JP5975322B2 - 固体撮像素子の駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、CCD(charge coupled device)等の固体撮像素子を駆動する駆動装置に関し、特に、CCD(固体撮像素子)の駆動能力を変えることが可能な駆動装置に関する。
従来から、CCD等の固体撮像素子の駆動能力を変えることが可能な駆動装置が、種々提案されている。
例えば、特開2002−27333号公報(特許文献1)は、CCD固体撮像素子の水平CCD駆動パルスの出力部を、n個(nは複数)の3ステイトバッファを並列接続して構成した「固体撮像素子の駆動装置」を開示している。この特許文献1に開示された駆動装置では、CCD固体撮像素子の端子負荷容量に応じて、それぞれの3ステイトバッファの状態をコントロールラインで制御することで、出力部から出力される水平CCD駆動パルスの駆動能力を変更している。
また、特開2004−248003号公報(特許文献2)は、第1のインバータ、ORゲート、ANDゲート、第2のインバータ、第1のトランジスタおよび第2のトランジスタから構成される駆動回路を開示している。第1のインバータは、タイミング制御回路からのタイミング信号を反転し、第1のノードから駆動クロックとして固体撮像素子に供給する。第1のトランジスタは、Pチャンネル型MOSトランジスタであり、電源と第2のノードとの間に接続されている。第2のトランジスタは、Nチャンネル型MOSトランジスタであり、接地点と第2のノードとの間に接続されている。第2のインバータは設定値を反転する。ORゲートは、タイミング信号と反転した設定値との論理和を取って、その論理和出力を第1のトランジスタのゲートに供給する。ANDゲートは、タイミング信号と設定値との論理積を取って、その論理積出力を第2のトランジスタのゲートに供給する。この駆動回路は、駆動能力の切り替えが2段の場合の回路であるが、ORゲート、ANDゲート、第2のインバータ、第1及び第2のトランジスタからなる構成を、第1のインバータに対して、3段、4段と並列に接続していくことで、より多段な切り替えが可能となる。
特開2006−108757号公報(特許文献3)は、駆動能力の異なる複数のCCDイメージセンサに対する回路の共通化が図られ、コスト低減及び設計時間の短縮を実現できる「CCD駆動回路」を開示している。この特許文献3に開示されたCCD駆動回路は、CCDイメージセンサに出力する駆動信号を生成する駆動信号生成部と、CCD駆動能力情報を入手する駆動能力情報入手部と、この駆動能力情報入手部によって入手された駆動能力に応じた駆動信号を駆動信号生成手段に生成させる制御部とを備える。駆動信号生成部は、各々がトライステートバッファ等からなる複数の駆動信号生成回路を備える。これら駆動信号生成回路は互いに並列に接続されている。制御部は、駆動能力情報が示す個数分だけ、駆動信号生成部内の駆動信号生成回路を駆動させる。駆動された駆動信号生成回路の出力は集合されて、駆動信号として、CCDイメージセンサに出力される。
特開2007−336300号公報(特許文献4)は、消費電力の最適化を実現する撮像装置を開示している。この特許文献4に開示された撮像装置は、被写体の光学像を電気信号として撮像する固体撮像素子と、固体撮像素子に対して、電気信号を読み出すための駆動信号を出力するタイミングパルス発生回路と、当該撮像装置の動作状態に応じて、タイミングパルス発生回路から出力する駆動信号の駆動能力(駆動電流)を制御するCPUとを具備している。
特開2002−27333号公報 特開2004−248003号公報([0029]〜[0040]、図2) 特開2006−108757号公報 特開2007−336300号公報(図3)
前述した特許文献1〜4には次に述べるような問題点がある。
特許文献1では、3ステイトバッファの状態をコントロールラインで制御しているが、そのコントロールラインの制御方法について何ら開示していない。また、特許文献1では、コントロールラインが、直接、各3ステートバッファに接続されて、各3ステートバッファを制御しているので、各3ステートバッファのオン/オフを制御するために、多数のコントロールラインが必要となる。
特許文献2では、選択する段数を増やすためには、ORゲート、ANDゲート、第2のインバータ、第1及び第2のトランジスタからなる構成を、第1のインバータに対して、3段、4段と並列に接続する必要があり、部品点数が段数に応じて増加してしまう。さらに、特許文献2では、ORゲート、ANDゲート、第2のインバータ、第1及び第2のトランジスタからなる構成毎に、設定値を設定しなければならず、段数を増やすためには、多数の設定値が必要となる。
特許文献3においては、トライステートバッファ(駆動信号生成回路)のオン/オフを制御部から出力されるセレクト信号によって行っている。その結果、上記特許文献1と同様に、特許文献3でも、各トライステートバッファ(駆動信号生成回路)のオン/オフを制御するために、多数のセレクト信号が必要となる。
特許文献4においては、CPUがドライブ電流値(制御データ)をタイミングパルス発生回路へ設定し、タイミングパルス発生回路は、設定されたドライブ電流値で固体撮像素子を駆動している。しかしながら、特許文献4では、タイミングパルス発生回路の具体的な回路構成については何ら開示していない。
本発明の目的は、少数の制御信号で、駆動回路内の駆動すべきFETの並列個数を容易に切り換えることができる、固体撮像素子の駆動装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、少数の制御信号で、駆動回路内の駆動すべきFETの並列個数を、所定数を1単位として、任意に切り換えることができる、固体撮像素子の駆動装置を提供することにある。
本発明の固体撮像素子の駆動装置は、固体撮像素子を駆動する駆動装置であって、少なくとも1つの駆動回路と、この駆動回路を制御する制御信号を出力する制御回路とを備え、駆動回路は、並列に接続された(M×2(n−1))(Mは1以上の整数、nは1からNまでの変数)個のPチャネルFETと、並列に接続された(M×2(n−1))個のNチャネルFETとを含み、(M×2(n−1))個のPチャネルFETのドレインと(M×2(n−1))個のNチャネルFETのドレインとが接続され、第1乃至第N(Nは2以上の整数)の選択動作駆動信号を選択的に出力する第1乃至第Nの選択動作駆動部と;入力信号と制御信号とに応答して、第1乃至第Nの選択動作駆動部を選択的に駆動する選択回路と;第1乃至第Nの選択動作駆動信号を合成して、合成した駆動信号を固体撮像素子へ供給する供給手段と;から構成されることを特徴とする。
本発明では、少数の制御信号で、駆動回路内の駆動すべきFETの並列個数を容易に切り換えることができる。
本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の駆動装置を示すブロック図である。 図1に示した駆動装置に使用される、第1の駆動回路を示す回路図である。 図2に示した第1の駆動回路に入出力される信号の波形図である。 図1に示した駆動回路に使用される、制御回路(シリアルインタフェース)で入出力される信号のタイムチャートである。
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の駆動装置について、詳細に説明する。ただし、本発明の実施の形態で例示した構造および構成は、その効果を発現させるための一例であり、その構造および構成は、これ以前および以降に示したものに限定されるわけではない。
図1は、本発明の一実施の形態に係る固体撮像素子の駆動装置10の構成を示すブロック図である。図示の例では、固体撮像素子はCCDから成るが、これに限定されるものではない。以下では、固体撮像素子の駆動装置10を、単に「駆動装置」と呼ぶことにする。駆動装置10は、図示しないCCD(固体撮像素子)へ駆動信号を送出する装置である。ここで、駆動信号には、周波数が数Hz程度の遅いものから、周波数が16MHz程度の速いものまである。駆動装置10は、これら全ての周波数を持つ駆動信号で、CCDを駆動できるようになっている。
図示の駆動装置10は、CCD駆動を最適化するために、外部コマンドによりCCDを駆動する駆動信号の駆動能力を可変できるようにしている。駆動信号のレベルは、外部から供給する電圧(電源電圧)によって任意に設定され得る。
図示の駆動装置10は、第1乃至第8の駆動回路20−1、20−2、・・・、20−8と、これら駆動回路20−1〜20−8を制御する制御回路30とを備える。図示の例では、駆動装置10は、8つの駆動回路20−1〜20−8を備えているが、少なくとも1つの駆動回路を備えていてよい。
図示の例では、駆動回路20−1〜20−8と制御回路30とを、アナログ特定用途向け集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)で実現した場合を示している。
駆動装置10は、後述するように、少数の制御信号で、駆動回路20−1〜20−8内の駆動すべきFET(CMOSFET)の並列個数を、所定数M(Mは1以上の整数)を1単位として、任意に切り換えることができる。図示の例では、所定数Mは、10に設定してある。
図示の例では、第1の駆動回路20−1を“DRV回路 CH1”と記し、第2の駆動回路20−2を“DRV回路 CH2”と記し、第8の駆動回路20−8を“DRV回路 CH8”と記している。第1乃至第8の駆動回路20−1〜20−8は同様の構成をしている。したがって、以下では、主に第1の駆動回路20−1について詳細に説明する。
図2は、第1の駆動回路20−1の内部構成を詳細に示す回路図である。第1の駆動回路20−1は、常時動作駆動部210と、第1乃至第N(Nは2以上の整数)の選択動作駆動部とを含む。図示の例では、Nは8に等しい。したがって、第1の駆動回路20−1は、第1乃至第8の選択動作駆動部221〜228を含む。
常時動作駆動部210は、並列に接続された10個のPチャネルMOSFET210Pと、並列に接続された10個のNチャネルMOSFET210Nとを含む。10個のPチャネルMOSFET210Pのドレインと10個のNチャネルMOSFET210Nのドレインとが接続されている。すなわち、常時動作駆動部210は、10個の相補形MOS(CMOS)FETから構成されている。常時動作駆動部210は、常時動作駆動信号を常時出力する回路である。
第1の選択動作駆動部221は、並列に接続された(10×2)個のPチャネルMOSFET221Pと、並列に接続された(10×2)個のNチャネルMOSFET221Nとを含む。10個のPチャネルMOSFET221Pのドレインと10個のNチャネルMOSFET221Nのドレインとが接続されている。すなわち、第1の選択動作駆動部221は、10個のCMOSFETから構成されている。第1の選択動作駆動部221は、後述するように、第1の選択動作駆動信号を選択的に出力する回路である。
第2の選択動作駆動部222は、並列に接続された(10×2)個のPチャネルMOSFET222Pと、並列に接続された(10×2)個のNチャネルMOSFET222Nとを含む。20個のPチャネルMOSFET222Pのドレインと20個のNチャネルMOSFET222Nのドレインとが接続されている。すなわち、第2の選択動作駆動部222は、20個のCMOSFETから構成されている。第2の選択動作駆動部222は、後述するように、第2の選択動作駆動信号を選択的に出力する回路である。
第3の選択動作駆動部223は、並列に接続された(10×2)個のPチャネルMOSFET223Pと、並列に接続された(10×2)個のNチャネルMOSFET223Nとを含む。40個のPチャネルMOSFET223Pのドレインと40個のNチャネルMOSFET223Nのドレインとが接続されている。すなわち、第3の選択動作駆動部223は、40個のCMOSFETから構成されている。第3の選択動作駆動部223は、後述するように、第3の選択動作駆動信号を選択的に出力する回路である。
第4の選択動作駆動部224は、並列に接続された(10×2)個のPチャネルMOSFET224Pと、並列に接続された(10×2)個のNチャネルMOSFET224Nとを含む。80個のPチャネルMOSFET224Pのドレインと80個のNチャネルMOSFET224Nのドレインとが接続されている。すなわち、第4の選択動作駆動部224は、80個のCMOSFETから構成されている。第4の選択動作駆動部224は、後述するように、第4の選択動作駆動信号を選択的に出力する回路である。
第5の選択動作駆動部225は、並列に接続された(10×2)個のPチャネルMOSFET225Pと、並列に接続された(10×2)個のNチャネルMOSFET225Nとを含む。160個のPチャネルMOSFET225Pのドレインと160個のNチャネルMOSFET225Nのドレインとが接続されている。すなわち、第5の選択動作駆動部225は、160個のCMOSFETから構成されている。第5の選択動作駆動部225は、後述するように、第5の選択動作駆動信号を選択的に出力する回路である。
第6の選択動作駆動部226は、並列に接続された(10×2)個のPチャネルMOSFET226Pと、並列に接続された(10×2)個のNチャネルMOSFET226Nとを含む。320個のPチャネルMOSFET226Pのドレインと320個のNチャネルMOSFET226Nのドレインとが接続されている。すなわち、第6の選択動作駆動部226は、320個のCMOSFETから構成されている。第6の選択動作駆動部226は、後述するように、第6の選択動作駆動信号を選択的に出力する回路である。
第7の選択動作駆動部227は、並列に接続された(10×2)個のPチャネルMOSFET227Pと、並列に接続された(10×2)個のNチャネルMOSFET227Nとを含む。640個のPチャネルMOSFET227Pのドレインと640個のNチャネルMOSFET227Nのドレインとが接続されている。すなわち、第7の選択動作駆動部227は、640個のCMOSFETから構成されている。第7の選択動作駆動部227は、後述するように、第7の選択動作駆動信号を選択的に出力する回路である。
第8の選択動作駆動部228は、並列に接続された(10×2)個のPチャネルMOSFET228Pと、並列に接続された(10×2)個のNチャネルMOSFET228Nとを含む。1280個のPチャネルMOSFET228Pのドレインと1280個のNチャネルMOSFET228Nのドレインとが接続されている。すなわち、第8の選択動作駆動部224は、1280個のCMOSFETから構成されている。第8の選択動作駆動部224は、後述するように、第8の選択動作駆動信号を選択的に出力する回路である。
図2に加えて図1をも参照して、制御回路30は、外部コマンドに応答して、制御信号として、第1乃至第8の選択動作駆動部221〜228をそれぞれ選択的に動作させるための第1乃至第8の選択信号を出力するコマンドデコーダ(シリアルインタフェース)から構成される。
図示の駆動装置10では、第1の駆動回路20−1は、第1の入力信号として、互いに逆相の関係になっている一対の逆相入力信号DINN1およびDINP1を受ける。同様に、第2の駆動回路20−2は、第2の入力信号として、互いに逆相の関係になっている一対の逆相入力信号DINN2およびDINP2を受ける。第8の駆動回路20−8は、第8の入力信号として、互いに逆相の関係になっている一対の逆相入力信号DINN8およびDINP8を受ける。
第1の駆動回路20−1において、常時動作駆動部210および第1乃至第8の選択動作駆動部221〜228を構成する各々のPチャネルMOSFETのソースには、第1の電源電圧VHH1が供給されている。また、常時動作駆動部210および第1乃至第8の選択動作駆動部221〜228を構成する各々のNチャネルMOSFETのソースには、第1の電源電圧VHH1より低い第2の電源電圧VLL1が供給されている。
これにより、第1の駆動回路20−1から出力される第1の駆動信号のレベルは、外部から供給される第1および第2の電源電圧VHH1、VLL1によって任意に設定され得る。
同様に、第2の駆動回路20−2において、常時動作駆動部および第1乃至第8の選択動作駆動部を構成する各々のPチャネルMOSFETのソースには、第1の電源電圧VHH2が供給されている。また、常時動作駆動部および第1乃至第8の選択動作駆動部を構成する各々のNチャネルMOSFETのソースには、第1の電源電圧VHH2より低い第2の電源電圧VLL2が供給されている。
第8の駆動回路20−8において、常時動作駆動部および第1乃至第8の選択動作駆動部を構成する各々のPチャネルMOSFETのソースには、第1の電源電圧VHH8が供給されている。また、常時動作駆動部および第1乃至第8の選択動作駆動部を構成する各々のNチャネルMOSFETのソースには、第1の電源電圧VHH8より低い第2の電源電圧VLL8が供給されている。
図2に示されるように、第1の駆動回路20−1は、電圧レベル変換器231と、差動/シングル切り替え器232とを含む。電圧レベル変換器231には、一対の逆相入力信号DINN1、DINP1と第1のセレクト信号SEL1とが供給される。電圧レベル変換器231は、一対の逆相入力信号DINN1、DINP1の電圧レベルを変換する。差動/シングル切り替え器232は、第1のセレクト信号SEL1に応答して、電圧レベル変換器231から出力された変換電圧レベルに対して、「差動」と「シングル駆動」との切り替えを行う。
詳述すると、第1のセレクト信号SEL1が「差動」を指示している場合、電圧レベル変換器231には、駆動入力信号として互いに逆相の関係になっている一対の逆相入力信号DINN1、DINP1が入力される。一方、第1のセレクト信号SEL1を論理”H“レベルか論理”L“レベルに設定することにより、第1のセレクト信号SEL1が「シングル駆動」を指示している場合、電圧レベル変換器231には、駆動入力信号として一方の入力信号DINP1のみが入力され、他方の入力信号DINN1をオープンにして使用することが出来る。
とにかく、電圧レベル変換器231と差動/シングル切り替え器232との組み合わせは、一対の逆相入力信号DINN1、DINP1から互いに逆論理レベルを持つ第1および第2の論理入力信号を生成する論理レベル生成回路230として動作する。
第1の駆動回路20−1は、常時動作用NANDゲート240Pと、常時動作用ANDゲート240Nとを有する。常時動作用NANDゲート240Pは、第1の論理入力信号同士のNANDを取って、常時動作用NAND結果を10個のPチャネルMOSFET210Pのゲートに供給する。常時動作用ANDゲート240Nは、第2の論理入力信号同士の論理積を取って、常時動作用AND結果を10個のNチャネルMOSFET210Nのゲートに供給する。したがって、常時動作用NANDゲート240Pと常時動作用ANDゲート240Nとの組み合わせは、第1および第2の論理入力信号に応答して、常時動作駆動部210を常に動作させる信号を常時動作駆動部210へ供給する動作回路として働く。換言すれば、動作回路は、入力信号(DINN1、DINP1)に応答して、常時動作駆動部210を常に動作させる回路である。
コマンドデコーダ(シリアルインタフェース)30は、第1の駆動回路20−1へ、第1乃至第8の選択信号として、第1乃至第8の選択動作駆動部221〜228をそれぞれ選択するために、互いに逆極性の第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7および第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lを出力する。
同様に、コマンドデコーダ(シリアルインタフェース)30は、第2の駆動回路20−2へ、第1乃至第8の選択信号として、第1乃至第8の選択動作駆動部をそれぞれ選択するために、互いに逆極性の第1乃至第8の正選択信号CH2D0〜CH2D7および第1乃至第8の負選択信号CH2D0L〜CH2D7Lを出力する。
コマンドデコーダ(シリアルインタフェース)30は、第8の駆動回路20−8へ、第1乃至第8の選択信号として、第1乃至第8の選択動作駆動部をそれぞれ選択するために、互いに逆極性の第1乃至第8の正選択信号CH8D0〜CH8D7および第1乃至第8の負選択信号CH8D0L〜CH8D7Lを出力する。
第1の駆動回路20−1は、第1乃至第8の選択動作用NANDゲート251P〜258Pと、第1乃至第8の選択動作用ANDゲート251N〜258Nとを有する。
第1の選択動作用NANDゲート251Pは、第1の論理入力信号と第1の正選択信号CH1D0とのNANDを取って、第1の選択動作用NAND結果を10個のPチャネルMOSFET221Pのゲートに供給する。第1の選択動作用ANDゲート251Nは、第2の論理入力信号と第1の負選択信号CH1D0Lとの論理積を取って、第1の選択動作用AND結果を10個のNチャネルMOSFET221Nのゲートに供給する。したがって、第1の選択動作用NANDゲート251Pと第1の選択動作用ANDゲート251Nとの組み合わせは、第1の選択信号(CH1D0、CH1D0L)に応答して、第1の選択動作駆動部221を選択的に駆動する第1の選択回路部として働く。
第2の選択動作用NANDゲート252Pは、第1の論理入力信号と第2の正選択信号CH1D1とのNANDを取って、第2の選択動作用NAND結果を20個のPチャネルMOSFET222Pのゲートに供給する。第2の選択動作用ANDゲート252Nは、第2の論理入力信号と第2の負選択信号CH1D1Lとの論理積を取って、第2の選択動作用AND結果を20個のNチャネルMOSFET222Nのゲートに供給する。したがって、第2の選択動作用NANDゲート252Pと第2の選択動作用ANDゲート252Nとの組み合わせは、第2の選択信号(CH1D1、CH1D1L)に応答して、第2の選択動作駆動部222を選択的に駆動する第2の選択回路部として働く。
第3の選択動作用NANDゲート253Pは、第1の論理入力信号と第3の正選択信号CH1D2とのNANDを取って、第3の選択動作用NAND結果を40個のPチャネルMOSFET223Pのゲートに供給する。第3の選択動作用ANDゲート253Nは、第2の論理入力信号と第3の負選択信号CH1D2Lとの論理積を取って、第3の選択動作用AND結果を40個のNチャネルMOSFET223Nのゲートに供給する。したがって、第3の選択動作用NANDゲート253Pと第3の選択動作用ANDゲート253Nとの組み合わせは、第3の選択信号(CH1D2、CH1D2L)に応答して、第3の選択動作駆動部223を選択的に駆動する第3の選択回路部として働く。
第4の選択動作用NANDゲート254Pは、第1の論理入力信号と第4の正選択信号CH1D3とのNANDを取って、第4の選択動作用NAND結果を80個のPチャネルMOSFET224Pのゲートに供給する。第4の選択動作用ANDゲート254Nは、第2の論理入力信号と第4の負選択信号CH1D3Lとの論理積を取って、第4の選択動作用AND結果を80個のNチャネルMOSFET224Nのゲートに供給する。したがって、第4の選択動作用NANDゲート254Pと第4の選択動作用ANDゲート254Nとの組み合わせは、第4の選択信号(CH1D3、CH1D3L)に応答して、第4の選択動作駆動部224を選択的に駆動する第4の選択回路部として働く。
第5の選択動作用NANDゲート255Pは、第1の論理入力信号と第5の正選択信号CH1D4とのNANDを取って、第5の選択動作用NAND結果を160個のPチャネルMOSFET225Pのゲートに供給する。第5の選択動作用ANDゲート255Nは、第2の論理入力信号と第5の負選択信号CH1D4Lとの論理積を取って、第5の選択動作用AND結果を160個のNチャネルMOSFET225Nのゲートに供給する。したがって、第5の選択動作用NANDゲート255Pと第5の選択動作用ANDゲート255Nとの組み合わせは、第5の選択信号(CH1D4、CH1D4L)に応答して、第5の選択動作駆動部225を選択的に駆動する第5の選択回路部として働く。
第6の選択動作用NANDゲート256Pは、第1の論理入力信号と第6の正選択信号CH1D5とのNANDを取って、第6の選択動作用NAND結果を320個のPチャネルMOSFET226Pのゲートに供給する。第6の選択動作用ANDゲート256Nは、第2の論理入力信号と第6の負選択信号CH1D5Lとの論理積を取って、第6の選択動作用AND結果を320個のNチャネルMOSFET226Nのゲートに供給する。したがって、第6の選択動作用NANDゲート256Pと第6の選択動作用ANDゲート256Nとの組み合わせは、第6の選択信号(CH1D5、CH1D5L)に応答して、第6の選択動作駆動部226を選択的に駆動する第6の選択回路部として働く。
第7の選択動作用NANDゲート257Pは、第1の論理入力信号と第7の正選択信号CH1D6とのNANDを取って、第7の選択動作用NAND結果を640個のPチャネルMOSFET227Pのゲートに供給する。第7の選択動作用ANDゲート257Nは、第2の論理入力信号と第7の負選択信号CH1D6Lとの論理積を取って、第7の選択動作用AND結果を340個のNチャネルMOSFET227Nのゲートに供給する。したがって、第7の選択動作用NANDゲート257Pと第7の選択動作用ANDゲート257Nとの組み合わせは、第7の選択信号(CH1D6、CH1D6L)に応答して、第7の選択動作駆動部227を選択的に駆動する第7の選択回路部として働く。
第8の選択動作用NANDゲート258Pは、第1の論理入力信号と第8の正選択信号CH1D7とのNANDを取って、第8の選択動作用NAND結果を1280個のPチャネルMOSFET228Pのゲートに供給する。第8の選択動作用ANDゲート258Nは、第2の論理入力信号と第8の負選択信号CH1D7Lとの論理積を取って、第8の選択動作用AND結果を1280個のNチャネルMOSFET228Nのゲートに供給する。したがって、第8の選択動作用NANDゲート258Pと第8の選択動作用ANDゲート258Nとの組み合わせは、第8の選択信号(CH1D7、CH1D7L)に応答して、第8の選択動作駆動部228を選択的に駆動する第8の選択回路部として働く。
とにかく、第1乃至第8の選択回路部の組み合わせは、入力信号と制御信号とに応答して、第1乃至第8の選択動作駆動部221〜228を選択的に駆動する選択回路として働く。
図2に示されるように、第1の駆動回路20−1において、常時動作駆動部210の出力端子(すなわち、10個のCMOSFETのドレイン)と、第1乃至第8の選択動作駆動部221〜228の出力端子(すなわち、(10×2)個のCMOSFETのドレイン)とは、信号線260によって互いに接続されている。したがって、この信号線260は、常時動作駆動信号と第1乃至第8の選択動作駆動信号とを合成し、合成した第1の駆動信号DOUT1を固体撮像素子(CCD)へ供給する供給手段として働く。
同様にして、第2の駆動回路20−2は、合成した第2の駆動信号DOUT2を固体撮像素子(CCD)へ供給し、第8の駆動回路20−8は、合成した第8の駆動信号DOUT8を固体撮像素子(CCD)へ供給する。
図3は、駆動回路10中の第1の駆動回路20−1に入出力される信号の波形を示す波形図である。
第1の駆動回路20−1には、第1の入力信号として、互いに逆相の関係になっている一対の逆相入力信号DINP1、DINN1が供給される。図示の例では、一対の逆相入力信号DINP1、DINN1の各々は、0V〜3.3Vとの間で遷移している。
第1の駆動回路20−1は、合成した第1の駆動信号DOUT1を出力する。前述したように、第1の駆動回路20−1には、電源電圧として、第1の電源電圧VHH1と第2の電源電圧VLL1とが供給されている。したがって、合成した第1の駆動信号DOUT1は、その振幅が、第2の電源電圧VLL1と第1の電源電圧VHH1との間で差である信号となる。
制御回路(コマンドデコーダ)30には、外部コマンドとしての、ドライブ能力設定データであるシリアルコマンドCMD DATAと、このシリアルコマンドのデータ長を示すデータ長信号CMD ENと、データの読み込みとテレメトリデータ出力時のタイミング信号であるクロック信号GCLKと、リセット信号RESETとが供給される。
制御回路(コマンドデコーダ)30は、シリアルコマンドCMD DATAが正常に動作している時に出るテレメトリストローブ信号TLM STBと、1入力のシリアルコマンドCMD DATAが正常に読み込まれているときの確認用の信号であるテレメトリデータTLM DATAとを出力する。
図4は、制御回路(コマンドデコーダ)30で入出力される信号のタイミングチャートである。
図示の例では、クロック信号GCLKは、125kHzのクロック周波数を持っている。シリアルコマンドCMD DATAは、D0〜D31の32ビットのシリアルデータから成る。そのため、データ長信号CMD ENは、256.0μsの間、論理Lレベルの信号を出力する。データ長信号CMD ENの周期は、556μs以上である。
制御回路(コマンドデコーダ)30は、シリアルコマンドCMD DATAの読み込みが完了した時点から44.0μs経過した時点で、テレメトリストローブ信号TLM STBとテレメトリデータTLM DATAとを出力する。テレメトリストローブ信号TLM STBの周期も、556μs以上である。
尚、制御回路(コマンドデコーダ)30は、当該駆動装置(アナログASIC)10を識別するための4つのID端子ID0〜ID4を持つ。したがって、1つの駆動装置(アナログASIC)10ではチャンネル数が不足する場合、同時に複数の駆動装置(アナログASIC)を使用することができる。
次に、駆動装置10中の第1の駆動回路20−1でのCCD駆動能力を可変する場合の動作について説明する。
制御回路(コマンドデコーダ)30から第1の駆動回路20−1へ送出される、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7および第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lの各々を、最下位ビット(LSB)から最上位ビット(MSB)までの8ビット“xxxxxxxx”で表すとする。ここで、8ビット中のLSBは、第1の正選択信号CH1D0および第1乃至第8の負選択信号CH1D0Lを示し、8ビット中のMSBは、第8の正選択信号CH1D7および第8の負選択信号CH1D7Lを表すとする。
最初に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“00000000”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“00000000”であるとする。この場合、第1乃至第8の選択動作用NANDゲート251P〜258Pおよび第1乃至第8の選択動作用ANDゲート251N〜258Nの全てがオフ(OFF)となる。そのため、第1乃至第8の選択動作駆動部221〜228の全ては駆動されず、常時動作駆動部210のみが駆動される。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は10個となる。
次に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“00000001”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“00000001”であるとする。この場合、第1の選択動作用NANDゲート251Pと第1の選択動作用ANDゲート251Nとのみがオン(ON)し、第2乃至第8の選択動作用NANDゲート252P〜258Pおよび第2乃至第8の選択動作用ANDゲート252N〜258Nがオフ(OFF)となる。その結果、第1の選択動作駆動部221と常時動作駆動部210とが駆動され、第2乃至第8の選択動作駆動部222〜228が駆動されない。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は20個となる。
次に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“00000010”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“00000010”であるとする。この場合、第2の選択動作用NANDゲート252Pと第2の選択動作用ANDゲート252Nとのみがオン(ON)する。その結果、第2の選択動作駆動部222と常時動作駆動部210とが駆動される。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は30個となる。
次に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“00000011”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“00000011”であるとする。この場合、第1および第2の選択動作用NANDゲート251Pおよび252Pと第1および第2の選択動作用ANDゲート251Nおよび252Nとのみがオン(ON)する。その結果、第1および第2の選択動作駆動部221および222と常時動作駆動部210とが駆動される。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は40個となる。
次に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“00000100”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“00000100”であるとする。この場合、第3の選択動作用NANDゲート253Pと第3の選択動作用ANDゲート253Nとのみがオン(ON)する。その結果、第3の選択動作駆動部223と常時動作駆動部210とが駆動される。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は50個となる。
次に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“00001000”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“00001000”であるとする。この場合、第4の選択動作用NANDゲート254Pと第4の選択動作用ANDゲート254Nとのみがオン(ON)する。その結果、第4の選択動作駆動部224と常時動作駆動部210とが駆動される。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は90個となる。
次に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“00010000”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“00010000”であるとする。この場合、第5の選択動作用NANDゲート255Pと第5の選択動作用ANDゲート255Nとのみがオン(ON)する。その結果、第5の選択動作駆動部225と常時動作駆動部210とが駆動される。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は170個となる。
次に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“00100000”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“00100000”であるとする。この場合、第6の選択動作用NANDゲート256Pと第6の選択動作用ANDゲート256Nとのみがオン(ON)する。その結果、第6の選択動作駆動部226と常時動作駆動部210とが駆動される。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は330個となる。
次に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“01000000”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“01000000”であるとする。この場合、第7の選択動作用NANDゲート257Pと第7の選択動作用ANDゲート257Nとのみがオン(ON)する。その結果、第7の選択動作駆動部227と常時動作駆動部210とが駆動される。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は650個となる。
次に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“10000000”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“10000000”であるとする。この場合、第8の選択動作用NANDゲート258Pと第8の選択動作用ANDゲート258Nとのみがオン(ON)する。その結果、第8の選択動作駆動部228と常時動作駆動部210とが駆動される。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は1290個となる。
最後に、第1乃至第8の正選択信号CH1D0〜CH1D7が“11111111”であり、第1乃至第8の負選択信号CH1D0L〜CH1D7Lも“11111111”であるとする。この場合、第1乃至第8の選択動作用NANDゲート251P〜258Pと第1乃至第8の選択動作用ANDゲート251P〜258Nとの全てがオン(ON)する。その結果、第1乃至第8の選択動作駆動部221〜228と常時動作駆動部210との全てが駆動される。したがって、第1の駆動回路20−1における、CCDを駆動するCMOSFETの並列数は2560個となる。
このように、第1の駆動回路20−1におけるCCDを駆動するCMOSFETの並列個数を、所定数(10個)単位で変えることができる。CCDを駆動するCMOSFETの並列個数を変えることにより、第1の駆動回路20−1の出力インピーダンスが変わる。その結果、容量性負荷のCCDを駆動する駆動信号の立上り時間/立下り時間を自由に変えることができる。
次に、本発明の実施の形態の効果について説明する。
第1の効果は、少数の制御信号で、駆動回路内の駆動すべきFETの並列個数を容易に切り換えることができることである。その理由は、並列に接続された(M×2(n−1))個のPチャネルFETのドレインと、並列に接続された(M×2(n−1))個のNチャネルFETのドレインとが接続された第1乃至第Nの選択動作駆動部を備え、制御信号により第1乃至第Nの選択動作駆動部を選択的に駆動しているからである。
第2の効果は、少数の制御信号で、駆動回路内の駆動すべきFETの並列個数を、所定数を1単位として、任意に切り換えることができることである。その理由は、第1乃至第Nの選択動作駆動部の各々が、所定数Mを単位とした2のべき乗分の個数の相補形FETを有しているからある。
第3の効果は、固体撮像素子(CCD)の駆動能力を、駆動信号の立上り/立下り時間を外部コマンド(シリアルコマンド)にて切り換えることができることである。
第4の効果は、CCDごとに出力の駆動信号レベルが異なっていても、出力電圧を可変出来ることである。その理由は、外部から印加する電源電圧(第1および第2の電源電圧)を変えることにより、駆動信号の出力電圧を所定の範囲(例えば、+10V〜−10Vの範囲)で可変できるからである。
第5の効果は、同時に複数の駆動装置(アナログASIC)を使用することができることである。その理由は、制御回路(コマンドデコーダ)には、当該駆動装置をアナログASICで構成したときに、このアナログASICを識別するためのID端子が設けられているからである。
第6の効果は、微小なコントロールが可能なことである。その理由は、1個あたりの駆動能力の小さいFETを複数個並列に接続しているからである。
第7の効果は、駆動能力の設定変更に対応できることである。その理由は、駆動能力の設定を外部コマンド(シリアルコマンド)にて行っているので、多少の設定変更があっても対応できるからである。
第8の効果は、個々のCCDにあった最適なタイミング信号を供給できることである。その理由は、CCDを駆動するタイミング信号を全て別回路から供給しているからである。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、上述した実施形態の駆動装置においては、駆動回路は、常時動作駆動部と、動作回路と、第1乃至第Nの選択動作駆動部と、選択回路と、供給手段とから構成されているが、駆動回路から常時動作駆動部と動作回路とを省略しても良い。また、上記実施形態では、駆動装置をアナログASICで構成しているが、ディスクリートのトランジスタによって駆動装置を構成してもよい。FETもMOSFETに限定されず、他のFETを使用してもよい。さらに、CMOSFETの代わりに、駆動能力が固定のCCD駆動用ICを使用してもよい。
本発明は、小型・軽量化・低消費電力化が必要とされる衛星に搭載するCCDの駆動装置に利用され得る。
10 固体撮像素子の駆動装置
20−1〜20−8 駆動回路
30 制御回路(コマンドデコーダ、シリアルインタフェース)
210 常時動作駆動部
210P 並列接続された10個のPチャネルMOSFET
210N 並列接続された10個のNチャネルMOSFET
221 第1の選択動作駆動部
221P 並列接続された10個のPチャネルMOSFET
221N 並列接続された10個のNチャネルMOSFET
222 第2の選択動作駆動部
222P 並列接続された20個のPチャネルMOSFET
222N 並列接続された20個のNチャネルMOSFET
223 第3の選択動作駆動部
223P 並列接続された40個のPチャネルMOSFET
223N 並列接続された40個のNチャネルMOSFET
224 第4の選択動作駆動部
224P 並列接続された80個のPチャネルMOSFET
224N 並列接続された80個のNチャネルMOSFET
225 第5の選択動作駆動部
225P 並列接続された160個のPチャネルMOSFET
225N 並列接続された160個のNチャネルMOSFET
226 第6の選択動作駆動部
226P 並列接続された320個のPチャネルMOSFET
226N 並列接続された320個のNチャネルMOSFET
227 第7の選択動作駆動部
227P 並列接続された640個のPチャネルMOSFET
227N 並列接続された640個のNチャネルMOSFET
228 第8の選択動作駆動部
228P 並列接続された1280個のPチャネルMOSFET
228N 並列接続された1280個のNチャネルMOSFET
230 論理レベル生成回路
231 電圧レベル変換器
232 差動/シングル切り替え器
240P 常時動作用NANDゲート
240N 常時動作用ANDゲート
251P 第1の選択動作用NANDゲート
251N 第1の選択動作用ANDゲート
252P 第2の選択動作用NANDゲート
252N 第2の選択動作用ANDゲート
253P 第3の選択動作用NANDゲート
253N 第3の選択動作用ANDゲート
254P 第4の選択動作用NANDゲート
254N 第4の選択動作用ANDゲート
255P 第5の選択動作用NANDゲート
255N 第5の選択動作用ANDゲート
256P 第6の選択動作用NANDゲート
256N 第6の選択動作用ANDゲート
257P 第7の選択動作用NANDゲート
257N 第7の選択動作用ANDゲート
258P 第8の選択動作用NANDゲート
258N 第8の選択動作用ANDゲート
260 信号線(供給手段)

Claims (12)

  1. 固体撮像素子を駆動する駆動装置であって、
    少なくとも1つの駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御信号を出力する制御回路とを備え、
    前記駆動回路は、
    並列に接続された(M×2(n−1))(Mは1以上の整数、nは1からNまでの変数)個のPチャネルFETと、並列に接続された(M×2(n−1))個のNチャネルFETとを含み、前記(M×2(n−1))個のPチャネルFETのドレインと前記(M×2(n−1))個のNチャネルFETのドレインとが接続され、第1乃至第N(Nは2以上の整数)の選択動作駆動信号を選択的に出力する第1乃至第Nの選択動作駆動部と、
    入力信号と前記制御信号とに応答して、前記第1乃至第Nの選択動作駆動部を選択的に駆動する選択回路と、
    前記第1乃至第Nの選択動作駆動信号を合成して、合成した駆動信号を前記固体撮像素子へ供給する供給手段と、
    から構成されることを特徴とする固体撮像素子の駆動装置。
  2. 前記制御回路は、外部コマンドに応答して、前記制御信号として、前記第1乃至第Nの選択動作駆動部をそれぞれ選択的に動作させるための第1乃至第Nの選択信号を出力するコマンドデコーダから構成される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子の駆動装置。
  3. 前記入力信号として、互いに逆相の関係になっている一対の逆相入力信号を受け、
    前記第1乃至第Nの選択動作駆動部を構成する各々のPチャネルFETのソースには、第1の電源電圧が供給され、
    前記第1乃至第Nの選択動作駆動部を構成する各々のNチャネルFETのソースには、前記第1の電源電圧より低い第2の電源電圧が供給され、
    前記駆動回路は、前記一対の逆相入力信号から互いに逆論理レベルを持つ第1および第2の論理入力信号を生成する論理レベル生成回路を備える、
    請求項2に記載の固体撮像素子の駆動装置。
  4. 前記選択回路は、前記第1乃至第Nの選択信号に応答して、それぞれ前記第1乃至第Nの選択動作駆動部を選択的に駆動する第1乃至第Nの選択回路部から構成される、請求項3に記載の固体撮像素子の駆動装置。
  5. 前記コマンドデコーダは、前記第1乃至第Nの選択信号として、前記第1乃至第Nの選択動作駆動部をそれぞれ選択するために、互いに逆極性の第1乃至第Nの正選択信号および第1乃至第Nの負選択信号を出力し、
    第n(1≦n≦N)の選択回路部は、
    前記第1の論理入力信号と第nの正選択信号とのNANDを取って、第nの選択動作用NAND結果を前記(M×2(n−1))個のPチャネルFETのゲートに供給する第nの選択動作用NANDゲートと、
    前記第2の論理入力信号と第nの負選択信号との論理積を取って、第nの選択動作用AND結果を前記(M×2(n−1))個のチャネルFETのゲートに供給する第nの選択動作用ANDゲートと、
    を有する、請求項4に記載の固体撮像素子の駆動装置。
  6. 固体撮像素子を駆動する駆動装置であって、
    少なくとも1つの駆動回路と、前記駆動回路を制御する制御信号を出力する制御回路とを備え、
    前記駆動回路は、
    並列に接続されたM(Mは1以上の整数)個のPチャネルFETと、並列に接続されたM個のNチャネルFETとを含み、前記M個のチャネルFETのドレインと前記M個のNチャネルFETのドレインとが接続され、常時動作駆動信号を常時出力する常時動作駆動部と、
    入力信号に応答して、前記常時動作駆動部を常に動作させる動作回路と、
    並列に接続された(M×2(n−1))(nは1からNまでの変数)個のPチャネルFETと、並列に接続された(M×2(n−1))個のNチャネルFETとを含み、前記(M×2(n−1))個のPチャネルFETのドレインと前記(M×2(n−1))個のNチャネルFETのドレインとが接続され、第1乃至第N(Nは2以上の整数)の選択動作駆動信号を選択的に出力する第1乃至第Nの選択動作駆動部と、
    前記入力信号と前記制御信号とに応答して、前記第1乃至第Nの選択動作駆動部を選択的に駆動する選択回路と、
    前記常時動作駆動信号と前記第1乃至第Nの選択動作駆動信号とを合成して、合成した駆動信号を前記固体撮像素子へ供給する供給手段と、
    から構成されることを特徴とする固体撮像素子の駆動装置。
  7. 前記制御回路は、外部コマンドに応答して、前記制御信号として、前記第1乃至第Nの選択動作駆動部をそれぞれ選択的に動作させるための第1乃至第Nの選択信号を出力するコマンドデコーダから構成される、
    ことを特徴とする請求項6に記載の固体撮像素子の駆動装置。
  8. 前記入力信号として、互いに逆相の関係になっている一対の逆相入力信号を受け、
    前記常時動作駆動部および前記第1乃至第Nの選択動作駆動部を構成する各々のPチャネルFETのソースには第1の電源電圧が供給され、
    前記常時動作駆動部および前記第1乃至第Nの選択動作駆動部を構成する各々のNチャネルFETのソースには、前記第1の電源電圧より低い第2の電源電圧が供給され、
    前記駆動回路は、前記一対の逆相入力信号から互いに逆論理レベルを持つ第1および第2の論理入力信号を生成する論理レベル生成回路を備える、
    請求項7に記載の固体撮像素子の駆動装置。
  9. 前記動作回路は、前記第1および第2の論理入力信号に応答して、前記常時動作駆動部を常に動作させる信号を前記常時動作駆動部へ供給する、請求項8に記載の固体撮像素子の駆動装置。
  10. 前記動作回路は、
    前記第1の論理入力信号同士のNANDを取って、常時動作用NAND結果を前記M個のPチャネルFETのゲートに供給する常時動作用NANDゲートと、
    前記第2の論理入力信号同士の論理積を取って、常時動作用AND結果を前記M個のNチャネルFETのゲートに供給する常時動作用ANDゲートと、
    を有する、請求項9に記載の固体撮像素子の駆動装置。
  11. 前記選択回路は、前記第1乃至第Nの選択信号に応答して、それぞれ前記第1乃至第Nの選択動作駆動部を選択的に駆動する第1乃至第Nの選択回路部から構成される、請求項8乃至10のいずれか1つに記載の固体撮像素子の駆動装置。
  12. 前記コマンドデコーダは、前記第1乃至第Nの選択信号として、前記第1乃至第Nの選択動作駆動部をそれぞれ選択するために、互いに逆極性の第1乃至第Nの正選択信号および第1乃至第Nの負選択信号を出力し、
    第n(1≦n≦N)の選択回路部は、
    前記第1の論理入力信号と第nの正選択信号とのNANDを取って、第nの選択動作用NAND結果を前記(M×2(n−1))個のPチャネルFETのゲートに供給する第nの選択動作用NANDゲートと、
    前記第2の論理入力信号と第nの負選択信号との論理積を取って、第nの選択動作用AND結果を前記(M×2(n−1))個のチャネルFETのゲートに供給する第nの選択動作用ANDゲートと、
    を有する、請求項11に記載の固体撮像素子の駆動装置。
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