration example of the local
すなわち、図示するように、第1例のローカル電圧供給部162は、複数のスイッチング素子を持つチャージポンプスイッチ群310と、チャージポンプスイッチ群310の出力電圧Vout を分割する第1の抵抗素子322(抵抗値R1)および第2の抵抗素子324(抵抗値R2)からなる抵抗分割部320と、抵抗分割部320に対して基準電圧Vrefoutを設定する基準電圧生成部330とを備えている。抵抗分割部320と基準電圧生成部330とで、ローカル電圧供給部162が生成した出力電圧Vout (ローカル電圧)の大きさを検知する検知部が構成される。
That is, as illustrated, the local
抵抗分割部320を構成する各抵抗素子322,324は、いわゆる外付けのディスクリート部品とすることができるし、積極的に外付け部品とする対応を採ることもある。外付け部品とすることで、出力電圧値を外部調整できる仕様にすることができる。
Each of the
チャージポンプスイッチ群310の2つの容量接続端子a,bには、電荷を転送あるいは蓄積するポンプ容量302が接続され、また、出力電圧Vout が出力される出力端子cと接地との間には出力容量304が接続されている。
A
基準電圧生成部330は、その電源電圧が変化しても、ある一定の基準電圧Vrefoutが得られるものとする。たとえば、基準電圧生成部330としては、バンドギャップ型基準電圧回路などを用いることができる。基準電圧生成部330の電源は外部電源からの電源VDDとしてもよいし、回路構成によっては、チャージポンプスイッチ群310の出力端子cにおける出力電圧Vout としてもよい。何れにしても、発生する参照電圧Vref0よりも高い電源電圧が要求される。なお、本例において、基準電圧Vrefoutは、安定した0以上の電圧値とする。
It is assumed that the reference
また、第1例のローカル電圧供給部162は、参照電圧Vref0を生成する参照電圧生成部340と、抵抗分割部320により出力電圧Vout を分圧したフィードバック電圧VFBを反転入力端子(−)に受け、参照電圧生成部340からの参照電圧Vref0を非反転入力端子(+)に受け、フィードバック電圧VFBと参照電圧Vref0の差を増幅もしくは減衰する誤差増幅部(エラーアンプ部)350とを備えている。誤差増幅部350としては、演算増幅器(オペアンプOP)を使用することができる。
Further, the local
参照電圧生成部340は、その電源電圧が変化しても、ある一定の参照電圧Vref0が得られるものとする。たとえば、参照電圧生成部340としては、バンドギャップ型基準電圧回路などを用いることができる。参照電圧生成部340の電源は外部電源からの電源VDDとしてもよいし、回路構成によっては、チャージポンプスイッチ群310の出力端子cにおける出力電圧Vout としてもよい。何れにしても、発生する参照電圧Vref0よりも高い電源電圧が要求される。
It is assumed that the reference
なお、図示しないが、誤差増幅部350の反転入力端子(−)と出力端子との間には、帰還回路網の安定化のための利得位相補正部を設けることができる。また、図示しないが、抵抗分割部320についても、抵抗分割部320の入力側(出力電圧Vout 側)と出力側(誤差増幅部350側)との間にも、帰還回路網の安定化のための利得位相補正部を設けることができる。 Although not shown, a gain phase correction unit for stabilizing the feedback network can be provided between the inverting input terminal (−) and the output terminal of the error amplifying unit 350. Although not shown, the resistance divider 320 is also provided between the input side (output voltage Vout side) and the output side (error amplifier 350 side) of the resistor divider 320 to stabilize the feedback network. Can be provided.
また、第1例のローカル電圧供給部162は、誤差増幅部350の出力電圧あるいは出力電流を一方の入力端子IN1に受け、直接的または間接的に、チャージポンプスイッチ群310にオン/オフ制御信号として供給するスイッチング制御部360を備えている。
In addition, the local
ここで、第1例のスイッチング制御部360は、本構成例の特徴部分であるブースト(Boost )信号Bst を生成するブースト信号生成部362および制御ループにおける動作点を示す出力電圧制御信号Soutを切り替える選択部364と、矩形波などの所定の周期信号OSC を発生する周期信号生成部370とを有している。周期信号OSC は、スイッチング制御部360の制御出力端子O2からチャージポンプスイッチ群310に供給されるようになっている。
Here, the switching
ブースト信号生成部362と選択部364とにより、トリガ信号TRG に対応するブースト信号Bst に基づいてローカル電圧としての出力電圧Vout を生成するためのチャージポンプスイッチ群310およびポンプ容量302、出力容量304からなるスイッチング部のスイッチング動作の動作点を切り替える動作点切替部が構成される。
From the charge
ここで、ブースト信号生成部362は、ローカル電圧供給部162の負荷電流が増える動作を行なう契機を示すトリガ信号(負荷変動の制御信号;急激な負荷を伝える内部信号)TRG に同期して、ブースト信号Bst を所定期間アクティブにする。
Here, the boost
第1例の選択部364は、一方の入力端子IN1が誤差増幅部350の出力に接続され、他方の入力端子IN2が接地(GND)に接続されている。選択部364は、その制御入力端子にブースト信号生成部362で生成されたブースト信号Bst が供給されるようになっており、ブースト信号Bst の制御の元で、誤差増幅部350の出力電圧Vaによる制御と別系統の固定電位による制御とを切り替えるようにしている。
In the
具体的には、第1例の選択部364は、ブースト信号Bst がインアクティブのときには、誤差増幅部350の出力電圧Vaを選択して制御出力端子O1に出力する一方、ブースト信号Bst がアクティブのときには、誤差増幅部350とは別系統の固定電位(本例では接地電圧)を選択して制御出力端子O1に出力する。
Specifically, when the boost signal Bst is inactive, the
負帰還制御の動作点が強制的に切り替ることで、事実上、急激な負荷電流が発生する期間に対応したブースト信号Bst がアクティブな期間には、通常時の負帰還制御ループから切り離され、ポンプ容量302が最大振幅でスイッチングされるように負帰還制御されることになる。
When the operating point of the negative feedback control is forcibly switched, the boost signal Bst corresponding to the period in which a sudden load current is generated is effectively disconnected from the normal negative feedback control loop during the active period. Negative feedback control is performed so that the
なお、ブースト信号生成部362や選択部364の機能の詳細については後述する。
Details of the functions of the boost
周期信号生成部370は、その電源電圧が変化しても、固定された周波数を持つ信号波形を出力する。周期信号生成部370としては、たとえば、リング発振回路、非安定マルチバイブレータ回路、ブロッキング発振回路などを利用することができる。周期信号生成部370の電源は参照電圧生成部340と同様に、外部電源からの電源VDDとしてもよいし、回路構成によっては、チャージポンプスイッチ群310の出力端子cにおける出力電圧Vout としてもよい。出力電流やポンプ容量302の条件によっては、周期信号生成部370は、外部から与えられる電圧や外部に接続される容量値によって発振周波数を調整できるようにすることもできる。
The
チャージポンプスイッチ群310は、4つのスイッチ311〜314と、インバータ316とを有している。スイッチ311〜314は、たとえば、MOSFETやバイポーラトランジスタなどのスイッチ素子により構成することができる。
The charge
スイッチ311の一方の入出力端子は接地され、スイッチ312の一方の入出力端子は出力端子cに接続され、スイッチ313の一方の入出力端子は電源VDDに接続され、スイッチ314の一方の入出力端子はスイッチング制御部360の一方の制御出力端子O1、具体的には、選択部364の出力端子に接続され、制御ループにおける出力電圧制御信号Sout が供給されるようになっている。また、スイッチ311,312の各他方の入出力端子が容量接続端子aに接続され、スイッチ313,314の各他方の入出力端子が容量接続端子bに接続されている。
One input / output terminal of the
さらに、スイッチ311,313の各制御端子が、スイッチング制御部360の他方の制御出力端子O2、具体的には周期信号生成部370の出力端子に接続され、連動して制御されるようになっている。また、スイッチ312,314の各制御端子が、インバータ316を介してスイッチング制御部360の他方の制御出力端子O2に接続され、スイッチ311,313とは逆極性で連動して制御されるようになっている。
Further, the control terminals of the
詳細な動作タイミングチャートは図示を割愛するが、このようなチャージポンプスイッチ群310の接続態様により、スイッチ311,313がオンでかつスイッチ312,314がオフ時には図示しない外部電源からポンプ容量302に電荷が転送され、ポンプ容量302は、容量接続端子b側が正電位(電源VDD)、容量接続端子a側が負電位(接地)に充電される。その後に、スイッチ311,313がオフでかつスイッチ312,314がオンに切り替ることで、ポンプ容量302に充電された電荷が出力容量304に転送される。このような動作を動作を繰り返すことでチャージポンプスイッチ群310の出力端子cすなわち出力容量304には所定の電圧が現われ、出力容量304から電流を負荷に供給することができるようになる。つまり、外部電源から出力容量304に電荷が直接転送されることはない。
Although a detailed operation timing chart is omitted in the drawing, according to the connection mode of the charge
本例のチャージポンプスイッチ群310の各スイッチ311〜314の接続態様では、ポンプ容量302に充電された電荷を出力容量304に転送する際に、容量接続端子bに誤差増幅部350の出力電圧Vaと対応する出力電圧制御信号Sout がスイッチ314を介して供給されるようになっている。容量接続端子bにおいては、出力電圧制御信号Sout と電源電圧VDDとの間でのスイッチング信号CBとして現われ、出力容量304に現れる電圧は負となり、原理的な最大出力可能電圧値は−1×VDDとなる。
In the connection mode of the
なお、チャージポンプスイッチ群310の構成は、図示した接続態様に限られたものではなく、接続態様を適宜変更することで、出力電圧値を変えることができ、たとえば、最大出力電圧として外部電源の電圧VDDの2倍を得ることもできる。
The configuration of the charge
また、スイッチの数は、図示したチャージポンプスイッチ群310のように4個に限定されるものではなく、スイッチの数を増やし、それに応じた接続態様とすることで、出力電圧の絶対値の最大値をさらに大きくすることもできる。
Further, the number of switches is not limited to four as in the illustrated charge
誤差増幅部350を中心とする全体の制御アンプ構成としては、負帰還回路となっており、参照電圧Vref0と出力電圧Vout の抵抗分割部320による分割電圧(フィードバック電圧VFB)が等しくなるように制御されることとなる。 The overall control amplifier configuration centering on the error amplifier 350 is a negative feedback circuit, and the divided voltage (feedback voltage VFB) of the reference voltage Vref0 and the output voltage Vout divided by the resistance divider 320 is controlled. Will be.
したがって、参照電圧生成部340による参照電圧Vref0や、基準電圧生成部330による基準電圧Vrefout、あるいは抵抗分割部320による出力電圧Vout の分割比を調整することで、出力電流供給能力や出力電圧値を変えることができる。
Therefore, by adjusting the division ratio of the reference voltage Vref0 by the reference
なお、ここで示したチャージポンプ回路を利用したローカル電圧供給部162の構成は一例に過ぎず、様々な変形が可能である(たとえば、特開平6−351229号公報や、特開平10−248240号公報や、特開2002−171748号公報などを参照)。
The configuration of the local
また、チャージポンプ回路を利用したローカル電圧供給部162は、充電電荷をポンプ容量302に転送していわゆるn倍電圧整流に対応するn倍電圧昇圧をするもので、比較的小パワーのものに適し、後述するチョッパ型に比べて、小型化や低消費電力化を図る上で都合がよい。
Also, the local
なお、チャージポンプ回路を利用してローカル電圧供給部162を構成すると、負電圧が印加されるトランジスタとしては、図2に示すローカル電圧供給部162におけるスイッチ311,312と、図3に示す出力バッファ161を構成するN−MOSがある。
When the local
<露光時間制御機能について>
図6および図7は、X−Yアドレス型の撮像装置における露光制御(電子シャッタ)機能を説明する図である。図6に示すように、垂直走査部14の垂直アドレス設定部14aは、通常の読出対象の行アドレスφTGを指定する機能の他に、シャッタ対象の単位画素3(シャッタ画素)の行アドレスすなわちシャッタ画素位置を指定するアドレス情報(具体的には駆動パルスとしての転送ゲートパルスTGs)を生成する機能も持っている。
<Exposure time control function>
6 and 7 are diagrams for explaining an exposure control (electronic shutter) function in an XY address type imaging apparatus. As shown in FIG. 6, the vertical
垂直アドレス設定部14aのシャッタタイミング制御機能要素からはシャッタ対象の行アドレスを指定する駆動パルス(転送パルス)φTGsが同一行の全単位画素3に供給されるような配線構成を採用する。これにより、駆動パルスφTGsで指定された行の単位画素3がシャッタ画素として指定される。
The shutter timing control functional element of the vertical
固体撮像素子としてCMOS撮像素子を用いた場合、一般的には、その基本的な動作方式から、信号を出力した画素はその時点から再び光電変換して得た信号電荷の蓄積を開始する。このため、撮像面の走査タイミングにしたがって蓄積の期間がずれ、つまり走査線ごとに走査する時間だけ蓄積期間がずれ、いわゆるライン露光(Line Exposure)となる。CCD(電荷結合)型とは異なり、同じ期間中に光電変換素子に入射した光を信号電荷として蓄積し、全画素から同時に垂直CCDに読み出すことで蓄積の同時性を満たすグローバル露光(Global Exposure)とはなっていない。 When a CMOS image sensor is used as a solid-state image sensor, generally, from the basic operation method, a pixel that outputs a signal starts accumulation of signal charges obtained by photoelectric conversion again from that point. For this reason, the accumulation period is shifted in accordance with the scanning timing of the imaging surface, that is, the accumulation period is shifted by the scanning time for each scanning line, which is so-called line exposure. Unlike CCD (Charge Coupled) type, global exposure that accumulates the light incident on the photoelectric conversion element during the same period as signal charge and reads it from all pixels to the vertical CCD at the same time to satisfy the simultaneous accumulation (Global Exposure) It is not.
ここで、たとえば、撮像領域において、読出行nとシャッタ行nsとをΔs行だけ離す場合を考える。電子シャッタの指示を受けた行nsの対象列の画素がリセットされてから再び信号電荷の蓄積を開始するので、たとえば撮像面の走査方向が上から下になっている場合、行nと行n+Δsの時間差はフレームレートと走査線数との間で所定の関係を持ち、読出行nとシャッタ行nsの間隔を調整することで、CMOS撮像素子から読み出される信号の蓄積時間を、ライン周期(1水平走査期間)を調整単位として変えることができる。 Here, for example, consider a case where the readout row n and the shutter row ns are separated by Δs rows in the imaging region. Since the accumulation of signal charges starts again after the pixel in the target column of row ns that has received the instruction of the electronic shutter is reset, for example, when the scanning direction of the imaging surface is from top to bottom, row n and row n + Δs The time difference has a predetermined relationship between the frame rate and the number of scanning lines, and by adjusting the interval between the readout row n and the shutter row ns, the accumulation time of the signal read from the CMOS image sensor is set to the line period (1 The horizontal scanning period) can be changed as an adjustment unit.
ここで、一般的なCMOSセンサでは、1画面の撮像時には、読出行nやシャッタ行nsを1つとすることで、電子シャッタ制御を行単位で行なうようにする。垂直アドレス設定部14aで設定されたある時点の読出行nに対して、垂直アドレス設定部14aのシャッタタイミング制御機能要素にて、全列(H1,H2,…,Hh)の画素に関して、読出行nを除く何れかの行位置、すなわちΔs行だけ離れた位置(時点)においてシャッタ行nsを設定して画素をリセットする。このリセット動作は、シャッタタイミング以前に光電変換素子に蓄積された電荷を掃き捨てることで実現でき、CMOS撮像素子の場合、たとえば転送ゲートをオンさせることで実現できる。
Here, in a general CMOS sensor, at the time of imaging one screen, the electronic shutter control is performed in units of rows by setting one readout row n and one shutter row ns. For the readout row n at a certain point set by the vertical
シャッタ行nsの画素が垂直アドレス設定部14aによって次に読出行nに設定されるまでの時間が蓄積時間となる、すなわち読出行nとシャッタ行nsとの時間間隔が蓄積時間となる。こうすることで、結果的には、行単位で蓄積時間を制御できる。通常の露光時間設定に際しては、シャッタ行nsに対するアクセスを行なわず、フレームレート分の時間だけ電荷の蓄積が行なわれる。
The time until the pixels in the shutter row ns are set to the next readout row n by the vertical
このように、CMOS撮像素子が持つライン露光の特質を利用して、電子シャッタ用の駆動パルスφTGsを行単位で、その行の各単位画素3に供給することで、読出行nとシャッタ行n+Δsの時間差を、行単位で各単位画素3に設定することができ、簡単に、行ごとに蓄積時間を制御できる。
As described above, by utilizing the characteristics of line exposure of the CMOS image sensor, the driving pulse φTGs for the electronic shutter is supplied to each
ただし、前述のように、X−Yアドレス型の撮像装置では各面素の蓄積フレーム時間ごとに読み出される蓄積順次読出方式となり、ここでは行単位で駆動パルスφTGsを供給するので、蓄積同時化読出方式すなわちグローバル露光となるCCD型とは大きく異なり(図7(D)参照)、ライン露光(ローリングシャッタ(Rolling Shutter)もしくはフォーカルプレーン蓄積とも称する)となってしまう(図7(A)の下段参照)。 However, as described above, the XY address type image pickup apparatus employs an accumulation sequential readout method in which each surface element is read out every accumulation frame time. In this case, the drive pulse φTGs is supplied in units of rows, so the accumulation simultaneous readout is performed. This method is greatly different from the CCD type, which is a global exposure (see FIG. 7D), and becomes a line exposure (also called rolling shutter or focal plane accumulation) (see the lower part of FIG. 7A). ).
シャッタ速度が遅くて画素の蓄積時間が充分長く設定されている際には蓄積期間のずれは無視できるが、シャッタ速度が水平走査期間とさして変わらないほど速く設定されると、物体の水平方向の動きとスキャン時点(蓄積期間)の差(図7(B)参照)に起因して、図7(C)に示すように、蓄積期間の差がライン方向(行方向;水平走査方向)の時間シェーディング歪み(フォーカルプーン現象ともいう)となって、画像に動き歪みとして現れ問題となってくる。 When the shutter speed is slow and the pixel accumulation time is set sufficiently long, the shift in the accumulation period can be ignored, but if the shutter speed is set so fast that it does not differ from the horizontal scanning period, the horizontal direction of the object Due to the difference between the movement and the scanning time point (accumulation period) (see FIG. 7B), as shown in FIG. 7C, the difference in the accumulation period is the time in the line direction (row direction; horizontal scanning direction). Shading distortion (also referred to as focal poon phenomenon) appears as a motion distortion in the image and becomes a problem.
この問題を解決するためには、メカニカルシャッタを併用した電子シャッタにして、各画素の露光蓄積期間が一定となるようにする(同時刻露光する)グローバルシャッタという機能を実現するか、単位画素3の構造を変更する、たとえば、画素ごとに、電荷生成部と画素信号生成部との間に電荷蓄積部を設け、全画素を同時に露光した後、電荷生成部にて生成された信号電荷を同時に電荷蓄積部に転送させる構造にして電子シャッタを行なう(米国特許第5,986,297号公報参照)などして、各画素の露光蓄積期間が一定となるようにする純電子的なグローバルシャッタという機能を実現とよい。本実施形態では、メカニカルシャッタを併用したグローバルシャッタ機能を採用することにする。
In order to solve this problem, an electronic shutter using a mechanical shutter is used to realize a function of a global shutter that makes the exposure accumulation period of each pixel constant (exposure at the same time), or
<グローバルシャッタ機能について>
図8および図9は、メカニカルシャッタを併用したグローバルシャッタ機能を説明する図である。参考のため、通常時のライン露光動作(通常の電子シャッタ動作)についても示す。
<Global shutter function>
8 and 9 are diagrams for explaining a global shutter function using a mechanical shutter together. For reference, a normal line exposure operation (normal electronic shutter operation) is also shown.
電子シャッタ動作は、電荷蓄積期間と読出期間とに分けられ、同一行にある画素は全て同じタイミングで処理を行なう。また、図8(A)に示すように、蓄積と読出しを1行ごとに連続した動作で行ない、それを行数分繰り返して出力する通常シャッタモードと、図8(B)に示すように、メカニカルシャッタを利用しつつ、全画素同時に電荷蓄積を行なった後で、読出しを1行ずつ行なうグローバルシャッタモードとがある。 The electronic shutter operation is divided into a charge accumulation period and a readout period, and all pixels in the same row perform processing at the same timing. Further, as shown in FIG. 8 (A), normal shutter mode in which accumulation and reading are performed by continuous operation for each row, and output is repeated for the number of rows, and as shown in FIG. 8 (B), There is a global shutter mode in which readout is performed row by row after charge accumulation is performed simultaneously for all pixels while using a mechanical shutter.
通常シャッタモードでは、先ず、フォトダイオードなどでなる電荷生成部32と画素信号生成部5を構成するフローティングディフュージョン38がリセットされてから、電荷蓄積が開始される。電荷蓄積終了後の読出期間において、電荷生成部32にて検出、蓄積された信号電荷は読出選択用トランジスタ34がオンすることでフローティングディフュージョン38に転送され、増幅用トランジスタ42と垂直信号線18に接続される負荷トランジスタで構成されるソースフォロワによって、フローティングディフュージョン38に対応する信号電圧が垂直信号線18を介してカラム処理部20のカラム信号処理部22に渡される。
In the normal shutter mode, first, charge accumulation is started after the
一方、グローバルシャッタモードでは、グローバルシャッタ信号Shutがオンすることでリセットを行ない、オフすることで電荷生成部32への電荷蓄積が全画素同時に行なわれ、メカシャッタにより全画素同時に電荷蓄積終了となる。その後の読出期間は、通常シャッタ時の1行分の制御シーケンスと同じであり、これを行数分繰り返すことにより、全画素の信号がカラム処理部20側へ出力される。
On the other hand, in the global shutter mode, when the global shutter signal Shut is turned on, the reset is performed, and when the global shutter signal Shut is turned off, the charge accumulation in the
次に、単位画素3の読出選択用トランジスタ34(転送ゲートあるいは転送トランジスタともいわれる)に着目し、問題となる電荷蓄積開始時のリセット動作について以下に説明する。
Next, paying attention to the read selection transistor 34 (also referred to as a transfer gate or transfer transistor) of the
図8(A),(B)の各下部には、読出選択用トランジスタ34を駆動する転送パルスφTGと、リセットトランジスタ36を駆動するリセットパルスφRSTのタイミングチャートが示されている。
8A and 8B, timing charts of the transfer pulse φTG for driving the
ここで、先ず、リセット開始のとき、転送パルスφTGにより読出選択用トランジスタ34がオンするとともに、リセットパルスφRSTによってリセットトランジスタ36がオンする(t1)。電荷生成部32とフローティングディフュージョン38とは、この操作により暗電荷が電源VDD側に掃き出されるためリセットされる。次に、t2時点において、転送パルスφTGとリセットパルスφRSTとをともにLレベルにすると、読出選択用トランジスタ34がオフされ電荷生成部32への電荷蓄積が始まる。
First, at the start of reset, the
図9(A),(B)は、ローカル電圧供給部162において生じ得る、グローバルシャッタモードにおけるリセット動作時の負荷電流変動に伴う電圧変動を説明する図である。ここでは、読出選択用トランジスタ34とリセットトランジスタ36のリセット動作に着目するため、ローカル電圧供給部162は負電圧を出力するものとする。また、その負電圧の具体的な値としては、特開2002−217397号公報に示されている−1.1Vとする。
FIGS. 9A and 9B are diagrams for explaining voltage fluctuations caused by load current fluctuations during the reset operation in the global shutter mode, which may occur in the local
リセット動作を開始する前の時点(t1以前)では、読出選択用トランジスタ34の全負荷容量CQTがローカル電圧供給部162に接続されている状態である。t1時点において、転送パルスφTGをHレベルにした瞬間、ローカル電圧供給部162から読出選択用トランジスタ34の負荷容量CQTは切り離される。この際、ローカル電圧供給部162の出力は、負荷が減少することになり、出力電圧Vout が若干変動するが、読出選択用トランジスタ34とは切り離されているため、画像として問題に現れてこない。
At the time before starting the reset operation (before t1), the full load capacitance CQT of the
次にt2時点において、転送パルスφTGをLレベルにして、リセットを終了し、電荷生成部32への電荷蓄積を開始する。このとき、読出選択用トランジスタ34の負荷容量CQTが一気にローカル電圧供給部162に接続されることになる。このときの負荷容量CQTはグローバルシャッタモード時には撮像部10を構成する全画素分となる。
Next, at time t2, the transfer pulse φTG is set to the L level, the reset is completed, and charge accumulation in the
したがって、グローバルシャッタにおける蓄積期間前のリセット動作は、ローカル電圧供給部162としては、その出力に大きな容量負荷の変動(全画素数分の容量負荷)を与えてしまい、出力電流(負荷電流)が瞬間的に増大し、負荷電流が大きく変わると、制御ループの応答遅れのため出力電圧Vout も変動してしまう。本例では、負電圧が容量負荷が増えることにより、絶対値の小さい方向に変動してしまう可能性がある。また、この期間は電荷蓄積時間に相当し、電圧変動期間により暗電流が原因でシェーディングのある画像となってしまう可能性がある。
Therefore, the reset operation before the accumulation period in the global shutter causes the local
<グローバルシャッタ時のローカル電圧供給部の動作シーケンス>
図10は、グローバルシャッタ時にローカル電圧供給部162に与える影響を説明する動作シーケンスの一例を示す図である。
<Operation sequence of local voltage supply unit during global shutter>
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of an operation sequence for explaining the influence on the local
本例のローカル電圧供給部162では、誤差増幅部350による負帰還制御ループを構成して、常時、出力電圧Vout の安定化を図っており、負荷電流変動に対してもある程度追随するようにし、ローカル電圧供給部162の後段に、安定化回路を別途設けることを不要にしている。安定化回路を不要化することで、無効消費電力も事実上ゼロにすることができる。
In the local
しかしながら、出力電圧Vout の変化に対する応答が、制御ループの帯域、特に誤差増幅部350の帯域で制限されるため、ブースト信号生成部362や選択部364を設けていなければ、急激な負荷電流変動があると、出力電圧Vout が設定電圧に戻るまでに時間を要してしまい、瞬間的に負荷電流が大きく変動することによる出力電圧Vout の変動を避けることが困難である。
However, since the response to the change of the output voltage Vout is limited by the bandwidth of the control loop, particularly the bandwidth of the error amplifier 350, if the
この様子を図10を参照して説明する。グローバルシャッタ信号Shutの立下りと同時に全画素の転送ゲート(読出選択用トランジスタ34)に負電圧(たとえば−1.1V)が印加されるため、ローカル電圧供給部162としての負荷は瞬間的に増加することになる。
This will be described with reference to FIG. Simultaneously with the fall of the global shutter signal Shut, a negative voltage (for example, −1.1 V) is applied to the transfer gates (readout selection transistors 34) of all the pixels, so the load as the local
このため、ローカル電圧供給部162では、出力容量304から負荷容量CQTへの電荷の移動のため出力電圧Vout は変動し、それによって誤差増幅部350は電荷をポンプ容量302に供給するため、アンプ出力値Vaを下げる動作を行なう。このアンプ出力値Vaがスイッチ314に接続されているため、ポンプ容量302をスイッチングするスイッチング信号CBのLレベルは誤差増幅部350の出力変化と同様に動作する。このようなフィードバック動作によって出力電圧Vout は設定値へと収束する。ここで出力電圧Vout の応答はフィードバックループの応答に追従するため、素早く出力電圧Vout を復帰させることが困難である。
For this reason, in the local
この出力電圧Vout の収束の問題は、転送トランジスタとしての読出選択用トランジスタ34のゲートに印加している負電圧が設定電圧になるのが遅くなることを意味し、暗電流を抑制する十分な負電圧を印加できないため、暗電流を発生させてしまうことでシェーディングを引き起こすという不具合を生じ得る。
The problem of convergence of the output voltage Vout means that the negative voltage applied to the gate of the
このような問題を解消する仕組みとして、第1例のローカル電圧供給部162では、スイッチング制御部360内に、ブースト信号生成部362と選択部364とを備えている点に特徴を有している。以下、これらの機能について説明する。
As a mechanism for solving such a problem, the local
<ブースト信号生成部の詳細>
図11は、ブースト信号生成部362を説明する図である。ここで、図11(A)は、その一構成例を示す図であり、図11(B)は、その動作を説明するタイミングチャートである。ここでは、グローバルシャッタ時にブースト信号Bst をアクティブにする事例で示す。
<Details of boost signal generator>
FIG. 11 is a diagram for explaining the boost
また、図12は、エッジ検出部710の動作を説明するタイミングチャートである。なお、参考のため、グローバルシャッタ信号Shutの立下りエッジを検出する本例の形態を図12(A)に示すとともに、グローバルシャッタ信号Shutの立上りエッジを検出する形態を図12(B)に示す。
FIG. 12 is a timing chart for explaining the operation of the
図11(A)に示すように、ブースト信号生成部362は、トリガ信号TRG としてのグローバルシャッタ信号Shutの立下りエッジを検出して立下りエッジに同期したワンショットパルスEdgeを出力するエッジ検出部710と、ブースト信号Bst のアクティブ状態を停止させるタイミングを決定する停止タイミング決定部720と、エッジ検出部710で検知された情報と停止タイミング決定部720により決定された停止タイミングとに基づいてブースト信号Bst を整形するパルス生成部730とを備えている。
As shown in FIG. 11A, the
エッジ検出部710は、多段接続された4つのインバータ711,712,713,714と、インバータ714の後段に配されたNANDゲート715と、NANDゲート715の後段に配されたインバータ716とを有している。また、エッジ検出部710は、3段目のインバータ713に所定の動作電流を供給する定電流源717と、3段目と4段目のインバータ713,714の接続点と接地との間に配された時間設定用のコンデンサ718とを有している。
The
停止タイミング決定部720としては、誤差増幅部350の出力電圧Vaが反転入力端子(−)に入力され、接地電圧より若干高い所定電位の参照電圧Vref2が非反転入力端子(+)に入力され、出力電圧Vaと参照電圧Vref2の比較結果をリセット信号RST として出力するコンパレータ722を有して構成されている。
As the stop
パルス生成部730は、D型のフリップフロップ(D−FF)732を有して構成されており、電源電圧VDDがD入力端子に入力され、エッジ検出部710から出力されるワンショットパルスEdgeがクロック端子CKに入力され、停止タイミング決定部720で生成されたリセットパルスRSTがリセット端子Rに入力され、アクティブHのブースト信号Bst を非反転出力端子Qから出力するようになっている。
The
このような構成のブースト信号生成部362は、グローバルシャッタ信号Shutをトリガ信号TRG として受け取り、そのグローバルシャッタ信号Shutの立下りエッジに反応して、ある一定時間(この期間をブースト期間という)ブースト信号Bst をアクティブH(ハイ;Highレベル)とし、このブースト信号Bst を選択部364に供給する。すなわち、グローバルシャッタ信号Shutの立下りエッジに同期してブースト信号Bst をアクティブHにするとともに、誤差増幅部350の電圧出力Vaと接地電圧より若干高い参照電圧Vref2とを比較し、比較結果が論理反転するとブースト信号Bst をインアクティブLにする。
The boost
具体的には、図11(B)に示すように、先ず、エッジ検出部710は、グローバルシャッタ信号Shutの立下りエッジを検出して(t10)、定電流源717による動作電流とコンデンサ718の容量値とで決まるパルス幅(t12〜t14)のワンショットパルスEdgeを生成し、このワンショットパルスEdgeをD−FF732のクロック端子CKに入力する(図12(A)を参照)。これにより、ワンショットパルスEdgeの立上りエッジに同期して、D−FF732の非反転出力端子Qすなわちブースト信号Bst はHレベルとなる(t13)。なお、t10〜t13は、回路の動作遅延によるもので、事実上は、t10=t12=t13と考えてよい。
Specifically, as shown in FIG. 11B, first, the
このとき、固体撮像装置1の全体は、グローバルシャッタ動作を行なうことで、ローカル電圧供給部162の負荷電流が増加するので、出力電圧Vout の絶対値が減少しようとする。出力電圧Vout の変化に対して制御ループが応答するので、誤差増幅部350の出力電圧(以下アンプ出力値ともいう)Vaは、出力電圧Vout の変化を抑える方向に変化する。しかし、制御ループの応答の遅れにより、その出力電圧Vout の絶対値が明らかに減少してしまう(t20〜t22)。たとえば、定常時の−1.1Vが−0.8V程度まで変化する。またこのとき、アンプ出力値Vaは、出力電圧Vout の変化を抑える方向に変化する。このアンプ出力値Vaの変化を受けて、ポンプ容量302への電荷供給量が増加し、その結果として、出力電圧Vout の絶対値が元に戻るようになる(t22〜t28)。
At this time, since the entire solid-
このような動作と並行して、停止タイミング決定部720では、アンプ出力値Vaと参照電圧Vref2とを比較しており、アンプ出力値Vaが参照電圧Vref2以下になる期間はリセットパルスRSTをアクティブHにする(t24〜t26)。これにより、リセットパルスRSTの立上りエッジに同期して、D−FF732の非反転出力端子Qすなわちブースト信号Bst はLレベルとなる(t24)。
In parallel with this operation, the stop
これにより、D−FF732は、グローバルシャッタ信号Shutの立下りよりリセットパルスRSTの立上りまでの期間をHレベルとするパルス信号を、ブースト信号Bst として非反転出力端子Qにおいて生成することができる。
As a result, the D-
一方、電源の制御ループは、ブースト信号生成部362とは独立して動作しているため、ブースト信号Bst がHレベルとなると、図5に示したスイッチング制御部360の選択部364は、制御ループを、アンプ出力値Vaに基づく動作から固定電圧(本例では接地電圧)に基づく動作に切り替える。
On the other hand, since the control loop of the power supply operates independently of the boost
また、ブースト信号Bst がLレベルに戻るとき(t24)、すなわちアンプ出力値Vaが接地電圧付近(参照電圧Vref2)を越えたときに、選択部364は、制御ループを、固定電圧(本例では接地電圧)に基づく動作からアンプ出力値Vaに基づく動作に切り替える。これによって、ローカル電圧供給部162は、通常の動作に戻ることができる。
When the boost signal Bst returns to the L level (t24), that is, when the amplifier output value Va exceeds the ground voltage vicinity (reference voltage Vref2), the
なお、このようなブースト信号生成部362の構成では、停止タイミング決定部720を設けて、出力電圧Vaと参照電圧Vref2とを比較することで、実働状態に応じた最適なブースト期間を動的に決定できるようにしていたが、たとえば、実際の評価により出力電圧Vout が最もダンピングの少ない安定して制御できる時間を調べて、ブースト期間として設定するなど、ブースト期間を固定値にすることもできる。
In such a configuration of the boost
このような固定値のブースト期間を持つブースト信号Bst を生成するには、たとえば、図11(A)に示した構成において、定電流源717の定電流値やコンデンサ718の容量値を調整することで、ワンショットパルスEdgeのパルス幅を決め、ワンショットパルスEdgeそのものをブースト信号Bst として使用することができる。この場合、実働状態に応じた最適なブースト期間を動的に決定することはできないものの、停止タイミング決定部720やパルス生成部730が不要となるので、回路面積を小さくすることができるという利点がある。
In order to generate the boost signal Bst having such a fixed boost period, for example, in the configuration shown in FIG. 11A, the constant current value of the constant
<選択部の構成例;その1>
図13は、第1例のローカル電圧供給部162に使用される選択部364の一構成例を示す図である。図示するように、第1例の選択部364は、2つのトランジスタ602,604とインバータ606とを有して構成されている。トランジスタ602のゲートとインバータ606にはブースト信号生成部362からブースト信号Bst が供給され、インバータ606で論理反転されたブースト信号NBstがトランジスタ604のゲートに供給されるようになっている。
<Configuration Example of Selection Unit;
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of the
また、トランジスタ604のドレイン端子に入力端子IN1を介して誤差増幅部350の出力電圧Vaが供給され、トランジスタ602のドレイン端子に入力端子IN2を介して固定電位(本例では接地電圧)が供給され、各トランジスタ602,604のソース端子が共通に制御出力端子O1を介してチャージポンプスイッチ群310のスイッチ314に接続されるようになっている。
In addition, the output voltage Va of the error amplifying unit 350 is supplied to the drain terminal of the
このような構成により、第1例の選択部364は、ブースト信号Bst がインアクティブのときには、トランジスタ602がオフ、トランジスタ604がオンとなることで、誤差増幅部350の出力電圧Vaを選択して制御出力端子O1に出力する。一方、ブースト信号Bst がアクティブのときには、トランジスタ602がオン、トランジスタ604がオフとなることで、誤差増幅部350とは別系統の固定電位(本例では接地電圧)を選択して制御出力端子O1に出力するようになる。この結果、ブースト信号Bst の制御の元で、誤差増幅部350の出力電圧Vaによる制御と別系統の固定電位による制御とを切り替えることができる。
With this configuration, the
つまり、第1例の選択部364は、ローカル電圧供給部162の負荷電流が増える動作を行なう契機を示すトリガ信号(負荷変動の制御信号)TRG に同期してブースト信号生成部362により生成されるブースト信号Bst により制御される。たとえば、グローバルシャッタ時など、急激な負荷変動が生じ得る場合に、ブースト信号Bst をアクティブにすることで、定常時の誤差増幅部350の出力電圧Vaによる制御ループから、別系統の固定電位による制御ループに切り替える。
That is, the
<動作シーケンス>
図14は、第1例のローカル電圧供給部162における選択部364による制御ループの切替動作シーケンスの一例を示す図である。ここでも、グローバルシャッタ時にブースト信号Bst をアクティブにする事例で示す。
<Operation sequence>
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a control loop switching operation sequence by the
選択部364には、ブースト信号生成部362から、グローバルシャッタ信号Shutの立下りからある一定時間(ブースト期間;t10,t13〜t24)アクティブHのブースト信号Bst が制御入力端子に供給される。
The
選択部364は、ブースト信号Bst がインアクティブLのときにはアンプ出力値Vaを選択するので、制御ループはアンプ出力値Vaでの制御となり、ポンプ容量302を駆動するスイッチング信号CBは電源電圧VDDとアンプ出力値Vaでスイッチング動作することになり、ポンプ容量302には所定レベルの電荷をチャージするようになり、その結果として、所定レベルの出力電圧Vout が得られる。
Since the
一方、選択部364は、ブースト信号Bst がアクティブHのときには、固定電位(本例では接地電圧)を選択するので、制御ループは接地電圧での制御となり、ポンプ容量302を駆動するスイッチング信号CBは電源電圧VDDと接地電圧でスイッチング動作することになり、ポンプ容量302には最大の電荷をチャージすることが可能になる。その結果として、ローカル電圧供給部162は最大の電流出力能力を持つようになる。
On the other hand, the
したがって、全面同時シャッタを必要とするグローバルシャッタ時に生じ得るチャージポンプへの負荷変動と同時にローカル電源(本例のローカル電圧供給部162)の電荷供給能力を増すことで、ローカル電源の電流供給能力を瞬間的に高めることができ、図中に点線で示す本実施形態を適用しない場合よりも、図中に実線で示すように、出力電圧Vout の負荷変動を最小限に抑えることができる。すなわち、出力電圧Vout の負荷過渡応答を改善することができる。
Therefore, the current supply capability of the local power supply can be increased by increasing the charge supply capability of the local power supply (the local
また、外付けの容量である出力容量304が負荷に対する瞬間的な電流の供給元となるが、ローカル電源の電流供給能力を高めることで、出力容量304に素早く電荷をチャージでき、結果として、出力容量304としては、より小さな容量値を選択することもでき、コストやレイアウトの面で改善が期待できる。
The
<ローカル電圧供給部の構成例;その2>
図15は、ローカル電圧供給部162の第2の構成例を示す図である。ローカル電圧供給部162の第2の構成例(第2例のローカル電圧供給部162ともいう)は、第1例と同様に、チャージポンプ回路を利用した構成を有するとともに、スイッチング制御部360の構成を第1例とは異なるようにしている点に特徴を有している。
<Configuration example of local voltage supply unit;
FIG. 15 is a diagram illustrating a second configuration example of the local
先ず、第2例のチャージポンプスイッチ群310は、容量接続端子bと接地との間にスイッチ315を新たに備えている。
First, the charge
第2例のスイッチング制御部360は、第1例と同様の機能を持つブースト信号生成部362と周期信号生成部370の他に、選択部364に対応する選択部365を備え、さらにインバータ366を新たに備えている。
The switching
第2例の選択部365は、周期信号生成部370から出力される周期信号OSC をインバータ366で論理反転した周期信号OSCBが入力端子IN3に入力され、制御入力端子にブースト信号生成部362で生成されたブースト信号Bst が供給され、一方の制御出力端子O3からチャージポンプスイッチ群310のスイッチ314を制御する制御信号S1を出力するとともに、他方の制御出力端子O4からチャージポンプスイッチ群310のスイッチ315を制御する制御信号S2を出力するようになっており、ブースト信号Bst の制御の元で、制御ループを切り替えるようにしている。
In the selection unit 365 of the second example, the periodic signal OSCB obtained by logically inverting the periodic signal OSC output from the periodic
ここで、選択部365に対応するように、チャージポンプスイッチ群310のスイッチ313,314の接続態様を第1例とは異なるようにしている。具体的には、スイッチ313,314の各他方の入出力端子が容量接続端子bに接続され、かつスイッチ315を介して接地されるようにするとともに、誤差増幅部350の出力電圧Vaがそのまま出力電圧制御信号Sout としてスイッチ314に供給されるようにしている。
Here, so as to correspond to the selection unit 365, the connection mode of the
また、スイッチ312は単独で、インバータ316を介してスイッチング制御部360の制御出力端子O2に接続され、スイッチ314は単独で選択部365からの制御信号S1で制御され、スイッチ315は単独で選択部365からの制御信号S2で制御されるようになっている。
Further, the
具体的には、選択部365は、ブースト信号Bst がインアクティブのときには、制御信号S2をインアクティブとするとともに、周期信号生成部370から出力される周期信号OSC をインバータ366で論理反転した周期信号OSCBを制御信号S1としてスイッチ314を駆動する。事実上、スイッチ312,314が、スイッチ311,313とは逆極性で連動して制御されるようになる。
Specifically, the selection unit 365 makes the control signal S2 inactive when the boost signal Bst is inactive, and the periodic signal obtained by logically inverting the periodic signal OSC output from the periodic
この場合、ポンプ容量302に充電された電荷を出力容量304に転送する際に、容量接続端子bに誤差増幅部350から出力電圧制御信号Sout がスイッチ314を介して供給されるので、容量接続端子bにおいては、出力電圧制御信号Sout と電源電圧VDDとの間でのスイッチング信号CBとして現われる。したがって、制御ループはアンプ出力値Vaでの制御となり、ポンプ容量302には所定レベルの電荷をチャージするようになり、その結果として、所定レベルの出力電圧Vout が得られる。
In this case, when the charge charged in the
一方、ブースト信号Bst がアクティブのときには、選択部365は、制御信号S1をインアクティブとするとともに、周期信号生成部370から出力される周期信号OSC をインバータ366で論理反転した周期信号OSCBを制御信号S2としてスイッチ315を駆動する。事実上、スイッチ312,315が、スイッチ311,313とは逆極性で連動して制御されるようになる。
On the other hand, when the boost signal Bst is active, the selection unit 365 makes the control signal S1 inactive, and controls the periodic signal OSCB obtained by logically inverting the periodic signal OSC output from the periodic
この場合、ポンプ容量302に充電された電荷を出力容量304に転送する際に、容量接続端子bには固定電位(本例では接地電圧)がスイッチ315を介して供給されるので、制御ループは接地電圧での制御となり、ポンプ容量302を駆動するスイッチング信号CBは電源電圧VDDと接地電圧でスイッチング動作することになり、ポンプ容量302には最大の電荷をチャージすることが可能になる。その結果として、ローカル電圧供給部162は最大の電流出力能力を持つようになる。
In this case, when the charge charged in the
したがって、第2例の構成においても、全面同時シャッタを必要とするグローバルシャッタ時に生じ得るチャージポンプへの負荷変動と同時にローカル電源(本例のローカル電圧供給部162)の電荷供給能力を増すことで、ローカル電源の電流供給能力を高めることができ、出力電圧Vout の負荷変動を最小限に抑えることができる。
Therefore, also in the configuration of the second example, the charge supply capability of the local power source (the local
また、第2例の構成では、容量接続端子bと誤差増幅部350の出力が直接に接続されるので、 第1例の場合に存在した選択部364をなくすことで、アンプ出力値Vaからスイッチング信号CBへのオン抵抗の増加を防ぐことができる。抵抗成分による時定数効果でポンプ容量302に電荷が溜まり難くなるという問題を解決することができるので、結果的には、ブースト信号Bst がインアクティブの定常時の制御ダイナミックレンジを広くすることができる。
In the configuration of the second example, since the capacitor connection terminal b and the output of the error amplifying unit 350 are directly connected, switching from the amplifier output value Va can be achieved by eliminating the
<選択部の構成例;その2>
図16は、第2例のローカル電圧供給部162に使用される選択部365の一構成例を示す図である。図示するように、第2例の選択部365は、2つのNANDゲート612,614とインバータ616,618,619とを有して構成されている。NANDゲート612の一方の入力端子とインバータ616にはブースト信号生成部362からブースト信号Bst が供給され、インバータ616で論理反転されたブースト信号NBstがNANDゲート614の一方の入力端子に供給されるようになっている。NANDゲート612,614の他方の入力端子には、周期信号生成部370から出力される周期信号OSC をインバータ366で論理反転した周期信号OSCBが共通に入力され、それぞれの出力を対応するインバータ618,619で論理反転した信号を、それぞれ制御信号S1,S2として出力するようになっている。
<Configuration Example of Selection Unit;
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of the selection unit 365 used in the local
このような構成により、第2例の選択部365は、ブースト信号Bst がインアクティブのときには、事実上、NANDゲート614の出力のみが有効となることで、周期信号OSCBをそのまま制御信号S1としてスイッチ314を駆動することができるようになる一方、ブースト信号Bst がアクティブのときには、事実上、NANDゲート612の出力のみが有効となることで、周期信号OSCBをそのまま制御信号S2としてスイッチ315を駆動することができるようになるので、ブースト信号Bst の制御の元で、誤差増幅部350の出力電圧Vaによる制御と別系統の固定電位による制御とを切り替えることができる。
With such a configuration, when the boost signal Bst is inactive, the selection unit 365 of the second example effectively switches only the output of the
したがって、たとえばグローバルシャッタ時など、急激な負荷変動が生じ得る場合に、ブースト信号Bst をアクティブにすることで、定常時の誤差増幅部350の出力電圧Vaによる制御ループから、別系統の固定電位による制御ループに切り替えることができる。 Therefore, when a sudden load fluctuation can occur, for example, at the time of a global shutter, the boost signal Bst is activated, so that the control loop based on the output voltage Va of the error amplifying unit 350 in a steady state can be changed to a fixed potential of another system. You can switch to the control loop.
<ローカル電圧供給部の構成例;その3>
図17は、ローカル電圧供給部162の第3の構成例を示す図である。ローカル電圧供給部162の第3の構成例(第3例のローカル電圧供給部162ともいう)は、第1例と同様に、チャージポンプ回路を利用した構成を有するとともに、誤差増幅部350をデジタル信号処理にて動作する構成に変更している点に特徴を有している。なお、誤差増幅部350をデジタル信号処理にて動作する構成に変更する点に関しては、第1例に対して変更を加えることに限らず、図示を割愛するが、第2例に対しても同様に変更を加えることができる。
<Configuration example of local voltage supply unit;
FIG. 17 is a diagram illustrating a third configuration example of the local
先ず、第3例の誤差増幅部350は、演算増幅器(オペアンプOP)に代えて、抵抗分割部320により出力電圧Vout を分圧したフィードバック電圧VFBを反転入力端子(−)に受け、参照電圧生成部340からの参照電圧Vref0を非反転入力端子(+)に受け、両者を比較して比較信号Vcompを出力するコンパレータ(COMP)352を使用している。
First, the error amplifying unit 350 of the third example receives the feedback voltage VFB obtained by dividing the output voltage Vout by the resistor divider 320 at the inverting input terminal (−) instead of the operational amplifier (the operational amplifier OP), and generates a reference voltage. A comparator (COMP) 352 that receives the reference voltage Vref0 from the
また第3例の誤差増幅部350は、周期信号生成部370から出力される周期信号OSC のパルス数を計数するアップダウンカウンタ(U/Dカウンタと記す)354と、U/Dカウンタ354の計数値(デジタルデータ)をアナログ信号に変換するNビットのDA変換部(DAC)356と、DA変換部356から出力されるアナログ信号をバッファリングして選択部364の一方の入力端子IN1に供給するバッファアンプ358とを有している。
The error amplifier 350 of the third example includes an up / down counter (referred to as a U / D counter) 354 that counts the number of pulses of the periodic signal OSC output from the
U/Dカウンタ354は、コンパレータ352の比較結果である比較信号Vcompに基づいて、カウントモードを切り替える。具体的には、比較信号VcompがHレベルのときにはアップカウント動作をし、比較信号VcompがLレベルのときにはダウンカウント動作をする。
The U /
バッファアンプ358としては演算増幅器(オペアンプOP)を使用し、反転出力端子(−)と出力端子とを直接に接続したボルテージフォロワ構成を採る。DA変換部356からのアナログ信号を非反転出力端子(+)に受け、バッファリングしたアナログ信号出力を選択部364の入力端子IN1に供給する。
As the
このような誤差増幅部350の構成において、コンパレータ352は、抵抗分割部320の抵抗素子322,324によって出力電圧Vout を分割したフィードバック電圧VFBと参照電圧Vref0との比較によって、H(ハイ)またはL(ロー)の比較信号Vcompを出力する。
In such a configuration of the error amplifying unit 350, the
起動時などの出力電圧Vout が負の設定電圧まで達していないときには、コンパレータ352の比較信号VcompがLレベルになり、次段のU/Dカウンタ354がダウンカウンタとして働き、周期信号生成部370からの周期信号OSC をクロック入力として、Nビットでダウンカウントしていく。これによって、NビットのDA変換部356は、連続に下降していくアナログ信号を出力する。この連続に下降していくアナログ信号は、バッファアンプ358を介して選択部364の入力端子IN1に入力される。
When the output voltage Vout does not reach the negative set voltage at the time of start-up or the like, the comparison signal Vcomp of the
このとき、選択部364の制御入力端子に供給されるブースト信号Bst がインアクティブLであれば、連続に下降していくアナログ信号が、そのままスイッチ314に供給される。この動作によって、ポンプ容量302により多くの電荷をチャージしていくため、出力電圧Vout は負の設定電圧に近づいていく。出力電圧Vout が負の設定電圧を超えたときにコンパレータ352の比較信号Vcompが反転するので、U/Dカウンタ354はアップカウントモードに切り替わり、ローカル電圧供給部162の全体としては、逆の動作、すなわち連続に上昇していくアナログ信号に基づいた動作を行なうことで、出力電圧Vout が負の設定電圧から遠ざかるようになる。この動作を繰り返すことで、ローカル電圧供給部162は、一定の出力電圧Vout を負荷に供給することができる。
At this time, if the boost signal Bst supplied to the control input terminal of the
このように、誤差増幅部350をデジタル信号処理にて動作する構成とすることで、アナログ信号処理で動作させる場合に比べて、発振現象などの問題を招くことなく安定した動作を行ない易くなる。また、動作の停止や開始を比較的自由に制御することができるので、チャージポンプスイッチ群310の各スイッチ311〜314(第2例の場合は315も)のオン/オフ切替えにより生じるノイズが映像に現われ難くすることができる。
As described above, the configuration in which the error amplifying unit 350 is operated by digital signal processing makes it easier to perform a stable operation without causing problems such as an oscillation phenomenon as compared with the case of operating by analog signal processing. Further, since the stop and start of the operation can be controlled relatively freely, noise generated by switching on / off of each of the
すなわち、スイッチド・キャパシタ型(チャージポンプ型)のDC−DCコンバータにあっては、スイッチのオン/オフ切替えによりポンプ容量302が入力側電源ラインVDDに接続されるためにスイッチ切替えの際に入力側電源ラインVDDに高いレベルでノイズが発生し、それが映像に現われ得る。これを避けるべく、たとえば、U/Dカウンタ354を映像期間では停止させ、映像ブランキング期間に動作させるようにすることで、スイッチング時のノイズ発生が映像に現われないようにすることができる。
That is, in the switched capacitor type (charge pump type) DC-DC converter, the
以上実施例として反転動作のチャージポンプについて述べたが昇圧動作のチャージポンプについても同様な構成をすることで、出力電圧Vout の負荷過渡応答を改善することが期待できる。また急激な負荷が変動する例として全画素を駆動するグローバルシャッタ動作を用いて説明したが、画像の一部を切り出して使うウィンドウ(Window)モードなど、通常シャッタモード時に比べて転送トランジスタ(読出選択用トランジスタ34)を駆動する数が多いモードにおいても、上記実施形態で説明した制御を用いることで、負電圧の変動を抑制することが可能である。以下に、その他の事例について説明する。 Although the inversion operation charge pump has been described above as an example, it is expected that the load transient response of the output voltage Vout can be improved by configuring the charge pump in the boost operation in the same manner. In addition, the global shutter operation that drives all pixels has been described as an example of a sudden load fluctuation. However, the transfer transistor (read selection) is different from the normal shutter mode, such as the window mode in which a part of the image is cut out. Even in a mode in which the number of transistors 34) for driving is large, it is possible to suppress the fluctuation of the negative voltage by using the control described in the above embodiment. Other examples will be described below.
<ローカル電圧供給部の構成例;その4>
図18および図19は、ローカル電圧供給部162の第4の構成例を説明する図である。この第4例は、リセットトランジスタ36に所定の電源電圧を供給するリセット電源へローカル電圧供給部162を適用する事例である。ここで、図18は、リセット電源の関わりを説明する図である。また、図19は、リセット電源に適用されるローカル電圧供給部162の構成例を示す図である。
<Configuration example of local voltage supply unit; 4>
18 and 19 are diagrams illustrating a fourth configuration example of the local
図18(A)に示すように、ローカル電圧供給部162の出力端子が、リセットトランジスタ36のドレイン端子に接続され、リセットトランジスタ36にローカル電圧(以下内部電圧VINT という)を供給するようにしている。内部電圧VINT としては、電源電圧VDDを3.0Vとしたとき、電源電圧VDDよりも少し低い正電圧(たとえば2.5V)や、電源電圧VDDよりも少し高い正電圧(たとえば3.5V)を採ることができる。
As shown in FIG. 18A, the output terminal of the local
ここで、電源電圧VDDよりも少し低い正電圧とする降圧型を採用するケースとしては、フローティングディフュージョン38の耐圧が厳しい場合などに、電源電圧VDDより低い電圧を用いる場合が考えられる。すなわち、転送ゲート(読出選択用トランジスタ34)の電圧は負電圧なので、フローティングディフュージョン38と転送ゲートの電位差が大きくなると、フローティングディフュージョン38部分の酸化膜のリークや破壊が懸念されるので、リセット電圧のみを電源電圧VDDよりも低く抑えることで、耐圧の問題を解消する。
Here, as a case of adopting a step-down type having a positive voltage slightly lower than the power supply voltage VDD, a case where a voltage lower than the power supply voltage VDD is used when the withstand voltage of the floating
一方、電源電圧VDDよりも少し高い正電圧とする昇圧型を採用するケースとしては、ダイナミックレンジを稼ぎたいときには、電源電圧VDDより高い電圧をリセット電圧に用いる場合が考えられる。リセット電圧のみを電源電圧VDDよりも高くすることで、ソースフォロア構成される増幅用トランジスタ42の閾値電圧Vthの落ち分の影響を抑えることで、ダイナミックレンジを改善することができる。
On the other hand, as a case of adopting a step-up type in which the positive voltage is slightly higher than the power supply voltage VDD, a case where a voltage higher than the power supply voltage VDD is used as the reset voltage can be considered when a dynamic range is desired. By making only the reset voltage higher than the power supply voltage VDD, the dynamic range can be improved by suppressing the influence of the drop in the threshold voltage Vth of the amplifying
ここで、グローバルシャッタ時には、読出選択用トランジスタ34とリセットトランジスタ36とが同時にオンする状態が起き、リセット電源に急激な負荷電流が流れるようになる。したがって、リセット電源の内部電圧VINT が急激な負荷変動によって変化してしまい、それが画像に現われるようになる。
Here, at the time of the global shutter, the
たとえば、飽和信号max(10000e)としたときの全画素の電荷量をQA[e]とする。出力容量304(容量値Cout )にある電荷量QBは、VDD*Cout *6.02*10^18[e]となり、QA/QBが負荷変動に伴う電圧降下分となり、グローバルシャッタ時に、たとえば、1A程度で100mV程度のリセット電源揺れが生じる。 For example, the charge amount of all the pixels when the saturation signal max (10000e) is assumed is QA [e]. The charge amount QB in the output capacitor 304 (capacitance value Cout) is VDD * Cout * 6.02 * 10 ^ 18 [e], and QA / QB is a voltage drop due to load fluctuation. Reset power fluctuation of about 100 mV occurs at about 1A.
この問題を避けるため、リセット電源として、上記実施形態で説明した動作に準じた動作を行なうローカル電圧供給部162を適用することで、グローバルシャッタ時に、リセット電源に急激な負荷変動が生じても、内部電圧VINT の負荷変動を最小限に抑えることができる。すなわち、内部電圧VINT の負荷過渡応答を改善することができる。
In order to avoid this problem, by applying the local
このようなリセット電源に適用されるローカル電圧供給部162としては、たとえば、図19に示す構成のものとすればよい。図5に示した第1例の構成との違いは、出力電圧Vout が負電圧ではなく正電圧であることに対応して、選択部364の入力端子IN2への供給電圧を変更するとともに、チャージポンプスイッチ群310のスイッチ311,313の接続態様を変更している。なお、ここでは、基準電圧生成部330を取り外し、抵抗分割部320の第2の抵抗素子324を直接に接地しているが、基準電圧生成部330を設けてもよい。
The local
具体的には、先ず、選択部364は、入力端子IN2に電源電圧VDDが供給されるようにする。また、スイッチ313の一方の入出力端子を接地し、スイッチ311,314の一方の入出力端子を、スイッチング制御部360の制御出力端子O1、具体的には、選択部364の出力端子に共通して接続する。その他の点は、第1例と同様である。
Specifically, first, the
なお、この場合にブースト信号Bst をアクティブHにするタイミングは、読出選択用トランジスタ34とリセットトランジスタ36とが同時にオンする状態のときであり、具体的には、図18(B)に示すように、グローバルシャッタ信号Shutの立上りから所定期間である。
In this case, the timing at which the boost signal Bst is set to active H is when the
なお、図18(B)から推測されるように、本例の場合は、負荷電流変動の契機を示すトリガ信号TRG の一例であるグローバルシャッタ信号Shutのアクティブ期間幅と、ブースト信号Bst のアクティブ期間幅の関係次第では、すなわち両者のアクティブ期間幅がほぼ同じであれば、グローバルシャッタ信号Shutそのものをブースト信号Bst として使用することもできる。 As estimated from FIG. 18B, in this example, the active period width of the global shutter signal Shut, which is an example of the trigger signal TRG indicating the trigger of the load current fluctuation, and the active period of the boost signal Bst Depending on the width relationship, that is, if the active period widths of both are substantially the same, the global shutter signal Shut itself can be used as the boost signal Bst.
ブースト信号生成部362が、このようなタイミングのブースト信号Bst を生成するには、図11(A)に示した構成において、エッジ検出部710を、グローバルシャッタ信号Shutの立上りエッジを検出して立上りエッジに同期したワンショットパルスEdgeを出力する構成に変更すればよく、具体的には、NANDゲート715をORゲートに変更すればよい(図12(B)を参照)。
In order to generate the boost signal Bst having such timing, the boost
<ローカル電圧供給部の構成例;その5>
図20は、ローカル電圧供給部162の第5の構成例を示す図である。ローカル電圧供給部162の第5の構成例(第5例のローカル電圧供給部162ともいう)は、コイルを用いたチョッパ型(PWM制御反転型)のDC−DCコンバータを利用した点に特徴を有している。
<Example of configuration of local voltage supply unit;
FIG. 20 is a diagram illustrating a fifth configuration example of the local
すなわち、図示するように、第5例のローカル電圧供給部162は、MOS−FETなどでなるスイッチングトランジスタ402と、コイル404と、フライホイールダイオード406と、出力端子と接地との間に配された出力容量408とを備える。スイッチングトランジスタ402のソース端子Sは電源VDDに接続され、ドレイン端子Dは、コイル404を介して接地(GND)に接続されている。フライホイールダイオード406は、カソード端子がスイッチングトランジスタ402のドレイン端子Dに接続され、アノード端子が出力端子、すなわち出力容量408に接続されている。
That is, as illustrated, the local
また、第5例のローカル電圧供給部162は、出力電圧Vout を分割する第1の抵抗素子422(抵抗値R1)および第2の抵抗素子424(抵抗値R2)からなる抵抗分割部420と、抵抗分割部420に対して基準電圧Vrefoutを設定する基準電圧生成部430とを備えている。抵抗分割部420は抵抗分割部320と、また基準電圧生成部430は基準電圧生成部330と同様の機能を持つものである。
The local
また、第5例のローカル電圧供給部162は、参照電圧Vref0を生成する参照電圧生成部440と、抵抗分割部320により出力電圧Vout を分圧したフィードバック電圧VFBを非反転入力端子(+)に受け、参照電圧生成部340からの参照電圧Vref0を反転入力端子(−)に受け、フィードバック電圧VFBと参照電圧Vref0の差を増幅もしくは減衰する誤差増幅部(エラーアンプ部)450とを備えている。参照電圧生成部440は参照電圧生成部340と、また誤差増幅部450は誤差増幅部350と同様の機能を持つものである。
Further, the local
また、第5例のローカル電圧供給部162は、誤差増幅部450の出力電圧あるいは出力電流を一方の反転入力端子(−)に受けて、直接的または間接的に、スイッチングトランジスタ402にオン/オフ制御信号として供給するオンオフ制御部として機能するPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御部460と、PWM制御部460の非反転入力端子(+)に三角波などの所定の周期信号を供給する周期信号生成部470と、PWM制御部460の他方の反転入力端子(−)にソフトスタート機能を含むDTC(デッドタイムコントロール)信号を供給するDTC生成部480とを備えている。
The local
さらに、本構成例の最大の特徴点として、ブースト信号生成部362と同様の機能を持つブースト信号生成部462と、選択部364と同様の機能を持つ選択部464とを備えている。選択部464は、誤差増幅部450の出力とPWM制御部460の一方の反転入力端子(−)との間に配されている。
Furthermore, as a maximum feature point of this configuration example, a boost
ブースト信号生成部462と選択部464とにより、トリガ信号TRG に対応するブースト信号Bst に基づいてローカル電圧としての出力電圧Vout を生成するためのスイッチングトランジスタ402、コイル404、フライホイールダイオード406、出力容量408からなるスイッチング部のスイッチング動作の動作点を切り替える動作点切替部が構成される。
By the boost
第5例の選択部464は、誤差増幅部450の出力電圧Vaが一方の入力端子IN1に供給され、他方の入力端子IN2に固定電位(本例では電源電圧VDD)が供給され、その制御出力端子O1から出力電圧制御信号Sout をPWM制御部460に供給するようになっている。
In the
選択部464は、その制御入力端子にブースト信号生成部462で生成されたブースト信号Bst が供給されるようになっており、ブースト信号Bst の制御の元で、誤差増幅部450の出力電圧Vaによる制御と別系統の固定電位(本例では電源電圧VDD)による制御とを切り替えるようにしている。
The
具体的には、第5例の選択部464は、ブースト信号Bst がインアクティブのときには、誤差増幅部450の出力電圧Vaを選択して制御出力端子O1に出力する一方、ブースト信号Bst がアクティブのときには、誤差増幅部450とは別系統の固定電位(本例では電源電圧VDD)を選択して制御出力端子O1に出力する。つまり、グローバルシャッタ時などの過負荷がかかる契機を示すトリガ信号TRG に基づいて、所定期間(ブースト期間)だけアクティブHとなるブースト信号Bst に従って、制御ループを、アンプ出力値Vaに基づく動作から、任意の固定電圧(DTCレベルより高い任意の電圧でよく、本例では電源電圧VDDにしている)に基づく動作に切り替える。
Specifically, when the boost signal Bst is inactive, the
周期信号生成部470は、図示を割愛するが、たとえば、基準電圧生成部430からの基準電圧Vrefoutに対して分圧機能を果たす3つの抵抗素子の縦続接続回路、この抵抗素子の縦続接続回路の2つの分圧点と生成される周期信号OSC (たとえば三角波)とを比較する2つのコンパレータ、このコンパレータの各出力を受けるRSラッチ、電源と接地との間に縦続接続されRSラッチの出力で制御されるインバータ、インバータに定電流を供給する電源側および接地側に接続される2つの定電流電源、およびコンデンサなどを含んで構成される。
Although not shown, the periodic signal generation unit 470 includes, for example, a cascade connection circuit of three resistance elements that perform a voltage dividing function with respect to the reference voltage Vrefout from the reference
また、DTC生成部480は、図示を割愛するが、たとえば、基準電圧生成部430からの基準電圧Vrefoutに対して分圧機能を果たす2つの抵抗素子の縦続接続回路、抵抗素子の縦続接続回路の分圧点と接地との間に接続されるコンデンサ、および低電圧誤動作防止解除遅延信号の供給を受けて抵抗素子の縦続接続回路の分圧点を制御するスイッチングトランジスタなどを含んで構成される。
Although not shown, the
DTCレベルは、2つの抵抗素子による抵抗分割比を調整することで自由に可変することができる。またソフトスタートは、コンデンサの容量値を調整することで自由に可変することができる。2つの抵抗素子やコンデンサは、いわゆる外付けのディスクリート部品とすることができるし、積極的に外付け部品とする対応を採ることもある。外付け部品とすることで、デッドタイムやソフトスタートを外部調整できる仕様にすることができる。 The DTC level can be freely changed by adjusting the resistance division ratio of the two resistance elements. The soft start can be freely changed by adjusting the capacitance value of the capacitor. The two resistance elements and capacitors can be so-called external discrete parts, or can be actively adopted as external parts. By using external parts, the dead time and soft start can be adjusted externally.
PWM制御部460は、誤差増幅部450の出力と周期信号生成部470から供給される三角波などの周期信号OSC と、DTC生成部480から供給されるソフトスタート機能を含むDTC電圧とを比較して、デューティ幅を制御してパルス信号を出力するもので、一例としてはコンパレータで構成される。
The PWM control unit 460 compares the output of the error amplification unit 450 with the periodic signal OSC such as a triangular wave supplied from the periodic signal generation unit 470 and the DTC voltage including the soft start function supplied from the
PWM制御部460から出力されるデューティ幅が制御されたパルス信号は、出力バッファ490を介してスイッチングトランジスタ402のゲート端子に供給される。出力バッファ490には、デューティ幅が制御されたパルス信号の出力を低電圧誤動作防止信号に基づき制御する機能を含むことができる。
The pulse signal with the controlled duty width output from the PWM control unit 460 is supplied to the gate terminal of the switching
詳細な動作タイミングチャートは図示を割愛するが、このような構成の第5例のローカル電圧供給部162は、PWM制御によりスイッチングトランジスタ402をオン/オフして昇圧動作を行なうDC−DCコンバータとして機能する。この際、DTC生成部480によるDTC制御により、パルスの最大デューティ比の変化を抑えて、電源投入時の誤動作を回避するようにしている。
Although a detailed operation timing chart is omitted, the local
すなわち、スイッチングトランジスタ402のオン/オフ期間の比率を可変して供給された電圧を調整した後出力する動作を行なうために、出力電圧Vout を抵抗分割部420により分圧して得た検出電圧としてのフィードバック電圧VFBの参照電圧Vref0からの差を増幅して出力する誤差増幅部450の出力電圧と、スイッチングトランジスタ402のデューティ比の上限値およびソフトスタート時間を決める電圧値を兼ね備えたDTC電圧値の何れか低い側の電圧と、三角波などの周期信号OSC の電圧値とをPWM制御部460にて比較して、スイッチングトランジスタ402をスイッチング制御するPWM制御技術を採用したチョッパ方式の昇圧型スイッチングレギュレータとしている。
That is, the detection voltage obtained by dividing the output voltage Vout by the
このチョッパ方式の昇圧型スイッチングレギュレータにおいては、PWM制御部460によりPWM制御されたパルスにより、スイッチングトランジスタ402がオン状態となったときに、入力電圧(本例では電源電圧VDD)からコイル404にスイッチ電流が流れ、そのコイル404にエネルギが溜まり、また、スイッチングトランジスタ402がオフ状態になるとコイル404に蓄積されているエネルギを保持するような電流がフライホイールダイオード406により整流され、その出力を出力容量408によって平滑することによって昇圧動作を行なう。
In this chopper type step-up switching regulator, when the switching
この際、PWM方式のスイッチングレギュレータでは、スイッチングトランジスタ402の最大のオン時間を決めるべく、最大のパルス幅を決めるために、出力パルスのデューティ比の制限用にデットタイムコントロール電圧(DTC電圧)が設定される。
At this time, in the PWM switching regulator, a dead time control voltage (DTC voltage) is set for limiting the duty ratio of the output pulse in order to determine the maximum pulse width in order to determine the maximum ON time of the switching
このようなチョッパ型DC−DCコンバータを利用した第5例の特徴点として、チャージポンプ回路を利用した構成に比べて、小型化や低消費電力化には向かないが、比較的大パワーのものに適する。 As a feature of the fifth example using such a chopper type DC-DC converter, it is not suitable for downsizing and low power consumption compared with a configuration using a charge pump circuit, but it has a relatively large power. Suitable for.
加えて、三角波などの周期信号OSC の上限値および下限値を決める電圧(VH,VL)と、DTC電圧を決める電圧を、同一の基準電圧生成部430からの3つの抵抗素子の縦続接続回路による抵抗分圧により作ることができるので、周期信号OSC と最大デューティが同期することになり、最大デューティのばらつきを防ぐことができる。
In addition, the voltage (VH, VL) that determines the upper limit value and lower limit value of the periodic signal OSC such as a triangular wave and the voltage that determines the DTC voltage are determined by a cascade connection circuit of three resistance elements from the same reference
また、低電圧誤動作防止信号での誤動作を防止するために、一定の遅延をもたしている低電圧誤動作防止解除遅延信号を回路の起動信号として用いると、この低電圧誤動作防止解除遅延信号によって、DTC電圧に接続されているスイッチングトランジスタがオフされることで電圧が徐々に立ち上がりソフトスタート機能をした後、最大デューティを決める電圧値になる。つまり、三角波などの周期信号OSC の上限下限を決める基準電圧は低電圧誤動作防止解除遅延信号によって制御されないため、低電圧誤動作防止解除遅延信号の前から立ち上がる一方、DTC電圧は、低電圧誤動作防止解除遅延信号後に立ちあがり、ソフトスタート期間の後、最大デューティを決める電圧値になる。 In addition, in order to prevent malfunction due to the low voltage malfunction prevention signal, if a low voltage malfunction prevention release delay signal having a certain delay is used as a circuit start signal, this low voltage malfunction prevention release delay signal When the switching transistor connected to the DTC voltage is turned off, the voltage gradually rises to perform a soft start function, and then reaches a voltage value that determines the maximum duty. That is, since the reference voltage that determines the upper and lower limits of the periodic signal OSC such as a triangular wave is not controlled by the low voltage malfunction prevention release delay signal, it rises before the low voltage malfunction prevention release delay signal, while the DTC voltage is released from the low voltage malfunction prevention release It rises after the delay signal, and becomes a voltage value that determines the maximum duty after the soft start period.
なお、ここで示したコイルを利用したチョッパ型のローカル電圧供給部162の構成は一例に過ぎず、様々な変形が可能である(たとえば特開2004−40859号公報などを参照)。
Note that the configuration of the chopper-type local
<動作シーケンス>
図21は、第5例のローカル電圧供給部162の動作シーケンスの一例を示す図である。ここで、図21(A)は、選択部464が設けられていない場合の動作状態を示し、図21(B)は、選択部464が設けられている場合の動作状態を示す。なお、何れも、グローバルシャッタ時にブースト信号Bst をアクティブにする事例で示す。
<Operation sequence>
FIG. 21 is a diagram illustrating an example of an operation sequence of the local
第5例のローカル電圧供給部162は、誤差増幅部450とPWM制御部460とを中心とする全体の制御アンプ構成としては、負帰還回路となっており、参照電圧Vref0と出力電圧Vout の抵抗分割部420による分割電圧(フィードバック電圧VFB)が等しくなるように制御されることとなる。したがって、参照電圧生成部440による参照電圧Vref0や、基準電圧生成部430による基準電圧Vrefout、あるいは抵抗分割部420による出力電圧Vout の分割比を調整することで、出力電流供給能力や出力電圧値を変えることができる。
The local
たとえば、出力電圧Vout と基準電圧Vrefoutとの間で抵抗分割部420によって抵抗分割されたフィードバック電圧VFBと参照電圧Vref0を誤差増幅部450にて比較し、出力電圧Vout が設定電圧に到達していないときに誤差増幅部450の出力電圧Vaは上昇する。
For example, the error amplifying unit 450 compares the feedback voltage VFB and the reference voltage Vref0 resistance-divided by the
選択部464が設けられておらず、誤差増幅部450の出力とPWM制御部460の一方の反転入力端子(−)とが直結されているときには、図21(A)に示すように、アンプ出力値Vaとスイッチングトランジスタ402の最大のオン時間を決めるDTCレベル並びに三角波などの周期信号OSC との比較をPWM制御部460にて行ない、その比較結果であるPWM信号が出力バッファ490を介してスイッチングトランジスタ402のゲートを駆動する。PWM制御部460は、出力電圧Vout が設定電圧にある場合には一定の周波数である一定のパルス幅にてスイッチングトランジスタ402を駆動する。
When the
ここで、グローバルシャッタ時などにおいて、急激な負荷変動があった場合の動作について述べる。図21(A)に示すように、出力電圧Vout は急激な負荷変動により、絶対値が小さくなる変化を起こす。しかし、誤差増幅部450の帯域により、即時にアンプ出力値Vaは上昇せず、ゆっくりとした変動で出力電圧Vout を再び設定電圧に戻そうとする。これにより、出力電圧Vout はある一定レベルまで変動してしまい、負電圧の絶対値が小さくなるため、暗電流が増加し、シェーディングなどが起こる可能性がある。 Here, an operation when there is a sudden load change at the time of a global shutter or the like will be described. As shown in FIG. 21A, the output voltage Vout undergoes a change in which the absolute value decreases due to a rapid load fluctuation. However, due to the band of the error amplifying unit 450, the amplifier output value Va does not increase immediately, and the output voltage Vout is returned to the set voltage again with a slow fluctuation. As a result, the output voltage Vout fluctuates to a certain level, and the absolute value of the negative voltage becomes small. As a result, dark current increases and shading may occur.
これに対して、第5例のローカル電圧供給部162では、選択部464が設けられていて、グローバルシャッタ時などの過負荷がかかる契機を示すトリガ信号TRG に基づいて、ブースト期間にアクティブHとなるブースト信号Bst に従って、制御ループを、アンプ出力値Vaに基づく動作から、任意の固定電圧に基づく動作に切り替えることができる。これにより、PWM制御部460は、スイッチングトランジスタ402のオン時間がDTCレベルにより設定される最大幅を選択することになる。
On the other hand, in the local
したがって、第5例においても、全面同時シャッタを必要とするグローバルシャッタ時に生じ得る負荷変動と同時にローカル電源(本例のローカル電圧供給部162)の電荷供給能力を増すことで、ローカル電源の電流供給能力を瞬間的に高めることができ、図中に点線で示す本実施形態を適用しない場合よりも、図中に実線で示すように、出力電圧Vout の負荷変動を最小限に抑えることができる。すなわち、出力電圧Vout の負荷過渡応答を改善することができる。
Therefore, also in the fifth example, the current supply of the local power supply is increased by increasing the charge supply capability of the local power supply (the local
なおここでは、第1例と同様に、転送ゲートの暗電流防止のため、転送ゲートを制御するLレベル電圧を負電圧にする場合への適用に当たってコイルを用いたチョッパ型(PWM制御反転型)のDC−DCコンバータを利用する構成で説明したが、コイルを用いたチョッパ型(PWM制御反転型)のDC−DCコンバータは、第4例と同様に、リセットトランジスタに接続される内部電圧VINT の電流供給能力を向上する方法としての降圧型もしくは昇圧型のリセット電源に適用することもでき、第4例と同様の効果を享受できる。 Here, as in the first example, in order to prevent dark current of the transfer gate, a chopper type using a coil (PWM control inversion type) is applied to the case where the L level voltage for controlling the transfer gate is set to a negative voltage. The chopper type (PWM control inversion type) DC-DC converter using a coil is similar to the fourth example in that the internal voltage VINT connected to the reset transistor is used. The present invention can also be applied to a step-down type or step-up type reset power supply as a method for improving current supply capability, and the same effect as in the fourth example can be enjoyed.
<ウィンドウモード>
上記実施形態では、負荷電流の変動要因として、全画素から同時に信号を読み出すことで蓄積の同時性を満たすグローバルシャッタ動作を行なう場合を説明したが、負荷電流の変動要因として、これ以外にも、様々なものがある。その何れについても、ローカル電圧供給部162の負荷電流が増える動作を行なう契機を示すトリガ信号(負荷変動の制御信号)TRG に同期した所定期間アクティブになるブースト信号Bst に基づいて、制御ループの動作電圧を切り替えることで、出力電圧Vout の負荷変動を最小限に抑えることができる。
<Window mode>
In the above embodiment, the case of performing a global shutter operation that satisfies the simultaneous synchronization by reading signals from all pixels simultaneously as a load current variation factor has been described. There are various things. In either case, the operation of the control loop is based on the boost signal Bst that is active for a predetermined period in synchronization with the trigger signal (load fluctuation control signal) TRG indicating the trigger for the operation of increasing the load current of the local
たとえば、図23は、画像の一部を切り出して使うウィンドウモードを説明する図である。このウィンドウモード時には、図の中央部を実使用エリアとして使用するが、この際には、図中の切出しエリア(実使用エリアを含む斜線ハッチングの部分)以外の画素については、シャッタ動作をそれらの画素全てについて同時に行なうことで電荷の掃き捨てを行なう。このため、グローバルシャッタモードほどではないが、通常シャッタモード時に比べて転送トランジスタ(読出選択用トランジスタ34)を駆動する数が多いモードになり、出力電圧Vout の負荷変動が起こり得る。したがって、ウィンドウモード時に上記実施形態で説明した制御を用いることで、出力電圧Vout の変動を抑制することが可能である For example, FIG. 23 is a diagram illustrating a window mode in which a part of an image is cut out and used. In this window mode, the center part of the figure is used as the actual use area. At this time, the shutter operation is performed for pixels other than the cut-out area (the hatched part including the actual use area) in the figure. The charge is swept away by performing all the pixels simultaneously. For this reason, although not as much as in the global shutter mode, a mode in which the transfer transistor (reading selection transistor 34) is driven more than in the normal shutter mode is set, and a load fluctuation of the output voltage Vout may occur. Therefore, the fluctuation of the output voltage Vout can be suppressed by using the control described in the above embodiment in the window mode.
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. Various changes or improvements can be added to the above-described embodiment without departing from the gist of the invention, and embodiments to which such changes or improvements are added are also included in the technical scope of the present invention.
また、上記の実施形態は、クレーム(請求項)にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 Further, the above embodiments do not limit the invention according to the claims (claims), and all combinations of features described in the embodiments are not necessarily essential to the solution means of the invention. Absent. The embodiments described above include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. Even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, as long as an effect is obtained, a configuration from which these some constituent requirements are deleted can be extracted as an invention.
たとえば、上記実施形態では、NMOSより構成されている単位画素で構成されたセンサを一例に説明したが、これに限らず、PMOSよりなる画素のものについても、電位関係を反転(電位の正負を逆に)して考えることで、上記実施形態で説明したと同様の作用・効果を享受可能である。もちろん、信号電荷は電子(エレクトロン)に限らず、正孔(ホール)であってもよく、信号電荷が正孔の場合には、転送トランジスタのゲート電圧を正電圧にすることで暗電流を低減する。 For example, in the above-described embodiment, a sensor composed of unit pixels composed of NMOS has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. By conversely, it is possible to enjoy the same operations and effects as described in the above embodiment. Of course, the signal charge is not limited to electrons (electrons) but may be holes. When the signal charges are holes, the dark current is reduced by setting the gate voltage of the transfer transistor to a positive voltage. To do.
また、上記実施形態では、フォトダイオード1個と、トランジスタ4個の画素を例に説明したが、これに限らず、たとえば2個のフォトダイオードと2個の読出選択用トランジスタに対して、リセットトランジスタと増幅用トランジスタは1個ずつで共有するなど、原理的に同じ動作の画素についても同様である。 In the above-described embodiment, one photodiode and four transistors are described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, a reset transistor may be used for two photodiodes and two readout selection transistors. In principle, the same applies to pixels that operate in a similar manner.
また、上記実施形態では、4TR構成の画素における転送ゲート下の暗電流抑制などについて注目したが、たとえばダイナミックレンジを広げる、消費電力を低減する、3TR構成において飽和シェーディングを改善する(たとえば特開2004−320592号公報を参照)など、転送ゲート下の暗電流以外の特性を改善するべく、所定のトランジスタに供給される駆動電圧を生成するローカル電源について、上記実施形態で説明したブースト信号Bst に基づいて制御ループの動作電圧を切り替えることで出力電圧Vout の負荷変動を最小限に抑える仕組みを同様に適用することができる。 In the above embodiment, attention has been paid to the dark current suppression under the transfer gate in the pixels of the 4TR configuration. In order to improve the characteristics other than the dark current under the transfer gate, such as a local power supply for generating a driving voltage supplied to a predetermined transistor, the boost signal Bst described in the above embodiment is used. Thus, a mechanism for minimizing the load fluctuation of the output voltage Vout by switching the operation voltage of the control loop can be similarly applied.
要するに、所定の特性を改善するべくトランジスタの所定の端子などにローカル電圧を供給する構成を採る場合において、ローカル電圧が急激な負荷変動によって変化し得る場合に、ローカル電圧の負荷変動を最小限に抑えるべく、負荷電流変動の契機を示すトリガ信号TRG に対応した所定期間アクティブとなるブースト信号Bst に基づいて制御ループの動作電圧を切り替える仕組みを採ればよい。 In short, in the case of adopting a configuration in which a local voltage is supplied to a predetermined terminal of a transistor in order to improve a predetermined characteristic, when the local voltage can change due to a rapid load fluctuation, the load fluctuation of the local voltage is minimized. In order to suppress this, a mechanism for switching the operation voltage of the control loop based on the boost signal Bst that is active for a predetermined period corresponding to the trigger signal TRG indicating the trigger of the load current fluctuation may be adopted.
なお、負荷電流変動の契機を示すトリガ信号TRG に対応した所定期間アクティブとなるブースト信号Bst に基づいて制御ループの動作電圧を切り替える仕組みを採ればよいので、場合によってはトリガ信号TRG そのものをブースト信号Bst として使用することもできる。本願におけるブースト信号Bstは、このような場合のトリガ信号TRG も含むものである。 It should be noted that a mechanism for switching the operating voltage of the control loop based on the boost signal Bst that is active for a predetermined period corresponding to the trigger signal TRG indicating the trigger of the load current fluctuation may be adopted. Can also be used as Bst. The boost signal Bst in the present application includes the trigger signal TRG in such a case.
また、上記実施形態では、急激な負荷電流が発生する期間に対応したブースト信号Bst がアクティブな期間には、通常時の負帰還制御ループから切り離して、最大振幅でスイッチングされるように負帰還制御することにしていたが、その際の負荷電流に対応した大きさの振幅でスイッチングされるように動的な制御を行なうようにしてもよい。 Further, in the above embodiment, the negative feedback control is performed so that the boost signal Bst corresponding to the period in which the abrupt load current is generated is separated from the normal negative feedback control loop and switched with the maximum amplitude during the active period. However, dynamic control may be performed so that switching is performed with an amplitude having a magnitude corresponding to the load current at that time.
また、上記実施形態では、光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をするCMOS型の固体撮像装置について例示したが、物理量の変化を検知するあらゆるものに、上記実施形態で説明した仕組みを適用でき、光などに限らず、たとえば、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置(特開2002−7984や特開2001−125734などを参照)など、その他の物理的な変化を検知する仕組みにおいて、ローカル電圧の負荷変動を最小限に抑えるべく、負荷電流変動の契機を示すトリガ信号TRG に対応した所定期間アクティブとなるブースト信号Bst に基づいて制御ループの動作電圧を切り替える仕組みを採ることもできる。 In the above embodiment, the CMOS type solid-state imaging device that is sensitive to electromagnetic waves input from the outside such as light and radiation is exemplified. However, in any of the above embodiments, any device that detects a change in physical quantity can be used. The described mechanism can be applied, and is not limited to light or the like. For example, a fingerprint authentication device that detects fingerprint images based on changes in electrical characteristics or optical characteristics based on pressure for information related to fingerprints (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-7984). In other mechanisms for detecting physical changes, such as JP-A-2001-125734, etc., in order to minimize the load fluctuation of the local voltage, a predetermined value corresponding to the trigger signal TRG indicating the trigger of the load current fluctuation is used. It is also possible to adopt a mechanism for switching the operating voltage of the control loop based on the boost signal Bst that is active during the period.
1…固体撮像装置、3…単位画素、5…画素信号生成部、7…駆動制御部、10…撮像部、12…水平走査部、14…垂直走査部、15…垂直制御線、16…駆動信号操作部、18…垂直信号線、20…カラム処理部、22…カラム信号処理部、32…電荷生成部、34…読出選択用トランジスタ、36…リセットトランジスタ、38…フローティングディフュージョン、40…垂直選択用トランジスタ、42…増幅用トランジスタ、86…水平信号線、88…出力回路、150…転送駆動バッファ、152…リセット駆動バッファ、154…選択駆動バッファ、160…レベルシフタ、161…出力バッファ、162…ローカル電圧供給部、302…ポンプ容量、304…出力容量、310…チャージポンプスイッチ群、311〜314…スイッチ、320…抵抗分割部、330…基準電圧生成部、340…参照電圧生成部、350…誤差増幅部、360…スイッチング制御部、362…ブースト信号生成部、364,365…選択部、370…周期信号生成部、382…利得位相補正部、402…スイッチングトランジスタ、404…コイル、406…フライホイールダイオード、408…出力容量、420…抵抗分割部、430…基準電圧生成部、440…参照電圧生成部、450…誤差増幅部、460…PWM制御部、462…ブースト信号生成部、464…選択部、470…周期信号生成部、480…DTC生成部、490…出力バッファ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記単位構成要素を構成する各種部材の所定の端子に、他の大部分の部材に供給される通常の動作電圧とは異なるローカル電圧を生成して供給するローカル電圧供給部を備え、
前記ローカル電圧供給部は、負荷電流変動の契機を示すトリガ信号に対応した所定期間アクティブとなるブースト信号に基づいて前記ローカル電圧を生成する制御ループの動作電圧を切替可能に構成されており、
前記ローカル電圧供給部は、
スイッチング動作を行なうスイッチング部と、
前記スイッチング部のスイッチング動作により生成される前記ローカル電圧の大きさを検知する検知部と、
参照電圧を生成する参照電圧生成部と、
前記検知部が検知した前記ローカル電圧の大きさと前記参照電圧生成部が生成した前記参照電圧とを比較して、その比較結果に基づいて、前記ローカル電圧の大きさが所定値に維持されるようにする誤差増幅部と、
前記誤差増幅部と前記スイッチング部との間に配され、前記ブースト信号に基づいて前記ローカル電圧を生成するための前記スイッチング動作の動作点を切り替える動作点切替部と
を有し、
前記動作点切替部は、前記ブースト信号がインアクティブとなる期間では、前記ローカル電圧を生成する制御ループの動作電圧として前記誤差増幅部の比較結果に対応する電圧を選択し、前記ブースト信号がアクティブとなる期間では、前記ローカル電圧を生成する制御ループの動作電圧として電源電圧又は接地電圧を選択することにより前記スイッチング動作の動作点を切り替える
撮像装置。 Has a plurality of unit elements comprising a unit signal generator for outputting a unit signal on the basis of the physical quantity of change detected by the detecting section you detect a change in physical quantity and said detection portion, the plurality of unit components an imaging equipment disposed in a predetermined order,
A local voltage supply unit that generates and supplies a local voltage different from a normal operating voltage supplied to most other members to predetermined terminals of various members constituting the unit component,
The local voltage supply unit is configured to be able to switch an operation voltage of a control loop that generates the local voltage based on a boost signal that is active for a predetermined period corresponding to a trigger signal indicating a trigger of load current fluctuation ,
The local voltage supply unit
A switching unit that performs a switching operation;
A detection unit for detecting the magnitude of the local voltage generated by the switching operation of the switching unit;
A reference voltage generator for generating a reference voltage;
The magnitude of the local voltage detected by the detector is compared with the reference voltage generated by the reference voltage generator, and the magnitude of the local voltage is maintained at a predetermined value based on the comparison result. An error amplification unit to
An operating point switching unit that is arranged between the error amplifying unit and the switching unit and switches an operating point of the switching operation for generating the local voltage based on the boost signal;
Have
The operating point switching unit selects a voltage corresponding to a comparison result of the error amplifying unit as an operating voltage of a control loop that generates the local voltage during a period in which the boost signal is inactive, and the boost signal is active In this period, the operating point of the switching operation is switched by selecting a power supply voltage or a ground voltage as the operating voltage of the control loop that generates the local voltage.
Imaging device .
請求項1に記載の撮像装置。 The error amplifier is composed of a digital signal processing circuit.
The imaging device according to claim 1 .
前記ローカル電圧供給部は、負荷電流変動の契機を示すトリガ信号に対応した所定期間アクティブとなるブースト信号に基づいて前記ローカル電圧を生成する制御ループの動作電圧を切替可能に構成されており、
前記ローカル電圧供給部は、スイッチング動作を行なうスイッチング部と、前記スイッチング部のスイッチング動作により生成される前記ローカル電圧の大きさを検知する検知部と、参照電圧を生成する参照電圧生成部と、前記検知部が検知した前記ローカル電圧の大きさと前記参照電圧生成部が生成した前記参照電圧とを比較して、その比較結果に基づいて、前記ローカル電圧の大きさが所定値に維持されるようにする誤差増幅部と、前記誤差増幅部と前記スイッチング部との間に配され、前記ブースト信号に基づいて前記ローカル電圧を生成するための前記スイッチング動作の動作点を切り替える動作点切替部とを有する
撮像装置で用いられる電源供給方法であって、
前記動作点切替部が、前記ブースト信号がインアクティブとなる期間では、前記ローカル電圧を生成する制御ループの動作電圧として前記誤差増幅部の比較結果に対応する電圧を選択し、前記ブースト信号がアクティブとなる期間では、前記ローカル電圧を生成する制御ループの動作電圧として電源電圧又は接地電圧を選択することにより前記スイッチング動作の動作点を切り替える
撮像装置用の電源供給方法。 There are a plurality of unit components including a detection unit that detects a change in physical quantity and a unit signal generation unit that outputs a unit signal based on the change in physical quantity detected by the detection unit. A local voltage supply unit arranged in order and generating and supplying a local voltage different from a normal operating voltage supplied to most other members to predetermined terminals of various members constituting the unit component ,
The local voltage supply unit is configured to be able to switch an operation voltage of a control loop that generates the local voltage based on a boost signal that is active for a predetermined period corresponding to a trigger signal indicating a trigger of load current fluctuation,
The local voltage supply unit includes a switching unit that performs a switching operation, a detection unit that detects the magnitude of the local voltage generated by the switching operation of the switching unit, a reference voltage generation unit that generates a reference voltage, The magnitude of the local voltage detected by the detector is compared with the reference voltage generated by the reference voltage generator, and the magnitude of the local voltage is maintained at a predetermined value based on the comparison result. And an operating point switching unit that is disposed between the error amplifying unit and the switching unit and switches an operating point of the switching operation for generating the local voltage based on the boost signal.
A power supply method used in an imaging apparatus,
The operating point switching unit selects a voltage corresponding to a comparison result of the error amplifying unit as an operating voltage of the control loop that generates the local voltage during a period in which the boost signal is inactive, and the boost signal is active In this period, the operating point of the switching operation is switched by selecting a power supply voltage or a ground voltage as the operating voltage of the control loop that generates the local voltage.
Power supply method for an imaging device.
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