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 Patent Document 1 that enables reduction of the dark current, ensures the function of the overflow path, and more reliably suppresses blooming.

特開2002−217397号公報JP 2002-217397 A

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 Patent Document 1 is to obtain a dark current suppressing effect and the like by applying a predetermined voltage to a transfer gate for a unit pixel having a four-transistor configuration including a selection transistor. Specifically, the gate voltage of the transfer transistor when the signal charge (electrons or holes) is accumulated in the photodiode is set to a negative voltage (when the signal charges are electrons) or a positive voltage (when the signal charges are holes). The dark current is reduced. In this case, since the function of the transfer transistor as an overflow path is weakened, the charge overflowing from the photodiode is preferably allowed to flow through the bulk other than the channel portion of the transfer transistor. The region where the charges overflowing from the photodiode are formed in a region having a concentration lower than that of the semiconductor well region.

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 resistance elements 322 and 324 of the resistance divider 320 is used as the feedback voltage VFB, the feedback voltage VFB and the reference voltage Vref0 are compared by the error amplifier 350, and the error voltage is supplied to the power supply of the charge pump circuit. The charge is supplied to the pump capacitor 302 (charge) and the charge is transferred from the pump capacitor 302 to the output capacitor 304 by controlling the switches 311 to 314 in the charge pump switch group 310 on / off. Thus, the step-up operation by the negative feedback control is performed so that the output voltage Vout generated in the output capacitor 304 becomes constant.

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 voltage supply unit 162 having such a configuration, for a sudden load current fluctuation, the recovery time is limited only by a response with a time constant determined by the feedback loop, and the recovery time is limited by the band in the loop. The Therefore, there is a problem that it takes time to recover the voltage change of the output voltage Vout due to the electric charge supplied from the pump capacitor 302 to the output capacitor 304 to a stable level when the load current changes suddenly. As a result, the improvement effect by generating a local voltage and supplying it to a predetermined terminal of the element for a predetermined characteristic improvement is reduced.

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 voltage supply unit 162 can be considered. However, inconveniences such as the deterioration of stability and the effect of switching noise increase by widening the band. Further, as another means for reducing the fluctuation of the output voltage Vout, it is conceivable to take measures by increasing the output capacity 304. This method causes a new problem in terms of space and cost.

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-state imaging device 1 is applied as, for example, an electronic still camera or an FA (Factory Automation) camera that can capture a color image.

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-state imaging device 1 includes unit pixels including light receiving elements as detection units (not shown) that output signals corresponding to the amount of incident light, arranged in a square lattice of rows and columns, that is, a two-dimensional matrix imaging unit (pixels). And a signal output from each unit pixel is a voltage signal, and a CDS (Correlated Double Sampling) processing function unit and other function units are provided for each vertical column. Is.

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-state imaging device 1 includes an amplifying photoelectric conversion including at least one charge generation unit formed of a photodiode or a photogate (both examples of photoelectric conversion elements) and an active element. An imaging unit (pixel unit) 10 in which a large number of pixels (hereinafter referred to as unit pixels 3) are arranged in a row direction and a column direction (in a two-dimensional matrix), a so-called area sensor unit, and drive control provided outside the imaging unit 10 A column processing unit 20 having a column signal processing unit 22 (denoted as a column circuit in the drawing) arranged in each vertical row, and a horizontal selection switch unit 60.

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 horizontal scanning unit 12 and a vertical scanning unit 14 are provided. Further, as another component of the drive control unit 7, a drive signal operation for supplying a control pulse at a predetermined timing to each functional unit of the solid-state imaging device 1 such as the horizontal scanning unit 12, the vertical scanning unit 14, or the column processing unit 20. A unit (an example of a read address control device) 16 is provided.

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 unit pixels 3 are arranged in each row and each column of the imaging unit 10. . Although illustration is omitted, the imaging unit 10 is formed with a color separation filter having a predetermined color coding for each pixel. Of course, the color separation filter is not essential depending on the configuration such as for monochrome imaging. Although not shown, each unit pixel 3 of the imaging unit 10 is configured by a photoelectric conversion element such as a photodiode or a photogate, and a transistor circuit.

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 unit pixel 3 is detected by the vertical scanning unit 14 via the vertical control line 15 for selecting a vertical column, and after being amplified by a unit signal generation unit (not shown) having an amplification element detected by a plurality of detection units. The column processing unit 20 is connected to each other via a vertical signal line 18 as a transmission line for transmitting pixel signals S0 (_1 to h; pixel numbers in one row) output from the unit pixel 3 respectively.

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 unit pixel 3 of the imaging unit 10 is connected in common to the unit pixel 3 in the column direction in the imaging unit 10, and each of the vertical signal lines 18 in the column processing unit 20 as a readout circuit. Each is connected to a column circuit 22 corresponding to the column.

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 horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 start a shift operation (scanning) in response to a driving pulse given from the driving signal operation unit 16. The vertical control line 15 includes various pulse signals for driving the unit pixel 3.

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 horizontal scanning unit 12 defines a horizontal readout column (horizontal address) (selects each column signal processing unit 22 in the column processing unit 20), and a horizontal address setting unit 12a. The horizontal drive unit 12b guides each signal of the column processing unit 20 to a horizontal signal line (horizontal read line) 86 in accordance with the read address defined in FIG.

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 address setting unit 12a includes a shift register or a decoder, selects pixel information from the column signal processing unit 22 in a predetermined order, and selects the selected pixel information as a horizontal signal. It functions as a selection means for outputting to the line 86.

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 vertical scanning unit 14 defines a vertical readout row (vertical address) and a horizontal readout column (horizontal address) (selects a row of the imaging unit 10), and a vertical address setting unit 14a. A vertical drive unit 14b that drives by supplying a pulse to the control line for the unit pixel 3 on the read address (in the horizontal direction) defined by the address setting unit 14a.

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 address setting unit 14a has a shutter shift register that controls a row for an electronic shutter in addition to a vertical shift register or a decoder that performs basic control of a row from which a signal is read.

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 vertical drive unit 14b of each row. The shutter shift register is for selecting each pixel in units of rows when performing the electronic shutter operation, and constitutes an electronic shutter row selection means together with the vertical drive unit 14b of each row.

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 signal operation unit 16 includes a functional block of a timing generator TG (an example of a read address control device) that supplies a clock necessary for the operation of each unit and a pulse signal of a predetermined timing, and an input clock via a terminal 1a. A communication interface functional block that receives data instructing CLK0, an operation mode, and the like, and that outputs data DATA including information of the solid-state imaging device 1 via the terminal 1b. In addition, the horizontal address signal is output to the horizontal address setting unit 12a and the vertical address signal is output to the vertical address setting unit 14a, and each address setting unit 12a, 14a receives it and selects a corresponding row or column.

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 signal operation unit 16 may be provided as a separate semiconductor integrated circuit independently of other functional elements such as the imaging unit 10 and the horizontal scanning unit 12. In this case, an imaging device which is an example of a semiconductor system is constructed by the imaging device including the imaging unit 10 and the horizontal scanning unit 12 and the drive signal operation unit 16. This imaging device may be provided as an imaging module in which peripheral signal processing circuits, power supply circuits, and the like are also incorporated.

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 column processing unit 20 is configured to include a column signal processing unit 22 for each vertical column (column), and each column signal processing unit 22 receives a pixel signal for one row, and each column signal processing unit 22 outputs a pixel signal of the corresponding column. S0 (_1 to h; pixel number in one row) is processed to output a processed pixel signal S1 (_1 to h; pixel number in one row). Although not shown, the vertical signal line 18 is connected to a load transistor having a role of a constant current source at one end and to a column signal processing unit 22 at the other end.

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 signal processing unit 22 has a coupling capacitor, a signal transfer switch, and a storage capacitor, and can have a function (signal holding circuit) for storing signal charges based on a signal from the vertical signal line 18. . Further, a function of a noise removing means using a CDS (Correlated Double Sampling) process may be provided.

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 column circuit 22 is provided with a coupling capacitor 123, a signal transfer switch 124, and a storage capacitor 126 as an example. The coupling capacitors 123 in each column are collectively referred to as a coupling capacitor group 123C, the signal transfer switches 124 in each column are collectively referred to as a signal transfer switch unit 124QT, and the storage capacitors 126 in each column are collectively referred to as a storage capacitor group 126C. The clock φT is commonly input to the control gate ends of the signal transfer switch unit 124QT.

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 column processing unit 20, the column output line 128 is connected to a storage capacitor 126 whose other end is grounded, and each storage capacitor 126 constitutes a storage capacitor group 126C in the row direction. The electric signal output from the pixel passes through the vertical signal line 18 and is held in the storage capacitor 126 connected to each vertical signal line 18.

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 column processing unit 20 is input to a horizontal selection switch unit 60 including a horizontal reading switch (for example, a MOS transistor) 62. The output of each column circuit 22 of the column processing unit 20 is connected via a column output line 128 to a horizontal read switch 62 corresponding to each column for sequentially reading out the charges held in the storage capacitor 126. ing.

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 horizontal signal line 86 for sequentially transferring and outputting signal charges in the row direction is commonly connected to the output end side of the horizontal selection switch unit 60. On the other hand, each control gate end of the horizontal selection switch unit 60 is composed of a horizontal shift register, a decoder, and the like, and is driven horizontally by a horizontal address setting unit 12a for controlling a horizontal read address and a switch 62 of the horizontal selection switch unit 60. It is connected to the horizontal scanning part 12 provided with the part 12b.

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 signal operation unit 16 is obtained. By performing the process of taking the difference between the signal level immediately after pixel reset (noise level; 0 level) and the true signal level, fixed pattern noise (FPN) due to fixed variation for each pixel and reset noise The noise signal component is removed.

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 signal processing unit 22 may be provided with an AGC (Auto Gain Control) circuit having a signal amplification function, other processing function circuits, or the like as required after the CDS processing function unit.

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 column processing unit 20, a horizontal selection switch unit 60 including a horizontal reading switch (selection switch) (not shown) is provided, and the output terminal of the column signal processing unit 22 of each vertical column is connected to the column signal. Each is connected to an input terminal i of a selection switch corresponding to each vertical column for sequentially reading signals from the processing unit 22.

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 selection switch unit 60 is connected to the horizontal driving unit 12b of the horizontal scanning unit 12 that controls and drives the readout address in the horizontal direction. On the other hand, a horizontal signal line 86 for sequentially transferring and outputting pixel signals in the row direction is commonly connected to the output terminals o of the selection switches in the vertical columns of the horizontal selection switch unit 60. An output circuit 88 is provided at the rear end of the horizontal signal line 86.

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 horizontal signal line 86 functions as a readout line for outputting individual pixel signals S0 transmitted from the unit pixels 3 via the vertical signal lines 18 in a predetermined order in the horizontal direction that is the arrangement direction of the vertical signal lines 18. From the column signal processing unit 22, a signal selected by a selection switch (not shown) that exists for each vertical column is extracted and passed to the output circuit 88.

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 signal processing unit 22 is driven by the driving pulses φg1 to φgh corresponding to the horizontal selection signals φH1 to φHh from the horizontal scanning unit 12. The selected switch provided for each vertical column is selected at a predetermined timing and read out to the horizontal signal line 86. Then, it is input to an output circuit 88 provided at the rear end of the horizontal signal line 86.

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 output circuit 88, has a functional unit that converts the analog imaging signal S3out (collection of individual pixel signals S1_1 to n) output from the output circuit 88 into digital imaging data. The AD conversion unit 972, the digital signal processing unit 974 which is a functional unit that performs digital signal processing based on digitized imaging data, and the image data D2 digitally processed by the digital signal processing unit 974 are converted into analog data. A DA (Digital to Analog) converter 976 is provided for converting into an image signal.

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 output circuit 88 can operate by switching between two states of a signal transfer state and a reset state. Correspondingly, various drive pulses CN10 such as a pulse for switching between the signal transfer state and the reset state and a pulse for sampling the signal in the signal transfer state are supplied from the drive signal operation unit 16. 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 output circuit 88 amplifies the pixel signals S1_1 to h (h = n) of each unit pixel 3 output from the imaging unit 10 through the horizontal signal line 86 with an appropriate gain, and then controls the drive pulse CN10. The imaging signal S3out is supplied to the external circuit 97 via the output terminal 88a. For example, the output circuit 88 may only perform buffering, or may perform black level adjustment, column variation correction, color-related processing, and the like before that.

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 AD conversion unit 972 converts the analog imaging signal S3out output from the column processing unit 20 to the outside of the solid-state imaging device 1 via the output circuit 88 into digital imaging data D0, and performs a subsequent digital signal processing unit 974. To pass.

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 signal processing unit 974 has a function of a digital amplifier unit that appropriately amplifies and outputs a digital signal output from the AD conversion unit 972, for example. Further, for example, color separation processing is performed to generate image data RGB representing each image of R (red), G (green), and B (blue), and other signal processing is performed on the image data RGB for monitoring. Output image data D2 is generated. Further, the digital signal processing unit is provided with a functional unit that performs signal compression processing for storing imaging data in a recording medium.

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-state imaging device 1 of the present embodiment, the output signal (voltage signal) from the unit pixel 3 is the vertical signal line 18 → the column processing unit 20 (column signal processing unit 22) → the horizontal signal line 86. → Transmitted in the order of the output circuit 88. The drive is such that the pixel output signals for one row are sent in parallel to the column processing unit 20 via the vertical signal line 18, and the processed signals are serially output via the horizontal signal line 86.

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 unit pixel 3 from either the horizontal direction or the vertical column direction, that is, driving for applying a pulse signal. The physical wiring method of the clock line is free.

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-state imaging device 1 having such a configuration, the horizontal scanning unit 12 and the vertical scanning unit 14 and the drive signal operation unit 16 that controls them are sequentially selected for each pixel of the imaging unit 10 in a horizontal unit, and the selection is performed. A CMOS image sensor of a type that simultaneously reads out information of one horizontal parallel pixel is configured.

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 output circuit 88 is on a substrate (printed substrate or semiconductor substrate) different from the solid-state imaging device in which the imaging unit 10 and the drive control unit 7 are integrally formed in the same semiconductor region. The circuit configuration corresponding to each photographing mode is adopted.

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-state imaging device 1 is configured by a solid-state imaging device (an example of a semiconductor device or a physical information acquisition device according to the present invention) including an imaging unit 10 and a drive control unit 7 and an external circuit. The drive control unit 7 is separated from the imaging unit 10 and the column processing unit 20, and the imaging unit 10 and the column processing unit 20 constitute a solid-state imaging device (an example of a semiconductor device). You may comprise with the control part 7 as an imaging device (an example of the physical information acquisition apparatus which concerns on this invention).

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 image pickup device 1 physically. The information acquisition apparatus may be the same.

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-state imaging device 1 is configured by including the horizontal selection switch unit 60 and the drive control unit 7 together with the imaging unit 10, and the solid-state imaging device 1 substantially functions as a physical information acquisition device. However, the physical information acquisition apparatus is not necessarily limited to such a configuration. It is not a requirement that the entire horizontal selection switch unit 60 and the drive control unit 7 or the one functional part be integrally formed in the same semiconductor region as the imaging unit 10. The horizontal selection switch unit 60 and the drive control unit 7 are formed on a circuit board different from the imaging unit 10 (which means not only another semiconductor substrate but also a general circuit board), for example, a circuit board on which an external circuit is provided. May be.

<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 unit pixel 3. In an XY address type solid-state imaging device, for example, an imaging unit 10 is configured by arranging a large number of pixel transistors in a two-dimensional matrix, and signal charges corresponding to incident light are accumulated for each line (row) or each pixel. The current or voltage signal based on the accumulated signal charge is sequentially read from each pixel by addressing. The basic configuration is typically the first example with a four-transistor (4TR) configuration and the second example with a three-transistor (3TR) configuration with fewer transistors than the four-transistor configuration. .

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 unit pixel 3 of the first example. The unit pixel 3 of the first example includes a charge generation unit 32 having both a photoelectric conversion function for converting light into a charge and a charge storage function for storing the charge. A sensing element that detects potential changes in a read selection transistor 34 that is an example of a read unit (transfer gate unit / read gate unit), a reset transistor 36 that is an example of a reset gate unit, a vertical selection transistor 40, and a floating diffusion 38. An amplifying transistor 42 having a source follower configuration as an example. For the charge generation unit 32, for example, an embedded photodiode is used.

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 read selection transistor 34 is driven by a transfer pulse φTG by a transfer drive buffer 150 via a transfer wiring (read selection line) 55. The reset transistor 36 is driven by a reset pulse φRST by a reset driving buffer 152 via a reset wiring 56. The vertical selection transistor 40 is driven by the selection pulse φSEL by the selection drive buffer 154 via the vertical selection line 52. Each drive buffer 150, 152, 154 is arranged in the vertical drive unit 14b.

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 unit pixel 3 includes a pixel signal generation unit 5 having an FDA (Floating Diffusion Amp) configuration including a floating diffusion 38 which is an example of a charge injection unit having a function of a charge storage unit. The floating diffusion 38 is a diffusion layer having parasitic capacitance.

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 reset transistor 36 in the pixel signal generator 5 has a source connected to the floating diffusion 38 and a drain connected to the power supply VDD, and a reset pulse φRST is input from the reset drive buffer 152 to the gate (reset gate RG).

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 vertical selection transistor 40 has a drain connected to the power supply VDD, a source connected to the drain of the amplification transistor 42, and a gate (in particular, a vertical selection gate SELV) connected to a vertical selection line 52. A vertical selection signal is applied to the vertical selection line 52. The amplification transistor 42 has a gate connected to the floating diffusion 38, a drain connected to the source of the vertical selection transistor 40, and a source connected to the vertical signal line 53 via the pixel line 51.

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 diffusion 38 is connected to the gate of the amplifying transistor 42, the amplifying transistor 42 sends a signal corresponding to the potential of the floating diffusion 38 (hereinafter referred to as FD potential) via the pixel line 51. To the vertical signal line 53. The reset transistor 36 resets the floating diffusion 38. The read selection transistor (transfer transistor) 34 transfers the signal charge generated by the charge generator 32 to the floating diffusion 38. A large number of pixels are connected to the vertical signal line 53. To select a pixel, the vertical selection transistor 40 is turned on only for the selected pixel. Then, only the selected pixel is connected to the vertical signal line 53, and the signal of the selected pixel is output to the vertical signal line 53.

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 unit pixel 3 is generally provided with a vertical selection transistor 40 for the purpose of selecting a pixel, and the unit pixel 3 in most current CMOS sensors has a selection transistor.

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 vertical selection transistor 40 is disposed on the power supply VDD side and the amplification transistor 42 is disposed on the pixel line 51 side is shown, but on the contrary, the vertical selection transistor 40 is disposed. May be arranged on the pixel line 51 side, and the amplifying transistor 42 may be arranged on the power supply VDD side.

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 unit pixel 3 of the second example shown in FIG. 2B has a pixel size reduced by reducing the area occupied by the transistors in the unit pixel 3.

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 unit pixel 3 of the second example corresponds to the charge generation unit 32 (for example, a photodiode) that generates a signal charge corresponding to the received light by performing photoelectric conversion, and the signal charge generated by the charge generation unit 32. The amplifying transistor 42 connected to the drain line (DRN) for amplifying the signal voltage to be reset and the reset transistor 36 for resetting the charge generation unit 32 are provided. In addition, a read selection transistor (transfer gate portion) 34 that is scanned from a vertical shift register (not shown) via a transfer wiring (TRF) 55 is provided between the charge generation portion 32 and the gate of the amplification transistor 42. Yes.

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 transistor 42 and the source of the reset transistor 36 are connected to the charge generation unit 32 via the read selection transistor 34, and the drain of the reset transistor 36 and the drain of the amplifying transistor 42 are connected to the drain line. The source of the amplifying transistor 42 is connected to the vertical signal line 53. The read selection transistor 34 is driven by the transfer pulse φTG by the transfer drive buffer 150 via the transfer wiring 55. The reset transistor 36 is driven by a reset pulse φRST by a reset driving buffer 152 via a reset wiring 56. Both the transfer drive buffer 150 and the reset drive buffer 152 operate with a reference voltage of 0 V and a binary power supply voltage. In particular, a typical low level voltage supplied to the gate of the read selection transistor 34 in this pixel is 0V.

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 unit pixel 3 of the second example, as in the first example, the floating diffusion 38 is connected to the gate of the amplifying transistor 42, so that the amplifying transistor 42 outputs a signal corresponding to the potential of the floating diffusion 38. Output to the vertical signal line 53.

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 reset transistor 36, a reset wiring (RST) 56 extends in the row direction, and a drain line (DRN) 57 is common to most pixels. The drain line 57 is driven by a selection pulse φSEL by a drain drive buffer (hereinafter referred to as a DRN drive buffer) 140. The reset transistor 36 is driven by the reset drive buffer 152 and controls the potential of the floating diffusion 38. Here, in the 3TR configuration, the drain line 57 is separated in the row direction. However, since the drain line 57 must flow the signal current of the pixels for one row, the current can actually flow in the column direction. In addition, the wiring is common to all rows.

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 diffusion 38 by the read selection transistor 34.

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 unit pixel 3 of the second example is not provided with the vertical selection transistor 40 connected in series with the amplifying transistor 42. A large number of pixels are connected to the vertical signal line 53, but the pixels are selected by controlling the FD potential instead of the selection transistor. Usually, the FD potential is set to low. When selecting a pixel, the signal of the selected pixel is output to the vertical signal line 53 by setting the FD potential of the selected pixel to high. Thereafter, the FD potential of the selected pixel is returned to low. This operation is performed simultaneously for one row of pixels.

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 drain line 57 is made high, and the FD potential is made high through the reset transistor 36 of the selected row. 2) When the selected row FD potential is returned to low, the drain line 57 is set low and the FD potential is set low through the reset transistor 36 of the selected row.

<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 unit pixel 3. Here, a configuration example in which the local voltage is applied via the various drive buffers 150, 152, and 154 already shown in FIG. However, this is merely an example, and a configuration example in which a local voltage is applied to predetermined terminals of other elements constituting the unit pixel 3 without using the drive buffers 150, 152, and 154 may be employed.

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 level shifter 160 and an output buffer 161. The level shifter 160 and the output buffer 161 are connected to a local voltage supply unit 162 as a voltage supply unit. A local voltage such as a negative voltage is supplied.

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 output buffer 161 has a cascade connection configuration of a Pch MOS transistor (P-MOS) and an Nch MOS transistor (N-MOS). The MOS is arranged on the local voltage supply unit 162 side.

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 output buffer 161 is constituted by an inverter circuit formed of a P-MOS and an N-MOS, which is a so-called CMOS transistor. The power supply voltage VDD is connected to the drain side of the P-MOS, and the local voltage supply unit 162 is connected to the source side of the N-MOS. The input terminal of the inverter circuit is connected to the vertical drive unit 14b of the vertical scanning unit 14 through the level shifter 160, and the output terminal is connected to the vertical selection line 52, the transfer wiring 55, the reset wiring 56, and the like. In this example, in order to facilitate understanding, the output buffer 161 is configured by a single-stage inverter circuit, but may be configured by a plurality of stages of inverter circuits.

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 address setting unit 14a, and the low level is a pulse of a local voltage such as a negative voltage. Output toward the gate terminal of the read selection transistor 34.

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 voltage supply unit 162 may use a known DC voltage conversion circuit (so-called step-up circuit or step-down circuit) such as a general charge pump configuration or a chopper type DC-DC converter using a coil. it can. For example, when a negative voltage is generated as the local voltage, a circuit that boosts the ground (ground) voltage to the negative side when viewed from the power supply voltage VDD can be used.

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 voltage supply unit 162 may be built in each of the drive buffers 150, 152, and 154, or may not be built in, and the local voltage supply unit 162 may be provided outside the drive buffers 150, 152, and 154 as illustrated. A configuration in which a supply unit 162 is provided to supply a local voltage to a predetermined one of the drive buffers 150, 152, and 154 can also be adopted. When not built in, semiconductor components such as transistors and amplifiers and resistor elements constituting the local voltage supply unit 162 are accommodated in an independent semiconductor IC separate from the imaging unit 10, and a capacitor (capacitance) or coil having a large capacitance value Are arranged in the vicinity of the semiconductor IC as external components.

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 transfer drive buffer 150 in order to suppress dark current in the read selection transistor 34 as a transfer gate. In this case, the output buffer 161 is formed by being separated by the semiconductor well region. More specifically, the P-MOS is formed in the n-type semiconductor well region, and the N-MOS is formed in the p-type semiconductor well region. Therefore, the output of the local voltage supply unit 162 enters the p-type semiconductor well region of the output buffer 161 and the source region of the N-MOS in the p-type semiconductor well region. The threshold value of the N-MOS is set high.

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 output buffer 161, when a low pulse level is input from the vertical scanning unit 14, the P-MOS is turned on and the power supply voltage VDD is output to the transfer wiring 55 on the output side. When a high level is input, the N-MOS is turned on and a negative voltage is output to the output transfer line 55.

<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 charge generation unit 32 and the read selection transistor 34 which are formed of embedded photodiodes. Here, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-217397, a pulse signal whose low level is a negative voltage is supplied to the read selection transistor 34 as a transfer gate (transfer transistor) in the unit pixel 3 having a 4TR configuration. This shows the case of a configuration that reduces dark current. The pulse signal whose low level is a negative voltage applies a negative voltage to the gate electrode of the read selection transistor 34 during the charge accumulation period.

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; Part 1>
FIG. 5 is a diagram illustrating a first configuration example of the local voltage supply unit 162. The first configuration example of the local voltage supply unit 162 (also referred to as the local voltage supply unit 162 of the first example) is characterized in that a switched capacitor type DC-DC converter so-called charge pump circuit is used. Yes.

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 voltage supply unit 162 of the first example includes a charge pump switch group 310 having a plurality of switching elements, and a first resistance element 322 that divides the output voltage Vout of the charge pump switch group 310 ( A resistance dividing unit 320 including a resistance value R1) and a second resistance element 324 (resistance value R2), and a reference voltage generating unit 330 that sets a reference voltage Vrefout for the resistance dividing unit 320. The resistance dividing unit 320 and the reference voltage generation unit 330 constitute a detection unit that detects the magnitude of the output voltage Vout (local voltage) generated by the local voltage supply unit 162.

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 resistance elements 322 and 324 constituting the resistance dividing unit 320 can be a so-called external discrete component or can be positively adapted to be an external component. By using external parts, the output voltage value can be adjusted externally.

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 pump capacitor 302 for transferring or storing charges is connected to the two capacitor connection terminals a and b of the charge pump switch group 310, and an output is provided between the output terminal c from which the output voltage Vout is output and the ground. A capacitor 304 is connected.

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 voltage generation unit 330 can obtain a certain reference voltage Vrefout even if the power supply voltage changes. For example, as the reference voltage generation unit 330, a band gap type reference voltage circuit or the like can be used. The power source of the reference voltage generator 330 may be the power source VDD from the external power source, or may be the output voltage Vout at the output terminal c of the charge pump switch group 310 depending on the circuit configuration. In any case, a power supply voltage higher than the generated reference voltage Vref0 is required. In this example, the reference voltage Vrefout is a stable voltage value of 0 or more.

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 voltage supply unit 162 of the first example receives the reference voltage generation unit 340 that generates the reference voltage Vref0 and the feedback voltage VFB obtained by dividing the output voltage Vout by the resistance division unit 320 at the inverting input terminal (−). And an error amplification unit (error amplifier unit) 350 that receives the reference voltage Vref0 from the reference voltage generation unit 340 at the non-inverting input terminal (+) and amplifies or attenuates the difference between the feedback voltage VFB and the reference voltage Vref0. . As the error amplifier 350, an operational amplifier (op amp OP) can be used.

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 voltage generation unit 340 can obtain a certain reference voltage Vref0 even if the power supply voltage changes. For example, as the reference voltage generation unit 340, a band gap type reference voltage circuit or the like can be used. The power supply of the reference voltage generation unit 340 may be the power supply VDD from the external power supply, or may be the output voltage Vout at the output terminal c of the charge pump switch group 310 depending on the circuit configuration. In any case, a power supply voltage higher than the generated reference voltage Vref0 is required.

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 voltage supply unit 162 of the first example receives the output voltage or output current of the error amplification unit 350 at one input terminal IN1, and directly or indirectly sends an on / off control signal to the charge pump switch group 310. The switching control part 360 supplied as is provided.

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 control unit 360 of the first example switches the boost signal generation unit 362 that generates the boost signal Bst, which is a characteristic part of this configuration example, and the output voltage control signal Sout that indicates the operating point in the control loop. It has a selection unit 364 and a periodic signal generation unit 370 that generates a predetermined periodic signal OSC such as a rectangular wave. The periodic signal OSC is supplied from the control output terminal O2 of the switching control unit 360 to the charge pump switch group 310.

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 pump switch group 310, the pump capacitor 302, and the output capacitor 304 for generating the output voltage Vout as the local voltage based on the boost signal Bst corresponding to the trigger signal TRG by the boost signal generator 362 and the selector 364. An operating point switching unit that switches the operating point of the switching operation of the switching unit is configured.

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 signal generating unit 362 synchronizes with the trigger signal (load fluctuation control signal; internal signal for transmitting an abrupt load) TRG indicating a trigger for performing an operation in which the load current of the local voltage supply unit 162 increases. The signal Bst is activated for a predetermined period.

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 selection unit 364 of the first example, one input terminal IN1 is connected to the output of the error amplification unit 350, and the other input terminal IN2 is connected to the ground (GND). The selection unit 364 is configured such that the boost signal Bst generated by the boost signal generation unit 362 is supplied to its control input terminal, and is controlled by the output voltage Va of the error amplification unit 350 under the control of the boost signal Bst. Switching between control and control with a fixed potential of another system is performed.

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 selection unit 364 of the first example selects and outputs the output voltage Va of the error amplification unit 350 to the control output terminal O1, while the boost signal Bst is active. In some cases, a fixed potential (ground voltage in this example) of a system different from that of the error amplifier 350 is selected and output to the control output terminal O1.

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 pump capacity 302 is switched at the maximum amplitude.

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 signal generation unit 362 and the selection unit 364 will be described later.

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 periodic signal generator 370 outputs a signal waveform having a fixed frequency even when the power supply voltage changes. As the periodic signal generation unit 370, for example, a ring oscillation circuit, an unstable multivibrator circuit, a blocking oscillation circuit, or the like can be used. The power source of the periodic signal generation unit 370 may be the power source VDD from the external power source, similarly to the reference voltage generation unit 340, or may be the output voltage Vout at the output terminal c of the charge pump switch group 310 depending on the circuit configuration. Depending on the conditions of the output current and the pump capacity 302, the periodic signal generator 370 may be able to adjust the oscillation frequency according to a voltage given from the outside or a capacitance value connected to the outside.

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 pump switch group 310 includes four switches 311 to 314 and an inverter 316. The switches 311 to 314 can be configured by switch elements such as MOSFETs and bipolar transistors, for example.

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 switch 311 is grounded, one input / output terminal of the switch 312 is connected to the output terminal c, one input / output terminal of the switch 313 is connected to the power source VDD, and one input / output of the switch 314 is connected. The terminal is connected to one control output terminal O1 of the switching control unit 360, specifically, the output terminal of the selection unit 364, and is supplied with the output voltage control signal Sout in the control loop. The other input / output terminals of the switches 311 and 312 are connected to the capacity connection terminal a, and the other input / output terminals of the switches 313 and 314 are connected to the capacity connection terminal b.

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 switches 311 and 313 are connected to the other control output terminal O2 of the switching control unit 360, specifically, the output terminal of the periodic signal generation unit 370, and are controlled in conjunction with each other. Yes. In addition, each control terminal of the switches 312 and 314 is connected to the other control output terminal O2 of the switching control unit 360 via the inverter 316, and is controlled in conjunction with the switches 311 and 313 in reverse polarity. ing.

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 pump switch group 310, when the switches 311 and 313 are on and the switches 312 and 314 are off, the pump capacitor 302 is charged from an external power source (not shown). The pump capacitor 302 is charged with a positive potential (power supply VDD) on the capacitor connection terminal b side and with a negative potential (ground) on the capacitor connection terminal a side. Thereafter, the switches 311 and 313 are turned off and the switches 312 and 314 are turned on, so that the charge charged in the pump capacitor 302 is transferred to the output capacitor 304. By repeating such an operation, a predetermined voltage appears at the output terminal c of the charge pump switch group 310, that is, the output capacitor 304, and a current can be supplied from the output capacitor 304 to the load. That is, the charge is not directly transferred from the external power source to the output capacitor 304.

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 switches 311 to 314 of the charge pump switch group 310 of this example, when the charge charged in the pump capacitor 302 is transferred to the output capacitor 304, the output voltage Va of the error amplifier 350 is connected to the capacitor connection terminal b. The corresponding output voltage control signal Sout is supplied via the switch 314. At the capacitor connection terminal b, it appears as a switching signal CB between the output voltage control signal Sout and the power supply voltage VDD, the voltage appearing at the output capacitor 304 is negative, and the theoretical maximum output possible voltage value is −1 × VDD. It becomes.

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 pump switch group 310 is not limited to the illustrated connection mode, and the output voltage value can be changed by appropriately changing the connection mode. For example, the maximum output voltage of the external power supply can be changed. It is also possible to obtain twice the voltage VDD.

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 pump switch group 310, and the maximum number of absolute values of the output voltage can be increased by increasing the number of switches and adopting a connection mode corresponding thereto. The value can be further increased.

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 voltage generation unit 340, the reference voltage Vrefout by the reference voltage generation unit 330, or the output voltage Vout by the resistance division unit 320, the output current supply capability and the output voltage value can be adjusted. Can be changed.

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 voltage supply unit 162 using the charge pump circuit shown here is merely an example, and various modifications are possible (for example, JP-A-6-351229 and JP-A-10-248240). Gazette and JP-A-2002-171748).

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 voltage supply unit 162 using the charge pump circuit transfers the charged charge to the pump capacitor 302 and performs n-fold voltage boosting corresponding to so-called n-fold voltage rectification, which is suitable for a relatively low power device. Compared to a chopper type, which will be described later, it is convenient in reducing the size and power consumption.

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 voltage supply unit 162 is configured using a charge pump circuit, the transistors to which a negative voltage is applied include the switches 311 and 312 in the local voltage supply unit 162 shown in FIG. 2 and the output buffer shown in FIG. There is an N-MOS that constitutes 161.

<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 address setting unit 14 a of the vertical scanning unit 14 has a function of designating a normal readout target row address φTG, in addition to the row address of the shutter target unit pixel 3 (shutter pixel), that is, the shutter. It also has a function of generating address information (specifically, transfer gate pulses TGs as drive pulses) that specify pixel positions.

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 address setting unit 14a adopts a wiring configuration in which drive pulses (transfer pulses) φTGs that specify a row address to be shuttered are supplied to all unit pixels 3 in the same row. Thereby, the unit pixel 3 in the row designated by the drive pulse φTGs is designated as the shutter pixel.

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 address setting unit 14a, the readout row for the pixels in all the columns (H1, H2,..., Hh) by the shutter timing control functional element of the vertical address setting unit 14a. The pixel is reset by setting the shutter row ns at any row position except n, that is, at a position (time point) separated by Δs rows. This reset operation can be realized by sweeping away the charge accumulated in the photoelectric conversion element before the shutter timing. In the case of a CMOS image sensor, for example, it can be realized by turning on the transfer gate.

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 address setting unit 14a is the accumulation time, that is, the time interval between the readout row n and the shutter row ns is the accumulation time. As a result, the accumulation time can be controlled in units of rows. When setting the normal exposure time, the shutter row ns is not accessed, and charges are accumulated for the time corresponding to the frame rate.

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 unit pixel 3 in the row in units of rows, so that the readout row n and the shutter row n + Δs. Can be set for each unit pixel 3 in units of rows, and the accumulation time can be easily controlled for each row.

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 unit pixel 3 For example, for each pixel, a charge storage unit is provided between the charge generation unit and the pixel signal generation unit, and after exposing all the pixels simultaneously, the signal charges generated in the charge generation unit are simultaneously A pure electronic global shutter that makes the exposure accumulation period of each pixel constant by performing an electronic shutter (see US Pat. No. 5,986,297) with a structure for transferring to a charge storage unit. Realize the function. In this embodiment, a global shutter function using a mechanical shutter is employed.

<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 charge diffusion section 32 formed of a photodiode or the like and the floating diffusion 38 constituting the pixel signal generation section 5 are reset. In the readout period after the completion of the charge accumulation, the signal charge detected and accumulated in the charge generation unit 32 is transferred to the floating diffusion 38 when the readout selection transistor 34 is turned on, and is transferred to the amplification transistor 42 and the vertical signal line 18. A signal voltage corresponding to the floating diffusion 38 is passed to the column signal processing unit 22 of the column processing unit 20 through the vertical signal line 18 by a source follower configured by a connected load transistor.

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 charge generation unit 32 is performed at the same time. The subsequent readout period is the same as the control sequence for one row at the time of normal shutter. By repeating this for the number of rows, signals of all pixels are output to the column processing unit 20 side.

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 unit pixel 3, a reset operation at the start of charge accumulation which is a problem will be described below.

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 read selection transistor 34 and the reset pulse φRST for driving the reset transistor 36 are shown.

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 read selection transistor 34 is turned on by the transfer pulse φTG, and the reset transistor 36 is turned on by the reset pulse φRST (t1). The charge generator 32 and the floating diffusion 38 are reset because dark charges are swept out to the power supply VDD side by this operation. Next, at time t2, when both the transfer pulse φTG and the reset pulse φRST are set to the L level, the read selection transistor 34 is turned off and charge accumulation in the charge generation unit 32 starts.

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 voltage supply unit 162. FIG. Here, in order to pay attention to the reset operation of the read selection transistor 34 and the reset transistor 36, the local voltage supply unit 162 outputs a negative voltage. In addition, the specific value of the negative voltage is set to −1.1V as disclosed in JP-A-2002-217397.

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 read selection transistor 34 is connected to the local voltage supply unit 162. At the time point t1, the load capacitance CQT of the read selection transistor 34 is disconnected from the local voltage supply unit 162 at the moment when the transfer pulse φTG is set to the H level. At this time, the load of the output of the local voltage supply unit 162 is reduced, and the output voltage Vout slightly fluctuates. However, since it is disconnected from the read selection transistor 34, it does not appear as an image.

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 charge generation unit 32 is started. At this time, the load capacitance CQT of the read selection transistor 34 is connected to the local voltage supply unit 162 all at once. The load capacity CQT at this time is for all the pixels constituting the imaging unit 10 in the global shutter mode.

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 voltage supply unit 162 to give a large capacitance load fluctuation (capacity load corresponding to the total number of pixels) to the output, and the output current (load current) is increased. If the load current increases instantaneously and the load current changes greatly, the output voltage Vout also fluctuates due to a response delay of the control loop. In this example, there is a possibility that the negative voltage fluctuates in the direction of decreasing absolute value due to an increase in the capacitive load. In addition, this period corresponds to the charge accumulation time, and there is a possibility that an image with shading is generated due to dark current due to the voltage fluctuation period.

<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 voltage supply unit 162 during the global shutter.

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 voltage supply unit 162 of this example, a negative feedback control loop by the error amplification unit 350 is configured to constantly stabilize the output voltage Vout so as to follow the load current fluctuation to some extent, It is unnecessary to separately provide a stabilization circuit after the local voltage supply unit 162. By eliminating the need for the stabilization circuit, the reactive power consumption can be made virtually zero.

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 boost signal generator 362 and the selector 364 are not provided, a sudden load current fluctuation occurs. If so, it takes time for the output voltage Vout to return to the set voltage, and it is difficult to avoid fluctuations in the output voltage Vout due to momentary fluctuations in the load current.

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 voltage supply unit 162 increases instantaneously. Will do.

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 voltage supply unit 162, the output voltage Vout fluctuates due to the movement of the charge from the output capacitor 304 to the load capacitor CQT, whereby the error amplifying unit 350 supplies the charge to the pump capacitor 302. An operation for decreasing the value Va is performed. Since the amplifier output value Va is connected to the switch 314, the L level of the switching signal CB for switching the pump capacitor 302 operates in the same manner as the output change of the error amplifying unit 350. By such a feedback operation, the output voltage Vout converges to the set value. Here, since the response of the output voltage Vout follows the response of the feedback loop, it is difficult to quickly restore the output voltage Vout.

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 read selection transistor 34 as a transfer transistor becomes slow to become the set voltage, and is sufficiently negative to suppress the dark current. Since a voltage cannot be applied, a dark current may be generated, which may cause a problem of causing shading.

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 voltage supply unit 162 of the first example is characterized in that a boost signal generation unit 362 and a selection unit 364 are provided in the switching control unit 360. . Hereinafter, these functions will be described.

<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 signal generation unit 362. Here, FIG. 11A is a diagram showing an example of the configuration, and FIG. 11B is a timing chart for explaining the operation. Here, an example in which the boost signal Bst is activated during the global shutter is shown.

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 edge detection unit 710. For reference, FIG. 12A shows a form of this example for detecting the falling edge of the global shutter signal Shut, and FIG. 12B shows a form of detecting the rising edge of the global shutter signal Shut. .

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 boost signal generator 362 detects the falling edge of the global shutter signal Shut as the trigger signal TRG and outputs a one-shot pulse Edge synchronized with the falling edge. 710, a stop timing determination unit 720 that determines the timing for stopping the active state of the boost signal Bst, a boost signal based on the information detected by the edge detection unit 710 and the stop timing determined by the stop timing determination unit 720 And a pulse generation unit 730 for shaping Bst.

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 edge detection unit 710 includes four inverters 711, 712, 713, 714 connected in multiple stages, a NAND gate 715 arranged at the subsequent stage of the inverter 714, and an inverter 716 arranged at the subsequent stage of the NAND gate 715. ing. The edge detection unit 710 is arranged between a constant current source 717 that supplies a predetermined operating current to the third-stage inverter 713 and a connection point between the third-stage and fourth-stage inverters 713 and 714 and the ground. And a capacitor 718 for setting time.

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 timing determination unit 720, the output voltage Va of the error amplification unit 350 is input to the inverting input terminal (−), the reference voltage Vref2 having a predetermined potential slightly higher than the ground voltage is input to the non-inverting input terminal (+), The comparator 722 outputs the comparison result between the output voltage Va and the reference voltage Vref2 as the reset signal RST.

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 pulse generation unit 730 includes a D-type flip-flop (D-FF) 732, and the one-shot pulse Edge output from the edge detection unit 710 is input from the power supply voltage VDD to the D input terminal. A reset pulse RST input to the clock terminal CK and generated by the stop timing determination unit 720 is input to the reset terminal R, and an active H boost signal Bst is output from the non-inverted output terminal Q.

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 signal generation unit 362 having such a configuration receives the global shutter signal Shut as the trigger signal TRG, and responds to the falling edge of the global shutter signal Shut in response to a boost signal for a certain period of time (this period is referred to as a boost period). Bst is set to active H (high level), and this boost signal Bst is supplied to the selection unit 364. That is, the boost signal Bst is set to active H in synchronization with the falling edge of the global shutter signal Shut, and the voltage output Va of the error amplifier 350 is compared with the reference voltage Vref2 slightly higher than the ground voltage. When inverted, the boost signal Bst becomes inactive L.

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 edge detection unit 710 detects the falling edge of the global shutter signal Shut (t10), and determines the operating current from the constant current source 717 and the capacitor 718. A one-shot pulse Edge having a pulse width (t12 to t14) determined by the capacitance value is generated, and this one-shot pulse Edge is input to the clock terminal CK of the D-FF 732 (see FIG. 12A). As a result, in synchronization with the rising edge of the one-shot pulse Edge, the non-inverted output terminal Q of the D-FF 732, that is, the boost signal Bst becomes H level (t13). Note that t10 to t13 are due to the operation delay of the circuit, and in practice, it may be considered that t10 = t12 = t13.

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-state imaging device 1 performs the global shutter operation, the load current of the local voltage supply unit 162 increases, so the absolute value of the output voltage Vout tends to decrease. Since the control loop responds to the change in the output voltage Vout, the output voltage Va (hereinafter also referred to as an amplifier output value) Va of the error amplifying unit 350 changes in a direction to suppress the change in the output voltage Vout. However, the absolute value of the output voltage Vout clearly decreases due to the delay in the response of the control loop (t20 to t22). For example, -1.1V in a steady state changes to about -0.8V. At this time, the amplifier output value Va changes in a direction to suppress the change in the output voltage Vout. In response to the change in the amplifier output value Va, the amount of charge supplied to the pump capacitor 302 is increased, and as a result, the absolute value of the output voltage Vout is restored (t22 to t28).

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 timing determination unit 720 compares the amplifier output value Va with the reference voltage Vref2, and during the period when the amplifier output value Va is equal to or lower than the reference voltage Vref2, the reset pulse RST is activated H (T24 to t26). Thereby, in synchronization with the rising edge of the reset pulse RST, the non-inverting output terminal Q of the D-FF 732, that is, the boost signal Bst becomes L level (t24).

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-FF 732 can generate a pulse signal at the non-inverted output terminal Q as the boost signal Bst that makes the period from the fall of the global shutter signal Shut to the rise of the reset pulse RST H level.

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 signal generation unit 362, when the boost signal Bst becomes H level, the selection unit 364 of the switching control unit 360 shown in FIG. Is switched from an operation based on the amplifier output value Va to an operation based on a fixed voltage (ground voltage in this example).

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 selection unit 364 sets the control loop to a fixed voltage (in this example). The operation based on the ground voltage is switched from the operation based on the amplifier output value Va. As a result, the local voltage supply unit 162 can return to the normal operation.

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 signal generation unit 362, the stop timing determination unit 720 is provided, and the optimum boost period according to the actual working state is dynamically determined by comparing the output voltage Va and the reference voltage Vref2. The boost period can be set to a fixed value, for example, by checking the time during which the output voltage Vout can be stably controlled with the least amount of damping by actual evaluation and setting it as the boost period.

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 current source 717 and the capacitance value of the capacitor 718 are adjusted. Thus, the pulse width of the one-shot pulse Edge can be determined, and the one-shot pulse Edge itself can be used as the boost signal Bst. In this case, although the optimum boost period according to the actual working state cannot be dynamically determined, the stop timing determination unit 720 and the pulse generation unit 730 are not required, and thus the circuit area can be reduced. is there.

<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; Part 1>
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration example of the selection unit 364 used in the local voltage supply unit 162 of the first example. As shown in the figure, the selection unit 364 of the first example includes two transistors 602 and 604 and an inverter 606. The boost signal Bst is supplied from the boost signal generator 362 to the gate of the transistor 602 and the inverter 606, and the boost signal NBst logically inverted by the inverter 606 is supplied to the gate of the transistor 604.

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 transistor 604 via the input terminal IN1, and a fixed potential (ground voltage in this example) is supplied to the drain terminal of the transistor 602 via the input terminal IN2. The source terminals of the transistors 602 and 604 are commonly connected to the switch 314 of the charge pump switch group 310 via the control output terminal O1.

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 selection unit 364 of the first example selects the output voltage Va of the error amplification unit 350 by turning off the transistor 602 and turning on the transistor 604 when the boost signal Bst is inactive. Output to the control output terminal O1. On the other hand, when the boost signal Bst is active, the transistor 602 is turned on and the transistor 604 is turned off, so that a fixed potential (ground voltage in this example) different from the error amplifier 350 is selected and the control output terminal O1. Output. As a result, the control based on the output voltage Va of the error amplifying unit 350 and the control based on a fixed potential of another system can be switched under the control of the boost signal Bst.

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 selection unit 364 of the first example is generated by the boost signal generation unit 362 in synchronization with the trigger signal (load fluctuation control signal) TRG indicating a trigger for performing an operation in which the load current of the local voltage supply unit 162 increases. Controlled by boost signal Bst. For example, when a sudden load fluctuation may occur, such as during a global shutter, the boost signal Bst is activated to control from a control loop based on the output voltage Va of the error amplifying unit 350 in a steady state with a fixed potential of another system. Switch to loop.

<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 selection unit 364 in the local voltage supply unit 162 of the first example. Here again, an example in which the boost signal Bst is activated during the global shutter is shown.

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 selection unit 364 is supplied from the boost signal generation unit 362 with a boost signal Bst of active H for a certain time (boost period; t10, t13 to t24) from the fall of the global shutter signal Shut to the control input terminal.

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 selector 364 selects the amplifier output value Va when the boost signal Bst is inactive L, the control loop is controlled by the amplifier output value Va, and the switching signal CB for driving the pump capacitor 302 is the power supply voltage VDD and the amplifier. The switching operation is performed with the output value Va, and the pump capacitor 302 is charged with a predetermined level of charge. As a result, a predetermined level of the output voltage Vout is obtained.

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 selection unit 364 selects a fixed potential (ground voltage in this example) when the boost signal Bst is active H. Therefore, the control loop is controlled by the ground voltage, and the switching signal CB for driving the pump capacitor 302 is The switching operation is performed by the power supply voltage VDD and the ground voltage, and the pump capacitor 302 can be charged with the maximum charge. As a result, the local voltage supply unit 162 has a maximum current output capability.

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 voltage supply unit 162 in this example) simultaneously with the load fluctuation to the charge pump that may occur during the global shutter that requires the entire simultaneous shutter. As shown by the solid line in the figure, the load fluctuation of the output voltage Vout can be minimized as compared with the case where the present embodiment shown by the dotted line in the figure is not applied. That is, the load transient response of the output voltage Vout can be improved.

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 output capacitor 304, which is an external capacitor, is a source of instantaneous current supply to the load. However, by increasing the current supply capability of the local power supply, the output capacitor 304 can be quickly charged, resulting in output. A smaller capacitance value can be selected as the capacitor 304, and improvement in cost and layout can be expected.

<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; Part 2>
FIG. 15 is a diagram illustrating a second configuration example of the local voltage supply unit 162. Similar to the first example, the second configuration example of the local voltage supply unit 162 (also referred to as the local voltage supply unit 162 of the second example) has a configuration using a charge pump circuit and the configuration of the switching control unit 360. Is different from the first example.

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 pump switch group 310 of the second example newly includes a switch 315 between the capacitor connection terminal b and the ground.

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 control unit 360 of the second example includes a selection unit 365 corresponding to the selection unit 364 in addition to the boost signal generation unit 362 and the periodic signal generation unit 370 having the same functions as the first example, and further includes an inverter 366. Newly prepared.

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 signal generation unit 370 by the inverter 366 is input to the input terminal IN3, and the boost signal generation unit 362 generates the control input terminal. The boost signal Bst is supplied, a control signal S1 for controlling the switch 314 of the charge pump switch group 310 is output from one control output terminal O3, and a switch 315 of the charge pump switch group 310 is output from the other control output terminal O4. The control signal S2 for controlling the control signal is output, and the control loop is switched under the control of the boost signal Bst.

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 switches 313 and 314 of the charge pump switch group 310 is different from that of the first example. Specifically, the other input / output terminals of the switches 313 and 314 are connected to the capacitor connection terminal b and grounded via the switch 315, and the output voltage Va of the error amplifying unit 350 is output as it is. The voltage control signal Sout is supplied to the switch 314.

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 switch 312 is independently connected to the control output terminal O2 of the switching control unit 360 via the inverter 316, the switch 314 is independently controlled by the control signal S1 from the selection unit 365, and the switch 315 is independently selected. It is controlled by a control signal S2 from 365.

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 signal generation unit 370 by the inverter 366. The switch 314 is driven using the OSCB as the control signal S1. In effect, the switches 312 and 314 are controlled in conjunction with the reverse polarity of the switches 311 and 313.

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 pump capacitor 302 is transferred to the output capacitor 304, the output voltage control signal Sout is supplied from the error amplifying unit 350 to the capacitor connection terminal b via the switch 314. In b, it appears as a switching signal CB between the output voltage control signal Sout and the power supply voltage VDD. Therefore, the control loop is controlled by the amplifier output value Va, and the pump capacitor 302 is charged with a predetermined level of charge. As a result, a predetermined level of the output voltage Vout is obtained.

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 signal generation unit 370 by the inverter 366. The switch 315 is driven as S2. In effect, the switches 312 and 315 are controlled in conjunction with the switches 311 and 313 in reverse polarity.

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 pump capacitor 302 is transferred to the output capacitor 304, a fixed potential (ground voltage in this example) is supplied to the capacitor connection terminal b via the switch 315. The control is performed with the ground voltage, and the switching signal CB for driving the pump capacitor 302 is switched with the power supply voltage VDD and the ground voltage, so that the pump capacitor 302 can be charged with the maximum charge. As a result, the local voltage supply unit 162 has a maximum current output capability.

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 voltage supply unit 162 in this example) is increased simultaneously with the load fluctuation to the charge pump that may occur at the time of the global shutter that requires the simultaneous shutter. The current supply capability of the local power supply can be increased, and the load fluctuation of the output voltage Vout can be minimized.

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 selection unit 364 existing in the case of the first example. An increase in on-resistance to the signal CB can be prevented. Since it is possible to solve the problem that charges are not easily accumulated in the pump capacitor 302 due to the time constant effect due to the resistance component, as a result, the control dynamic range when the boost signal Bst is inactive can be widened. .

<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; Part 2>
FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration example of the selection unit 365 used in the local voltage supply unit 162 of the second example. As shown in the drawing, the selection unit 365 of the second example is configured to include two NAND gates 612 and 614 and inverters 616, 618, and 619. The boost signal Bst is supplied from the boost signal generation unit 362 to one input terminal of the NAND gate 612 and the inverter 616, and the boost signal NBst logically inverted by the inverter 616 is supplied to one input terminal of the NAND gate 614. It has become. A periodic signal OSCB obtained by logically inverting the periodic signal OSC output from the periodic signal generation unit 370 by the inverter 366 is input to the other input terminals of the NAND gates 612 and 614, and the respective outputs are connected to the corresponding inverters 618, The signals logically inverted at 619 are output as control signals S1 and S2, respectively.

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 NAND gate 614 to the periodic signal OSCB as it is as the control signal S1. On the other hand, when the boost signal Bst is active, only the output of the NAND gate 612 becomes effective, so that the switch 315 is driven using the periodic signal OSCB as it is as the control signal S2. Therefore, under the control of the boost signal Bst, the control by the output voltage Va of the error amplifying unit 350 and the control by the fixed potential of another system can be switched.

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; Part 3>
FIG. 17 is a diagram illustrating a third configuration example of the local voltage supply unit 162. Similar to the first example, the third configuration example of the local voltage supply unit 162 (also referred to as the local voltage supply unit 162 of the third example) has a configuration using a charge pump circuit, and the error amplification unit 350 is digitally configured. It is characterized in that it is changed to a configuration that operates by signal processing. In addition, regarding the point which changes the error amplification part 350 to the structure which operate | moves by digital signal processing, it is not restricted to adding a change with respect to a 1st example, but omits illustration, but it is the same also about a 2nd example. You can make changes to

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 unit 340 at the non-inverting input terminal (+), compares them, and outputs a comparison signal Vcomp is used.

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 periodic signal generator 370, and a U / D counter 354. An N-bit DA converter (DAC) 356 that converts numerical values (digital data) into an analog signal, and an analog signal output from the DA converter 356 are buffered and supplied to one input terminal IN1 of the selector 364. And a buffer amplifier 358.

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 / D counter 354 switches the count mode based on the comparison signal Vcomp that is the comparison result of the comparator 352. Specifically, the up-count operation is performed when the comparison signal Vcomp is at the H level, and the down-count operation is performed when the comparison signal Vcomp is at the L level.

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 buffer amplifier 358, an operational amplifier (operational amplifier OP) is used, and a voltage follower configuration in which the inverting output terminal (−) and the output terminal are directly connected is adopted. The analog signal from the DA conversion unit 356 is received by the non-inverting output terminal (+), and the buffered analog signal output is supplied to the input terminal IN1 of the selection unit 364.

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 comparator 352 compares the feedback voltage VFB obtained by dividing the output voltage Vout by the resistance elements 322 and 324 of the resistance dividing unit 320 with the reference voltage Vref0 to determine whether H (high) or L The (low) comparison signal Vcomp is output.

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 comparator 352 becomes L level, and the U / D counter 354 at the next stage functions as a down counter, and the periodic signal generator 370 The periodic signal OSC is used as a clock input and is counted down by N bits. As a result, the N-bit DA converter 356 outputs an analog signal that continuously decreases. The continuously decreasing analog signal is input to the input terminal IN1 of the selection unit 364 via the buffer amplifier 358.

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 selection unit 364 is inactive L, an analog signal that continuously decreases is supplied to the switch 314 as it is. Due to this operation, the pump capacitor 302 is charged with a larger amount of charge, so that the output voltage Vout approaches a negative set voltage. Since the comparison signal Vcomp of the comparator 352 is inverted when the output voltage Vout exceeds the negative set voltage, the U / D counter 354 switches to the up-count mode, and the local voltage supply unit 162 as a whole operates in reverse. That is, by performing an operation based on the continuously rising analog signal, the output voltage Vout is moved away from the negative set voltage. By repeating this operation, the local voltage supply unit 162 can supply a constant output voltage Vout to the load.

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 switches 311 to 314 (also 315 in the second example) of the charge pump switch group 310 is imaged. It can be difficult to appear.

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 pump capacitor 302 is connected to the input side power supply line VDD by switching on / off of the switch. Noise is generated at a high level on the side power supply line VDD, which can appear in the image. In order to avoid this, for example, by causing the U / D counter 354 to stop during the video period and to operate during the video blanking period, it is possible to prevent noise generation during switching from appearing in the video.

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 voltage supply unit 162. FIG. The fourth example is an example in which the local voltage supply unit 162 is applied to a reset power supply that supplies a predetermined power supply voltage to the reset transistor 36. Here, FIG. 18 is a diagram for explaining the relationship of the reset power supply. FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration example of the local voltage supply unit 162 applied to the reset power source.

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 voltage supply unit 162 is connected to the drain terminal of the reset transistor 36 so that a local voltage (hereinafter referred to as an internal voltage VINT) is supplied to the reset transistor 36. . As the internal voltage VINT, when the power supply voltage VDD is 3.0 V, a positive voltage (for example, 2.5 V) slightly lower than the power supply voltage VDD or a positive voltage (for example, 3.5 V) slightly higher than the power supply voltage VDD is used. Can be taken.

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 diffusion 38 is severe is considered. That is, since the voltage of the transfer gate (read selection transistor 34) is a negative voltage, if the potential difference between the floating diffusion 38 and the transfer gate becomes large, there is a concern about leakage or destruction of the oxide film in the floating diffusion 38, so only the reset voltage is used. Is kept lower than the power supply voltage VDD to solve the problem of withstand voltage.

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 transistor 42 configured as the source follower.

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 read selection transistor 34 and the reset transistor 36 are turned on at the same time, and a sudden load current flows to the reset power source. Therefore, the internal voltage VINT of the reset power supply changes due to a sudden load change, and this appears in the image.

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 voltage supply unit 162 that performs the operation according to the operation described in the above embodiment as the reset power supply, even when a sudden load fluctuation occurs in the reset power supply during the global shutter, The load fluctuation of the internal voltage VINT can be minimized. That is, the load transient response of the internal voltage VINT can be improved.

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 voltage supply unit 162 applied to such a reset power source may be configured as shown in FIG. 19, for example. The difference from the configuration of the first example shown in FIG. 5 is that the supply voltage to the input terminal IN2 of the selection unit 364 is changed in accordance with the fact that the output voltage Vout is not a negative voltage but a positive voltage, The connection mode of the switches 311 and 313 of the pump switch group 310 is changed. Here, the reference voltage generation unit 330 is removed and the second resistance element 324 of the resistance division unit 320 is directly grounded, but the reference voltage generation unit 330 may be provided.

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 selection unit 364 causes the power supply voltage VDD to be supplied to the input terminal IN2. In addition, one input / output terminal of the switch 313 is grounded, and one input / output terminal of the switches 311 and 314 is common to the control output terminal O1 of the switching control unit 360, specifically, the output terminal of the selection unit 364. Connect. Other points are the same as in the first example.

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 read selection transistor 34 and the reset transistor 36 are simultaneously turned on. Specifically, as shown in FIG. A predetermined period from the rise of the global shutter signal Shut.

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 signal generation unit 362 detects the rising edge of the global shutter signal Shut in the configuration shown in FIG. What is necessary is just to change to the structure which outputs the one-shot pulse Edge synchronized with the edge, and what is necessary is just to change the NAND gate 715 to an OR gate (refer FIG. 12 (B)).

<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; Part 5>
FIG. 20 is a diagram illustrating a fifth configuration example of the local voltage supply unit 162. The fifth configuration example of the local voltage supply unit 162 (also referred to as the local voltage supply unit 162 of the fifth example) is characterized in that a chopper type (PWM control inversion type) DC-DC converter using a coil is used. Have.

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 voltage supply unit 162 of the fifth example is disposed between the switching transistor 402 made of a MOS-FET or the like, the coil 404, the flywheel diode 406, the output terminal, and the ground. And an output capacitor 408. The source terminal S of the switching transistor 402 is connected to the power supply VDD, and the drain terminal D is connected to the ground (GND) via the coil 404. The flywheel diode 406 has a cathode terminal connected to the drain terminal D of the switching transistor 402 and an anode terminal connected to the output terminal, that is, the output capacitor 408.

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 voltage supply unit 162 of the fifth example includes a resistance dividing unit 420 including a first resistance element 422 (resistance value R1) and a second resistance element 424 (resistance value R2) that divides the output voltage Vout. And a reference voltage generator 430 that sets a reference voltage Vrefout for the resistor divider 420. The resistor divider 420 has the same function as the resistor divider 320, and the reference voltage generator 430 has the same function as the reference voltage generator 330.

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 voltage supply unit 162 of the fifth example has a reference voltage generation unit 440 that generates the reference voltage Vref0 and a feedback voltage VFB obtained by dividing the output voltage Vout by the resistance division unit 320 at the non-inverting input terminal (+). And an error amplification unit (error amplifier unit) 450 that receives the reference voltage Vref0 from the reference voltage generation unit 340 at the inverting input terminal (−) and amplifies or attenuates the difference between the feedback voltage VFB and the reference voltage Vref0. . The reference voltage generator 440 has the same function as the reference voltage generator 340, and the error amplifier 450 has the same function as the error amplifier 350.

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 voltage supply unit 162 of the fifth example receives the output voltage or output current of the error amplification unit 450 at one inverting input terminal (−), and directly or indirectly turns on / off the switching transistor 402. A PWM (Pulse Width Modulation) controller 460 that functions as an on / off controller supplied as a control signal, and a period for supplying a predetermined periodic signal such as a triangular wave to the non-inverting input terminal (+) of the PWM controller 460 A signal generation unit 470 and a DTC generation unit 480 that supplies a DTC (dead time control) signal including a soft start function to the other inverting input terminal (−) of the PWM control unit 460 are provided.

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 signal generation unit 462 having the same function as the boost signal generation unit 362 and a selection unit 464 having the same function as the selection unit 364 are provided. The selection unit 464 is disposed between the output of the error amplification unit 450 and one inverting input terminal (−) of the PWM control unit 460.

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 signal generation unit 462 and the selection unit 464, the switching transistor 402, the coil 404, the flywheel diode 406, the output capacitance for generating the output voltage Vout as the local voltage based on the boost signal Bst corresponding to the trigger signal TRG An operating point switching unit that switches the operating point of the switching operation of the switching unit 408 is configured.

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 selection unit 464 of the fifth example, the output voltage Va of the error amplification unit 450 is supplied to one input terminal IN1, and a fixed potential (power supply voltage VDD in this example) is supplied to the other input terminal IN2, and its control output The output voltage control signal Sout is supplied from the terminal O1 to the PWM controller 460.

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 selection unit 464 is supplied with the boost signal Bst generated by the boost signal generation unit 462 at its control input terminal, and is controlled by the output voltage Va of the error amplification unit 450 under the control of the boost signal Bst. Switching between control and control using a fixed potential of another system (in this example, the power supply voltage VDD) is switched.

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 selection unit 464 of the fifth example selects and outputs the output voltage Va of the error amplification unit 450 to the control output terminal O1, while the boost signal Bst is active. In some cases, a fixed potential (in this example, the power supply voltage VDD) of a system different from that of the error amplifier 450 is selected and output to the control output terminal O1. In other words, based on the trigger signal TRG indicating the trigger of overload such as during global shutter, the control loop is changed from the operation based on the amplifier output value Va according to the boost signal Bst that is active H only for a predetermined period (boost period). The operation is switched to an operation based on an arbitrary fixed voltage (which may be an arbitrary voltage higher than the DTC level, which is the power supply voltage VDD in this example).

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 voltage generation unit 430, and a cascade connection circuit of the resistance elements. Two comparators that compare two voltage dividing points with the generated periodic signal OSC (for example, triangular wave), RS latch that receives each output of this comparator, cascaded between power supply and ground, and controlled by the output of RS latch Inverter, a power source for supplying a constant current to the inverter, two constant current power sources connected to the ground side, and a capacitor.

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 generation unit 480 includes, for example, a cascade connection circuit of two resistance elements that perform a voltage dividing function with respect to the reference voltage Vrefout from the reference voltage generation unit 430, and a cascade connection circuit of resistance elements. The capacitor includes a capacitor connected between the voltage dividing point and the ground, and a switching transistor that receives the supply of the low voltage malfunction prevention release delay signal and controls the voltage dividing point of the cascade connection circuit of the resistor elements.

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 DTC generation unit 480. The output of the pulse signal by controlling the duty width is constituted by a comparator as an example.

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 transistor 402 via the output buffer 490. The output buffer 490 can include a function of controlling the output of the pulse signal whose duty width is controlled based on the low voltage malfunction prevention signal.

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 voltage supply unit 162 of the fifth example having such a configuration functions as a DC-DC converter that performs a step-up operation by turning on / off the switching transistor 402 by PWM control. To do. At this time, the DTC control by the DTC generation unit 480 suppresses a change in the maximum duty ratio of the pulse to avoid a malfunction at the time of power-on.

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 resistance divider 420 is used to perform the operation of outputting the voltage after adjusting the supplied voltage by changing the ratio of the ON / OFF period of the switching transistor 402. Any of the DTC voltage value that combines the output voltage of the error amplifier 450 that amplifies and outputs the difference of the feedback voltage VFB from the reference voltage Vref0 and the voltage value that determines the upper limit value of the duty ratio of the switching transistor 402 and the soft start time. The PWM control unit 460 compares the voltage on the lower side with the voltage value of the periodic signal OSC such as a triangular wave, and the chopper type boosting switching regulator adopts the PWM control technique for controlling the switching of the switching transistor 402. .

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 transistor 402 is turned on by a pulse PWM-controlled by the PWM controller 460, a switch is made from the input voltage (power supply voltage VDD in this example) to the coil 404. A current flows, energy is stored in the coil 404, and when the switching transistor 402 is turned off, a current that retains the energy stored in the coil 404 is rectified by the flywheel diode 406, and the output is output to the output capacitance. The step-up operation is performed by smoothing at 408.

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 transistor 402. Is done.

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 voltage generation unit 430. Since it can be created by resistance voltage division, the periodic signal OSC and the maximum duty are synchronized, and variations in the maximum duty can be prevented.

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 voltage supply unit 162 using the coil shown here is merely an example, and various modifications are possible (see, for example, JP-A-2004-40859).

<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 voltage supply unit 162 of the fifth example. Here, FIG. 21A shows an operation state when the selection unit 464 is not provided, and FIG. 21B shows an operation state when the selection unit 464 is provided. In both cases, the boost signal Bst is activated at the time of the global shutter.

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 voltage supply unit 162 of the fifth example is a negative feedback circuit as a whole control amplifier configuration centering on the error amplification unit 450 and the PWM control unit 460, and is a resistance of the reference voltage Vref0 and the output voltage Vout. The divided voltage (feedback voltage VFB) by the dividing unit 420 is controlled to be equal. Therefore, by adjusting the division ratio of the reference voltage Vref0 by the reference voltage generator 440, the reference voltage Vrefout by the reference voltage generator 430, or the output voltage Vout by the resistor divider 420, the output current supply capability and the output voltage value can be adjusted. Can be changed.

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 resistance dividing unit 420 between the output voltage Vout and the reference voltage Vrefout, and the output voltage Vout has not reached the set voltage. Sometimes the output voltage Va of the error amplifier 450 increases.

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 selection unit 464 is not provided and the output of the error amplification unit 450 and one inverting input terminal (−) of the PWM control unit 460 are directly connected, as shown in FIG. The PWM control unit 460 compares the value Va with a DTC level that determines the maximum on-time of the switching transistor 402 and a periodic signal OSC such as a triangular wave, and the PWM signal as a result of the comparison is sent via the output buffer 490 to the switching transistor. The gate of 402 is driven. When the output voltage Vout is at the set voltage, the PWM control unit 460 drives the switching transistor 402 with a constant pulse width that is a constant frequency.

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 voltage supply unit 162 of the fifth example, the selection unit 464 is provided, and the active voltage is set to active H during the boost period based on the trigger signal TRG indicating the trigger for overload such as during global shutter. The control loop can be switched from an operation based on the amplifier output value Va to an operation based on an arbitrary fixed voltage according to the boost signal Bst. As a result, the PWM control unit 460 selects the maximum width set by the DTC level for the ON time of the switching transistor 402.

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 voltage supply unit 162 in this example) simultaneously with the load fluctuation that may occur at the time of the global shutter that requires the entire simultaneous shutter. The capacity can be increased instantaneously, and the load fluctuation of the output voltage Vout can be minimized as shown by the solid line in the figure, compared to the case where the present embodiment shown by the dotted line in the figure is not applied. That is, the load transient response of the output voltage Vout can be improved.

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 voltage supply unit 162. By switching the voltage, the load fluctuation of the output voltage Vout can be minimized.

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.

図1は、本発明に係る撮像装置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。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a CMOS solid-state imaging device which is an embodiment of an imaging device according to the present invention. 単位画素の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of a unit pixel. 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。It is a figure which shows the basic structural example for applying a local voltage. 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。It is a figure explaining the method of driving a transistor so that a low level may become a negative voltage. ローカル電圧供給部の第1の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 1st structural example of a local voltage supply part. 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(その1)である。It is FIG. (1) explaining the exposure control (electronic shutter) function in an XY address type imaging device. 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(その2)である。It is FIG. (2) explaining the exposure control (electronic shutter) function in an XY address type imaging device. 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(その1)である。It is FIG. (1) explaining the global shutter function which used a mechanical shutter together. 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(その2)である。It is FIG. (2) explaining the global shutter function which used a mechanical shutter together. グローバルシャッタ時にローカル電圧供給部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。It is a figure which shows an example of the operation | movement sequence explaining the influence which acts on a local voltage supply part at the time of a global shutter. ブースト信号生成部を説明する図である。It is a figure explaining a boost signal generation part. エッジ検出部の動作を説明するタイミングチャートである。It is a timing chart explaining operation of an edge detection part. 第1例のローカル電圧供給部に使用される選択部の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the selection part used for the local voltage supply part of a 1st example. 第1例のローカル電圧供給部における選択部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。It is a figure which shows an example of the switching operation sequence of the control loop by the selection part in the local voltage supply part of a 1st example. ローカル電圧供給部の第2の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd structural example of a local voltage supply part. 第2例のローカル電圧供給部に使用される選択部の一構成例を示す図である。It is a figure which shows one structural example of the selection part used for the local voltage supply part of a 2nd example. ローカル電圧供給部の第3の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd structural example of a local voltage supply part. ローカル電圧供給部の第4の構成例を説明する図(その1)である。It is FIG. (1) explaining the 4th structural example of a local voltage supply part. ローカル電圧供給部の第4の構成例を説明する図(その2)である。It is FIG. (2) explaining the 4th structural example of a local voltage supply part. ローカル電圧供給部の第5の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 5th structural example of a local voltage supply part. 第5例のローカル電圧供給部の動作シーケンスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the operation | movement sequence of the local voltage supply part of a 5th example. 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を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional local voltage supply part using a charge pump circuit. 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。It is a figure explaining the window mode which cuts out and uses a part of image.

符号の説明Explanation of symbols

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 SYMBOLS 1 ... Solid-state imaging device, 3 ... Unit pixel, 5 ... Pixel signal generation part, 7 ... Drive control part, 10 ... Imaging part, 12 ... Horizontal scanning part, 14 ... Vertical scanning part, 15 ... Vertical control line, 16 ... Drive Signal operation unit, 18 ... vertical signal line, 20 ... column processing unit, 22 ... column signal processing unit, 32 ... charge generation unit, 34 ... read selection transistor, 36 ... reset transistor, 38 ... floating diffusion, 40 ... vertical selection Transistor, 42 ... amplifying transistor, 86 ... horizontal signal line, 88 ... output circuit, 150 ... transfer drive buffer, 152 ... reset drive buffer, 154 ... selection drive buffer, 160 ... level shifter, 161 ... output buffer, 162 ... local Voltage supply unit 302 ... pump capacity 304 ... output capacity 310 ... charge pump switch group 311 to 314 ... , 320: resistance dividing unit, 330: reference voltage generating unit, 340 ... reference voltage generating unit, 350 ... error amplifying unit, 360 ... switching control unit, 362 ... boost signal generating unit, 364, 365 ... selection unit, 370 ... Periodic signal generation unit, 382 ... gain phase correction unit, 402 ... switching transistor, 404 ... coil, 406 ... flywheel diode, 408 ... output capacitance, 420 ... resistance division unit, 430 ... reference voltage generation unit, 440 ... reference voltage generation 450, error amplification unit, 460 ... PWM control unit, 462 ... boost signal generation unit, 464 ... selection unit, 470 ... periodic signal generation unit, 480 ... DTC generation unit, 490 ... output buffer

Claims (3)

物理量の変化を検知する検知部と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含む単位構成要素を複数有し、当該複数の単位構成要素が所定の順に配された撮像装置であって、
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 .
前記誤差増幅部が、デジタル信号処理回路で構成される
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 .
物理量の変化を検知する検知部と該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含む単位構成要素を複数有し、当該複数の単位構成要素が所定の順に配され、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
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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