JP6062185B2 - Solid-state imaging device - Google Patents

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Description

本発明は固体撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device.

CCD型イメージセンサやMOS型イメージセンサなどの半導体イメージセンサは、現在ほとんどの画像入力デバイス装置に適用されている。   Semiconductor image sensors such as CCD image sensors and MOS image sensors are currently applied to most image input device devices.

近年は、特に消費電力が小さく、かつ周辺回路と同じCMOS技術で製造できる利点を生かして、MOS型イメージセンサが主流である。   In recent years, MOS type image sensors have become mainstream, taking advantage of low power consumption and the ability to manufacture with the same CMOS technology as peripheral circuits.

一方、画質の点ではCCD型イメージセンサが低暗電流や固定パターンノイズが少ないなどの理由で、高画質向けの画像入力デバイス装置の応用が広い分野もある。   On the other hand, in terms of image quality, there is a wide field of application of image input device devices for high image quality because CCD image sensors have low dark current and fixed pattern noise.

特許文献1〜3には、複数段のソースフォロワ回路を適用した固体撮像装置が開示されている。   Patent Documents 1 to 3 disclose solid-state imaging devices to which a multistage source follower circuit is applied.

図10を用いて、従来のCCD型イメージセンサについて説明する。   A conventional CCD image sensor will be described with reference to FIG.

図10は、従来のCCD型イメージセンサの電荷検出部付近を示した回路図である。図10に示すように、CCD型イメージセンサの電荷検出部100は、光電変換された信号電荷を転送する水平CCD101と、その転送された信号電荷を検出容量CFDにより電圧変換する検出ダイオードFDと、検出ダイオードFDを入力とする複数段のソースフォロワ回路102・103・104と、各々のソースフォロワ回路102・103・104を構成する増幅トランジスタTr102・Tr103・Tr104及び定電流負荷トランジスタTr105・Tr106・Tr107と、転送電荷をリセットドレインRDに排出するリセットトランジスタTr108とを備えている。 FIG. 10 is a circuit diagram showing the vicinity of a charge detection unit of a conventional CCD image sensor. As shown in FIG. 10, the charge detection unit 100 of the CCD image sensor, the horizontal CCD101 for transferring photoelectrically converted signal charge, and a detector diode FD to voltage conversion by the transferred signal charge detection capacitance C FD , A plurality of stages of source follower circuits 102, 103, and 104 having the detection diode FD as an input, and amplification transistors Tr 102, Tr 103, and Tr 104 and constant current load transistors Tr 105, Tr 106, and 104 constituting each source follower circuit 102, 103, and 104 Tr107 and a reset transistor Tr108 for discharging the transfer charge to the reset drain RD are provided.

なお、CCD型イメージセンサとして、出力回路は、出力インピーダンス変換のための複数段のソースフォロワアンプ構成をとることが一般的である。   As a CCD image sensor, an output circuit generally has a multi-stage source follower amplifier configuration for output impedance conversion.

ここでは、CCD型イメージセンサの電荷検出部100は、3段のソースフォロワ回路102・103・104で構成されているものととし、各々のソースフォロワ回路102・103・104の各増幅トランジスタTr102・Tr103・Tr104は、ドレインが電源電圧VODと接続されている。   Here, it is assumed that the charge detection unit 100 of the CCD type image sensor includes three stages of source follower circuits 102, 103, and 104, and the amplification transistors Tr102 and 102 of the source follower circuits 102, 103, and 104, respectively. The drains of Tr103 and Tr104 are connected to the power supply voltage VOD.

そして、各々のソースフォロワ回路102・103・104では、各増幅トランジスタTr102・Tr103・Tr104のソース側に各定電流負荷トランジスタTr105・Tr106・Tr107を接続している。   In each of the source follower circuits 102, 103, and 104, the constant current load transistors Tr105, Tr106, and Tr107 are connected to the source side of each of the amplification transistors Tr102, Tr103, and Tr104.

3段目のソースフォロワ回路104の増幅トランジスタTr104のソースと接続されている出力部OUT100から、電荷検出部100の出力としての出力VOUT100が出力される。   The output VOUT100 as the output of the charge detection unit 100 is output from the output unit OUT100 connected to the source of the amplification transistor Tr104 of the third-stage source follower circuit 104.

水平CCD101に接続されているゲートH1・H2には、それぞれ、水平転送クロックパルスφH1・φH2が入力される。   Horizontal transfer clock pulses φH1 and φH2 are input to the gates H1 and H2 connected to the horizontal CCD 101, respectively.

リセットトランジスタTr108のドレインがリセットドレインRDとなっており、電源電圧VRDが印加される。リセットトランジスタTr108のゲートにはリセットパルスφRが入力される。   The drain of the reset transistor Tr108 serves as the reset drain RD, and the power supply voltage VRD is applied. A reset pulse φR is input to the gate of the reset transistor Tr108.

図11は、従来のCCD型イメージセンサの電荷検出部100の信号のタイミングを表す図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating signal timing of the charge detection unit 100 of the conventional CCD image sensor.

時間T1では水平転送クロックパルスφH1がハイレベルであるので水平CCD101から検出ダイオードFDに電荷が転送されず水平転送クロックパルスφH1の下に転送電荷が蓄積している。一方、リセットパルスφRがハイレベルとなり、検出ダイオードFDの電位がリセットドレインRDが電源電圧VRDと同電位に固定される。   At time T1, since the horizontal transfer clock pulse φH1 is at a high level, charges are not transferred from the horizontal CCD 101 to the detection diode FD, but transfer charges are accumulated below the horizontal transfer clock pulse φH1. On the other hand, the reset pulse φR becomes high level, and the potential of the detection diode FD is fixed at the same potential as the power supply voltage VRD.

次に、時間T2では、リセットパルスφRがローレベルとなって、検出ダイオードFDの電位はフィードスルー分だけ下がり、しかもフローティング状態になる。   Next, at time T2, the reset pulse φR becomes low level, the potential of the detection diode FD is lowered by the amount of feedthrough, and is in a floating state.

そして、時間T3では、水平転送クロックパルスφH1がローレベルとなり、ゲートH1の下に蓄積されている電荷が出力ゲートOGの下を通って検出ダイオードFDに転送される。検出ダイオードFDでは、検出容量CFDにより転送電荷が信号電圧に変換される。転送電荷をQsigとすると、このときの出力電圧Vsigは以下の(式1)で表される。 At time T3, the horizontal transfer clock pulse φH1 becomes a low level, and the charge accumulated under the gate H1 is transferred to the detection diode FD through the output gate OG. In the detection diode FD, the transfer charge is converted into a signal voltage by the detection capacitor C FD . When the transfer charge is Qsig, the output voltage Vsig at this time is expressed by the following (formula 1).

Vsig=G・Qsig/CFD (式1)
FDは検出容量である。また、Gはソースフォロワ回路102・103・104のゲインであり、ほぼ0.8〜0.9程度の値を示す。例えば、CFD=2(fF)のとき、この電荷から電圧への変換率は約64uV/elである。また、出力ゲートOGは1V程度、リセットドレインRDの電圧VRDとソースフォロワ回路102・103の出力ドレインそれぞれの電圧VODは12V程度であり、バイアス端子Bsへは電圧VBiasとして0.8V程度の直流電圧が印加されることが一般的である。
Vsig = G · Qsig / C FD (Formula 1)
C FD is a detection capacity. G is the gain of the source follower circuits 102, 103, and 104, and has a value of about 0.8 to 0.9. For example, when C FD = 2 (fF), the charge to voltage conversion rate is about 64 uV / el. The output gate OG is about 1V, the voltage VRD of the reset drain RD and the voltages VOD of the output drains of the source follower circuits 102 and 103 are about 12V, and the DC voltage of about 0.8V as the voltage VBias to the bias terminal Bs. Is generally applied.

ここで、図10に示したソースフォロワ回路102・103・104のようにソースフォロワアンプを複数段(従来例では3段)設けるのは次の理由からである。   Here, the reason why a plurality of source follower amplifiers (three in the conventional example) are provided as in the source follower circuits 102, 103, and 104 shown in FIG. 10 is as follows.

まず、ソースフォロワアンプの増幅トランジスタのゲート幅をW、ゲート長をL、流れる電流をIとすると、ソースフォロワアンプの出力インピーダンスRoutは、以下の(式2)のように表すことができる。   First, when the gate width of the amplification transistor of the source follower amplifier is W, the gate length is L, and the flowing current is I, the output impedance Rout of the source follower amplifier can be expressed as (Equation 2) below.

Figure 0006062185
Figure 0006062185

よって、出力インピーダンスRoutを小さくするためには、(W/L)を大きく、Iを大きくすればよい。   Therefore, in order to reduce the output impedance Rout, (W / L) is increased and I is increased.

しかしながら、Wを大きくすると入力容量が大きくなる。また、Lを小さくすればノイズが増加する。さらに、Iを大きくすると直接的に消費電流も増大する。   However, increasing W increases the input capacity. Further, if L is reduced, noise increases. Furthermore, when I is increased, the current consumption directly increases.

このため、これらを考慮し、後段になるほど(W/L)・Iが大きくなるように設計され、徐々に出力インピーダンスを小さくする必要がある。このとき、最終段のソースフォロワアンプには5mA以上の大きな電流が必要となる。   For this reason, in consideration of these, it is designed that (W / L) · I increases in the later stage, and it is necessary to gradually reduce the output impedance. At this time, a large current of 5 mA or more is required for the source follower amplifier in the final stage.

特許文献4には、複数段のソースフォロワアンプの後段になるに従い、電源電圧を低電圧化して消費電流を下げる技術が開示されている。   Patent Document 4 discloses a technique for lowering the current consumption by lowering the power supply voltage as it becomes the latter stage of a plurality of source follower amplifiers.

図12は、図11に示されている出力波形である出力VOUT100の拡大図である。   FIG. 12 is an enlarged view of the output VOUT100 which is the output waveform shown in FIG.

一般的には、スイッチトランジスタがオンからオフへ遷移するとき、kTCノイズが発生する。特に容量Cが検出容量CFDである場合は容量値が非常に小さい。従って、リセットトランジスタTr108がハイレベルからローレベルへ遷移するに従い、期間T2では無視できないkTCノイズが発生する。 In general, when the switch transistor transitions from on to off, kTC noise is generated. In particular, when the capacitance C is the detection capacitance C FD , the capacitance value is very small. Therefore, as the reset transistor Tr108 transitions from the high level to the low level, kTC noise that cannot be ignored in the period T2 is generated.

よって時間T2と時間T3との差信号を固体撮像装置の後続のアナログクランプ回路や差動アンプあるいはCDS(correlated double sampling:相関2重サンプリング)回路などで読み取るためのアナログ信号処理が、後段のチップで必要となる。   Therefore, analog signal processing for reading the difference signal between time T2 and time T3 by the subsequent analog clamp circuit, differential amplifier or CDS (correlated double sampling) circuit of the solid-state imaging device is performed in the subsequent chip. Is required.

特開平3−274811号公報(1991年12月5日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 3-274811 (released on December 5, 1991) 特開平5−251677号公報(1993年9月28日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 5-251677 (published September 28, 1993) 特開平6−70239号公報(1994年3月11日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 6-70239 (published on March 11, 1994) 特開平10−117306号公報(1998年5月6日公開)Japanese Patent Laid-Open No. 10-117306 (published May 6, 1998) 特開2000−152090号公報(2000年5月30日公開)JP 2000-152090 A (published on May 30, 2000) 特開2006−49986号公報(2006年2月16日公開)Japanese Patent Laying-Open No. 2006-49986 (released on February 16, 2006)

しかしながら、従来技術では構成及び動作において、以下の問題が生じる。   However, in the prior art, the following problems occur in configuration and operation.

上述したように、固体撮像装置から信号出力後、後段チップではCDS回路などで、時間T2と時間T3との差信号を読み取らなければならない。   As described above, after the signal is output from the solid-state imaging device, the subsequent chip must read the difference signal between the time T2 and the time T3 by a CDS circuit or the like.

ところが、図12に示したアナログ波形である出力VOUT100は非常に複雑で、基本クロックの2倍の周波数成分をもちながら、さらに高調波が含まれている。このため、出力波形VOUTの伝送には非常に広い周波数帯域が必要である。   However, the output VOUT100, which is an analog waveform shown in FIG. 12, is very complicated, and includes harmonics while having a frequency component twice that of the basic clock. For this reason, a very wide frequency band is required for transmission of the output waveform VOUT.

つまり、固体撮像装置の出力インピーダンスは十分低い必要があり、また固体撮像装置とCDS回路などを含む後段チップの間の基板配線は、浮遊容量や付加抵抗、干渉ノイズなど十分考慮されなければならない。   That is, the output impedance of the solid-state imaging device needs to be sufficiently low, and the substrate wiring between the solid-state imaging device and the subsequent stage chip including the CDS circuit must be sufficiently considered such as stray capacitance, additional resistance, and interference noise.

また、後段チップのCDS回路では特に短い期間である期間T2の間にクランプを行う正確なアナログ処理のタイミングが必要となる。   Further, the CDS circuit of the subsequent stage chip requires an accurate analog processing timing for performing clamping during the period T2, which is a particularly short period.

これらの問題は、固体撮像装置を含んだカメラシステムの設計上非常に煩雑であり、現実的には、クランプタイミングは、後段チップのCDS回路で、例えば信号ノイズを見ながらクランプパルスの位相を微調整する等、個別に調整し対応しなければならない場合がある。   These problems are very complicated in the design of a camera system including a solid-state imaging device, and in reality, the clamp timing is a CDS circuit of a subsequent chip, and for example, the phase of the clamp pulse is finely monitored while watching signal noise. In some cases, it may be necessary to make individual adjustments such as adjustments.

これを防ぐための固体撮像装置が、特許文献5に提案されている。   A solid-state imaging device for preventing this is proposed in Patent Document 5.

しかし、特許文献5の技術では、この例はクランプをリセットパルスφRと同じパルスにて行っているため、クランプにはならず単に出力信号のレベルシフトに留まっている。   However, in the technique of Patent Document 5, in this example, the clamping is performed by the same pulse as the reset pulse φR, so that the clamping is not performed but the level shift of the output signal is merely limited.

また、特許文献6には、2次元画素アレイの各列にてアナログCDS回路を具備している固体撮像装置が開示されている。   Further, Patent Document 6 discloses a solid-state imaging device having an analog CDS circuit in each column of a two-dimensional pixel array.

しかし、特許文献6の固体撮像装置では、各列ごとに検出容量やソースフォロワ回路のゲインがばらつくため、結果として、各列ごとに信号感度ばらつきが発生する。この信号感度ばらつきにより、縦に線が入る不良が発生し、画質劣化を生じる。   However, in the solid-state imaging device of Patent Document 6, the detection capacity and the gain of the source follower circuit vary for each column, and as a result, signal sensitivity variation occurs for each column. Due to this variation in signal sensitivity, a vertical line defect occurs, resulting in image quality degradation.

また、各列ごとではなく、図10に示した従来技術で、水平CCD101後の複数段のソースフォロワ回路102・103・104内にCDS回路を設けることも考えられる。しかし、この場合、図11、図12に示したように期間T2が非常に短くなり、後段のCDS回路で発生させたクランプ用パルスの位相を調製する等の個別対応させること無く、出力VOUT100の期間T2の間に正確なクランプ動作を行うことは困難である。   It is also conceivable to provide a CDS circuit in the source follower circuits 102, 103 and 104 in a plurality of stages after the horizontal CCD 101 by the conventional technique shown in FIG. However, in this case, as shown in FIGS. 11 and 12, the period T2 becomes very short, and the output VOUT100 of the output VOUT100 is not made to correspond individually, such as adjusting the phase of the clamping pulse generated in the subsequent CDS circuit. It is difficult to perform an accurate clamping operation during the period T2.

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、ばらつき無く、正確にクランプ動作を行うことである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to perform a clamping operation accurately without variation.

上記の課題を解決するために、本発明の固体撮像装置は、複数配された光電変換素子からの電荷を、転送パルスの入力により転送する電荷転送素子と、上記電荷転送素子から転送された電荷を信号電圧に変換する電荷変換部と、上記電荷変換部が変換した信号電圧を増幅する多段のソースフォロワ回路とを備え、上記多段のソースフォロワ回路間に、前段の上記ソースフォロワ回路の出力をクランプするためのクランプ回路が配されており、上記クランプ回路は、上記転送パルスをクランプパルスとして駆動することを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, a solid-state imaging device according to the present invention includes a charge transfer element that transfers charges from a plurality of photoelectric conversion elements by input of a transfer pulse, and a charge transferred from the charge transfer element. Is converted into a signal voltage, and a multi-stage source follower circuit that amplifies the signal voltage converted by the charge conversion section, and the output of the previous source follower circuit is connected between the multi-stage source follower circuits. A clamp circuit for clamping is arranged, and the clamp circuit is characterized in that the transfer pulse is driven as a clamp pulse.

上記構成によると、上記クランプ回路は上記転送パルスをクランプパルスとして駆動するため、上記多段のソースフォロワ回路が上記信号電圧を増幅することによって得られる信号出力と、上記クランプ回路の駆動とを同期させることができる。このため、ばらつき無く正確にクランプ動作を行うことができる。   According to the above configuration, since the clamp circuit drives the transfer pulse as a clamp pulse, the signal output obtained by amplifying the signal voltage by the multi-stage source follower circuit and the drive of the clamp circuit are synchronized. be able to. For this reason, it is possible to accurately perform the clamping operation without variation.

また、上記多段のソースフォロワ回路のうち、上記クランプ回路の前段に配されている上記ソースフォロワ回路には第1の電源電圧が印加され、上記クランプ回路の後段に配されているソースフォロワ回路には、上記第1の電源電圧より低い第2の電源電圧が印加され、上記クランプ回路には、上記第2の電源電圧が印加されていることが好ましい。   A first power supply voltage is applied to the source follower circuit disposed in the preceding stage of the clamp circuit among the multi-stage source follower circuits, and the source follower circuit disposed in the subsequent stage of the clamp circuit is applied to the source follower circuit. Preferably, a second power supply voltage lower than the first power supply voltage is applied, and the second power supply voltage is applied to the clamp circuit.

上記構成によると、消費電力が高い後段のソースフォロワ回路に印加される第2の電源電圧は、比較的消費電力が低い前段のソースフォロワ回路に印加される第1の電源電圧より低いため、低消費電力化をすることができる。   According to the above configuration, the second power supply voltage applied to the subsequent source follower circuit with high power consumption is lower than the first power supply voltage applied to the previous source follower circuit with relatively low power consumption. Power consumption can be reduced.

上記電荷変換部は、上記電荷転送素子から転送された電荷を検出し信号電圧に変換するための検出ダイオード部を備え、上記クランプ回路は、上記多段のソースフォロワ回路のうち、上記前段のソースフォロワ回路の信号電圧の出力部と、上記後段のソースフォロワ回路のゲートとの間に配されたクランプ容量を備え、上記クランプ容量は、上記検出ダイオード部の容量と比べて100倍以上大きいことが好ましい。これにより、上記後段のソースフォロワ回路からの信号電圧に含まれるkTCノイズやフィールドスルーによる電圧低下を抑えることができる。このため、上記後段のソースフォロワ回路のさらに後段に、別途クランプ回路を設ける必要が無く、回路構成の簡略化することができる。 The charge conversion unit includes a detection diode unit for detecting the charge transferred from the charge transfer element and converting the charge into a signal voltage, and the clamp circuit includes the source follower of the previous stage in the multi-stage source follower circuit. A clamp capacitor disposed between a signal voltage output unit of the circuit and a gate of the subsequent source follower circuit, and the clamp capacitor is preferably 100 times or more larger than the capacitance of the detection diode unit; . Thereby, the voltage drop by the kTC noise contained in the signal voltage from the said latter source follower circuit or a field through can be suppressed. For this reason, it is not necessary to provide a separate clamp circuit further downstream of the latter source follower circuit, and the circuit configuration can be simplified.

また、上記クランプ回路は、ゲートに上記転送パルスが入力される第1のクランプトランジスタと、ドレインが上記第1のクランプトランジスタのソースと接続され、ソースが上記後段のソースフォロワ回路のゲートと接続され、ゲートに上記転送パルスと逆位相のパルスが入力される第2のクランプトランジスタとを備え、上記第2のクランプトランジスタのゲートの大きさは、上記第1のクランプトランジスタのゲートの大きさの半分であることが好ましい。 The clamp circuit has a gate connected to the first clamp transistor whose transfer pulse is input, a drain connected to the source of the first clamp transistor, and a source connected to the gate of the subsequent source follower circuit. And a second clamp transistor having a gate that receives a pulse having a phase opposite to that of the transfer pulse, the gate of the second clamp transistor being half the size of the gate of the first clamp transistor. It is preferable that

上記構成によると、上記後段の上記ソースフォロワ回路の出力信号に見られる上記転送パルスによるフィールドスルーを大幅に低減することができる。これにより、上記ソースフォロワ回路の出力信号におけるダイナミックレンジを広げることができるため、上記多段のソースフォロワ回路を低消費電力化することができる。   According to the above configuration, the field through due to the transfer pulse seen in the output signal of the source follower circuit at the subsequent stage can be greatly reduced. As a result, the dynamic range of the output signal of the source follower circuit can be expanded, so that the power consumption of the multi-stage source follower circuit can be reduced.

また、上記クランプ回路は、ドレインが上記第2の電源電圧と接続され、ソースが上記後段のソースフォロワ回路のゲートと接続されている第1のクランプトランジスタと、
上記転送パルスが入力され、当該入力された転送パルスに、上記第2の電源電圧又は他の電源電圧からの電圧を重畳することで、上記転送パルスと同周期であり電圧が異なるパルス信号を生成し、当該生成したパルス信号を上記第1のクランプトランジスタのゲートに入力するバイアス回路とを備えていることが好ましい。
The clamp circuit includes a first clamp transistor having a drain connected to the second power supply voltage and a source connected to a gate of the source follower circuit in the subsequent stage;
The transfer pulse is input, and a pulse signal having the same cycle as that of the transfer pulse but having a different voltage is generated by superimposing a voltage from the second power supply voltage or another power supply voltage on the input transfer pulse. It is preferable to provide a bias circuit that inputs the generated pulse signal to the gate of the first clamp transistor.

上記構成により、上記転送パルスのハイの電圧レベルと、上記第2の電源電圧とが同じ電圧レベルであったとしても、上記第1のクランプトランジスタを確実に駆動させることができる。   With the above configuration, even if the high voltage level of the transfer pulse and the second power supply voltage are the same voltage level, the first clamp transistor can be driven reliably.

本発明の固体撮像装置は、複数配された光電変換素子からの電荷を、転送パルスの入力により転送する電荷転送素子と、上記電荷転送素子から転送された電荷を信号電圧に変換する電荷変換部と、上記電荷変換部が変換した信号電圧を増幅する多段のソースフォロワ回路とを備え、上記多段のソースフォロワ回路間に、前段の上記ソースフォロワ回路の出力をクランプするためのクランプ回路が配されており、上記クランプ回路は、上記転送パルスをクランプパルスとして駆動上記電荷変換部は、上記電荷転送素子から転送された電荷を検出し信号電圧に変換するための検出ダイオード部を備え、上記クランプ回路は、上記多段のソースフォロワ回路のうち、上記前段のソースフォロワ回路の信号電圧の出力部と、上記後段のソースフォロワ回路のゲートとの間に配されたクランプ容量を備え、上記クランプ容量は、上記検出ダイオード部の容量と比べて100倍以上大きいA solid-state imaging device according to the present invention includes a charge transfer element that transfers charges from a plurality of arranged photoelectric conversion elements by inputting a transfer pulse, and a charge conversion unit that converts the charges transferred from the charge transfer elements into a signal voltage And a multi-stage source follower circuit that amplifies the signal voltage converted by the charge converter, and a clamp circuit for clamping the output of the previous source follower circuit is disposed between the multi-stage source follower circuits. The clamp circuit drives the transfer pulse as a clamp pulse, and the charge conversion unit includes a detection diode unit for detecting the charge transferred from the charge transfer element and converting it into a signal voltage, The clamp circuit includes a signal voltage output unit of the preceding source follower circuit and the subsequent source follower of the multistage source follower circuits. Includes a clamp capacitor arranged between the gate of the follower circuit, the clamp capacitor is larger 100 or more times the capacity of the detector diode unit.

これにより、ばらつき無く正確にクランプ動作を行うことができるという効果を奏する。   Thereby, there is an effect that the clamping operation can be performed accurately without variation.

第1の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the structure of the solid-state imaging device which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る固体撮像装置の回路の信号のタイミングを表す図である。It is a figure showing the timing of the signal of the circuit of the solid-state imaging device concerning a 1st embodiment. 図2に示す固体撮像装置の出力信号を拡大した図である。It is the figure which expanded the output signal of the solid-state imaging device shown in FIG. 第2の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the structure of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る固体撮像装置のクランプトランジスタと、キャンセルトランジスタとの概略構成を表す平面図である。It is a top view showing schematic structure of the clamp transistor of the solid-state imaging device concerning a 2nd embodiment, and a cancellation transistor. 第2の実施の形態に係る固体撮像装置の回路の信号のタイミングを表す図である。It is a figure showing the timing of the signal of the circuit of the solid-state imaging device concerning a 2nd embodiment. 第3の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す回路図である。It is a circuit diagram showing the structure of the solid-state imaging device which concerns on 3rd Embodiment. 図6に示す自動バイアス発生回路の回路構成を表す図である。It is a figure showing the circuit structure of the automatic bias generation circuit shown in FIG. 図7の自動バイアス発生回路の信号のタイミングを表す図である。It is a figure showing the timing of the signal of the automatic bias generation circuit of FIG. 従来のCCD型イメージセンサの電荷検出部付近を示した回路図である。It is the circuit diagram which showed the electric charge detection part vicinity of the conventional CCD type image sensor. 従来のCCD型イメージセンサの電荷検出部の信号のタイミングを表す図である。It is a figure showing the timing of the signal of the charge detection part of the conventional CCD type image sensor. 図11に示されている出力波形である出力VOUT100の拡大図である。FIG. 12 is an enlarged view of an output VOUT100 that is an output waveform shown in FIG.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

〔実施の形態1〕
(固体撮像装置10の回路構成)
図1は、第1の実施の形態に係る固体撮像装置10の構成を表す回路図である。
[Embodiment 1]
(Circuit configuration of the solid-state imaging device 10)
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device 10 according to the first embodiment.

固体撮像装置10は、一例として、CCD型イメージセンサである。   As an example, the solid-state imaging device 10 is a CCD image sensor.

図1では、CCD型イメージセンサの特に電荷検出部付近を表している。   FIG. 1 shows the vicinity of the charge detection portion of the CCD image sensor.

固体撮像装置10は、光電変換された電荷を転送する水平CCD(電荷転送素子)11と、その転送された電荷を検出容量CFDにより電圧変換する検出ダイオード(検出ダイオード部)FDと、検出ダイオードFDを入力とする多段のソースフォロワ回路12・13・14と、リセットトランジスタTr18と、クランプ回路CLとを備えている。 The solid-state imaging device 10 includes a horizontal CCD (charge transfer device) 11 for transferring the photoelectrically converted charge, the detector diode (detector diode unit) FD to voltage conversion by the transferred charge detection capacitance C FD, detector diode Multi-stage source follower circuits 12, 13, 14 having FD as input, a reset transistor Tr 18, and a clamp circuit CL are provided.

ソースフォロワ回路12は増幅トランジスタTr12と定電流負荷トランジスタTr15とを備えている。ソースフォロワ回路13は増幅トランジスタTr13と定電流負荷トランジスタTr16とを備えている。ソースフォロワ回路14は増幅トランジスタTr14と定電流負荷トランジスタTr17とを備えている。   The source follower circuit 12 includes an amplification transistor Tr12 and a constant current load transistor Tr15. The source follower circuit 13 includes an amplification transistor Tr13 and a constant current load transistor Tr16. The source follower circuit 14 includes an amplification transistor Tr14 and a constant current load transistor Tr17.

クランプ回路CLはクランプトランジスタ(第1のクランプトランジスタ)Tr19とクランプ容量CCPとを備えている。 Clamping circuit CL comprises a clamping transistor (first clamp transistor) Tr19 and the clamp capacitor C CP.

また、固体撮像装置10は、図示しないが、水平方向(列方向)に配された水平CCD11に、垂直方向(行方向)に配された垂直CCDが複数接続されている。そしてその垂直CCDのそれぞれの延設方向に並んで複数の画素としての受光センサ(光電変換素子)が配されている。   In the solid-state imaging device 10, although not shown, a plurality of vertical CCDs arranged in the vertical direction (row direction) are connected to the horizontal CCD 11 arranged in the horizontal direction (column direction). Light receiving sensors (photoelectric conversion elements) as a plurality of pixels are arranged along the extending direction of each vertical CCD.

この受光センサは、入射光の強度に応じた信号電荷を蓄積し、当該蓄積した信号電荷を自身が接続されている垂直CCDに出力する。そして、水平CCD11には、垂直CCDの1ライン毎に、受光センサから出力された信号電荷が出力される。   This light receiving sensor accumulates signal charges corresponding to the intensity of incident light, and outputs the accumulated signal charges to the vertical CCD to which it is connected. The horizontal CCD 11 outputs the signal charge output from the light receiving sensor for each line of the vertical CCD.

水平CCD11は、2層の水平転送クロックパルス(転送パルス)φH1・φH2の入力により、受光センサからの信号電荷である複数の垂直CCDからラインシフトされた1ライン分の信号電荷を、順次水平方向に転送する。   The horizontal CCD 11 sequentially applies signal charges for one line, which are line-shifted from a plurality of vertical CCDs, which are signal charges from the light receiving sensor, in response to the input of two layers of horizontal transfer clock pulses (transfer pulses) φH1 and φH2. Forward to.

水平CCD11には、ゲートH1・H2及び出力ゲートOGが接続されている。ゲートH1には水平転送クロックパルスφH1が入力され、ゲートH2には水平転送クロックパルスφH2が入力される。水平転送クロックパルスφH2は、水平転送クロックパルスφH1の反転パルスである。   The horizontal CCD 11 is connected to gates H1 and H2 and an output gate OG. A horizontal transfer clock pulse φH1 is input to the gate H1, and a horizontal transfer clock pulse φH2 is input to the gate H2. The horizontal transfer clock pulse φH2 is an inversion pulse of the horizontal transfer clock pulse φH1.

水平CCD11の出力は、検出ダイオードFDのカソード、リセットトランジスタTr18のソース及び増幅トランジスタTr12のゲートと接続されている。   The output of the horizontal CCD 11 is connected to the cathode of the detection diode FD, the source of the reset transistor Tr18, and the gate of the amplification transistor Tr12.

検出ダイオードFD、検出容量CFD、及びリセットトランジスタTr18によって、電荷検出部(電荷変換部)が構成されている。電荷検出部は、水平CCD11から出力された信号電荷を順次、信号電圧へ変換し、後段の回路へ出力する。   The detection diode FD, the detection capacitor CFD, and the reset transistor Tr18 constitute a charge detection unit (charge conversion unit). The charge detection unit sequentially converts the signal charge output from the horizontal CCD 11 into a signal voltage and outputs the signal voltage to a subsequent circuit.

検出ダイオードFDは、水平CCD11の先端側である出力側にカソードが接続されており、アノードは接地されている。検出ダイオードFDは、フローティングディフージョン部である。検出ダイオードFDは、水平CCD11から転送された信号電荷を検出容量CFDにより電圧変換することで信号電圧を得る。 The detection diode FD has a cathode connected to the output side which is the front end side of the horizontal CCD 11, and an anode is grounded. The detection diode FD is a floating diffusion part. The detection diode FD obtains a signal voltage by converting the voltage of the signal charge transferred from the horizontal CCD 11 by the detection capacitor C FD .

リセットトランジスタTr18は、水平CCD11からの信号電荷をリセットドレインRDに排出する。リセットトランジスタTr18のドレインであるリセットドレインRDは電源電圧VRDと接続されており、ソースは水平CCD11の出力、検出ダイオードFD及び増幅トランジスタTr12のゲートと接続されている。   The reset transistor Tr18 discharges the signal charge from the horizontal CCD 11 to the reset drain RD. The reset drain RD, which is the drain of the reset transistor Tr18, is connected to the power supply voltage VRD, and the source is connected to the output of the horizontal CCD 11, the detection diode FD, and the gate of the amplification transistor Tr12.

リセットトランジスタTr18のゲートにはリセットパルスφRが入力される。リセットトランジスタTr18は、このリセットパルスφRが印加されることで、水平CCD11からの信号電荷をリセットドレインRDに排出するリセット動作を行う。   A reset pulse φR is input to the gate of the reset transistor Tr18. The reset transistor Tr18 performs a reset operation of discharging the signal charge from the horizontal CCD 11 to the reset drain RD when the reset pulse φR is applied.

電荷検出部の後段には3段のソースフォロワ回路12・13・14が配されており、電荷検出部は1段目のソースフォロワ回路12と接続されている。   Three stages of source follower circuits 12, 13, and 14 are arranged after the charge detection section, and the charge detection section is connected to the first stage source follower circuit 12.

ソースフォロワ回路12・13・14は、電荷検出部が変換した信号電圧を増幅する多段のソースフォロワンプである。   The source follower circuits 12, 13, and 14 are multi-stage source followers that amplify the signal voltage converted by the charge detection unit.

ソースフォロワ回路12は1段目のソースフォロワンプであり、ソースフォロワ回路13は2段目のソースフォロワンプであり、ソースフォロワ回路14は3段目のソースフォロワンプである。   The source follower circuit 12 is a first stage source follower, the source follower circuit 13 is a second stage source follower, and the source follower circuit 14 is a third stage source follower.

そして、2段目のソースフォロワ回路(前段のソースフォロワ回路)13と、3段目のソースフォロワ回路(後段のソースフォロワ回路)14との間に、ソースフォロワ回路13の出力をクランプするためのクランプ回路CLが配されている。   Then, an output of the source follower circuit 13 is clamped between a second-stage source follower circuit (front-stage source follower circuit) 13 and a third-stage source follower circuit (second-stage source follower circuit) 14. A clamp circuit CL is provided.

ソースフォロワ回路12は、増幅トランジスタTr12と定電流負荷トランジスタTr15とを備えている。   The source follower circuit 12 includes an amplification transistor Tr12 and a constant current load transistor Tr15.

増幅トランジスタTr12のゲートは検出ダイオードFD及びリセットトランジスタTr18のソースと接続されており、ドレインは電源電圧(第1の電源電圧)VODと接続されており、ソースは定電流負荷トランジスタTr15のドレインと接続されている。また、増幅トランジスタTr12のソースは次段の増幅トランジスタTr13のゲートと接続されている。   The gate of the amplification transistor Tr12 is connected to the source of the detection diode FD and the reset transistor Tr18, the drain is connected to the power supply voltage (first power supply voltage) VOD, and the source is connected to the drain of the constant current load transistor Tr15. Has been. The source of the amplification transistor Tr12 is connected to the gate of the next-stage amplification transistor Tr13.

定電流負荷トランジスタTr15のゲートはバイアス端子Bsと接続されており、ドレインは増幅トランジスタTr12のソース及び増幅トランジスタTr13のゲートと接続されておりソースは接地されている。   The gate of the constant current load transistor Tr15 is connected to the bias terminal Bs, the drain is connected to the source of the amplification transistor Tr12 and the gate of the amplification transistor Tr13, and the source is grounded.

ソースフォロワ回路13は、増幅トランジスタTr13と定電流負荷トランジスタTr16とを備えている。   The source follower circuit 13 includes an amplification transistor Tr13 and a constant current load transistor Tr16.

増幅トランジスタTr13のゲートは増幅トランジスタTr12のソース及び定電流負荷トランジスタTr15のドレインと接続されており、ドレインは電源電圧VODと接続されており、ソースは定電流負荷トランジスタTr16のドレイン及びクランプ回路CLを構成するクランプ容量CCPと接続されている。増幅トランジスタTr13のソースは、クランプ容量CCPを介して、次段のソースフォロワ回路14である増幅トランジスタTr14のゲートと接続されている。 The gate of the amplification transistor Tr13 is connected to the source of the amplification transistor Tr12 and the drain of the constant current load transistor Tr15, the drain is connected to the power supply voltage VOD, and the source is connected to the drain of the constant current load transistor Tr16 and the clamp circuit CL. It is connected to the clamp capacitor C CP to be configured. The source of the amplifying transistor Tr13 via the clamp capacitor C CP, which is connected to the gate of the amplifying transistor Tr14 is the next stage of the source follower circuit 14.

定電流負荷トランジスタTr16のゲートはバイアス端子Bsと接続されており、ドレインは増幅トランジスタTr13のソース及びクランプ容量CCPと接続されておりソースは接地されている。 The gate of the constant current load transistor Tr16 is connected to the bias terminal Bs, the drain source is connected to the source and the clamp capacitor C CP of the amplification transistor Tr13 is grounded.

2段目のソースフォロワ回路13の信号電圧の出力部である、増幅トランジスタTr13のソースと、クランプ容量CCPとの接続部を出力部OUT1と称する。そして、その出力部OUT1における出力を出力VOUT1と称する。すなわち、出力VOUT1は、2段目のソースフォロワ回路13からの出力であって、クランプ回路CLへ入力される信号である。 An output portion of the signal voltage of the second stage of the source follower circuit 13, referred to the source of the amplifying transistor Tr 13, and the output OUT1 of the connection between the clamp capacitor C CP. The output at the output section OUT1 is referred to as output VOUT1. That is, the output VOUT1 is an output from the second-stage source follower circuit 13 and is a signal input to the clamp circuit CL.

クランプ回路CLは、クランプトランジスタTr19と、クランプ容量CCPとを備えている。 Clamping circuit CL comprises a clamp transistor Tr19, and a clamp capacitor C CP.

クランプ容量CCPは、増幅トランジスタTr13のソース(出力部OUT1)及び定電流負荷トランジスタTr16のドレインと、増幅トランジスタTr14のゲート及びクランプトランジスタTr19のソースとの間に配されている。 The clamp capacitor C CP is disposed between the source (output unit OUT1) of the amplification transistor Tr13 and the drain of the constant current load transistor Tr16, the gate of the amplification transistor Tr14, and the source of the clamp transistor Tr19.

クランプ容量CCPは、検出容量CFDよりもかなり大きい容量である。一例として、クランプ容量CCPの容量は、検出容量CFDの100倍から1000倍程度大きい。 The clamp capacitor C CP is considerably larger than the detection capacitor C FD . As an example, the capacitance of the clamp capacitor C CP is about 100 to 1000 times larger than the detection capacitor C FD .

クランプトランジスタTr19のドレインは増幅トランジスタTr14のドレイン及び電源電圧(第2の電源電圧)VOD2と接続されており、ソースは増幅トランジスタTr14のゲート及びクランプ容量CCPと接続されている。そして、クランプトランジスタTr19のゲートには、クランプパルスとして、水平CCD11を駆動するための水平転送クロックパルスφH1が入力される。 The drain of the clamp transistor Tr19 is connected to the drain and source voltage (second power supply voltage) VOD2 of the amplifying transistor Tr14, the source is connected to the gate and the clamp capacitance C CP of the amplification transistor Tr14. A horizontal transfer clock pulse φH1 for driving the horizontal CCD 11 is input as a clamp pulse to the gate of the clamp transistor Tr19.

ソースフォロワ回路14は、増幅トランジスタTr14と定電流負荷トランジスタTr17とを備えている。   The source follower circuit 14 includes an amplification transistor Tr14 and a constant current load transistor Tr17.

増幅トランジスタTr14のゲートは、クランプ容量CCPを介して増幅トランジスタTr13のソース及び定電流負荷トランジスタTr16のドレインと接続されており、ドレインは電源電圧VOD2及びクランプトランジスタTr19のドレインと接続されており、ソースは定電流負荷トランジスタTr17のドレイン及び出力部OUT2と接続されている。 The gate of the amplifying transistor Tr14 is connected to the source and drain of the constant current load transistor Tr16 of the amplifying transistor Tr13 via the clamp capacitor C CP, the drain is connected to the drain of the power supply voltage VOD2 and clamp transistor Tr19, The source is connected to the drain of the constant current load transistor Tr17 and the output part OUT2.

定電流負荷トランジスタTr16のゲートはバイアス端子Bsと接続されており、ドレインは増幅トランジスタTr14のソースと接続されておりソースは接地されている。   The constant current load transistor Tr16 has a gate connected to the bias terminal Bs, a drain connected to the source of the amplification transistor Tr14, and a source grounded.

出力部OUT2から、固体撮像装置10の出力信号である出力VOUT2が出力される。   An output VOUT2 that is an output signal of the solid-state imaging device 10 is output from the output unit OUT2.

このように、ソースフォロワ回路12・13・14のそれぞれの電源電圧として、クランプ回路CLの前段であるソースフォロワ回路12・13は電源電圧VODと接続されており、クランプ回路CLの後段であるソースフォロワ回路14は電源電圧VOD2と接続されている。   Thus, the source follower circuits 12 and 13 that are the previous stage of the clamp circuit CL are connected to the power supply voltage VOD as the power supply voltages of the source follower circuits 12, 13, and 14, and the source that is the subsequent stage of the clamp circuit CL The follower circuit 14 is connected to the power supply voltage VOD2.

電源電圧VOD2は、電源電圧VODより低電圧化された電源電圧である。   The power supply voltage VOD2 is a power supply voltage that is lower than the power supply voltage VOD.

定電流負荷トランジスタTr15・16・17それぞれのゲートには、バイアス端子Bsからバイアス電圧Vbiasが印加される。バイアス電圧Vbiasとしては、一例として、0.8V程度の直流電圧が印加される。   A bias voltage Vbias is applied from the bias terminal Bs to the gates of the constant current load transistors Tr15, 16, and 17. As an example of the bias voltage Vbias, a DC voltage of about 0.8 V is applied.

(固体撮像装置10の回路の動作)
次に、図1に示した固体撮像装置10の回路の動作について、図2、3を用いて説明する。
(Operation of the circuit of the solid-state imaging device 10)
Next, the operation of the circuit of the solid-state imaging device 10 shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

図2は、本実施の形態に係る固体撮像装置10の回路の信号のタイミングを表す図である。   FIG. 2 is a diagram illustrating signal timing of the circuit of the solid-state imaging device 10 according to the present embodiment.

図2に示すように、リセットパルスφRの信号の1CLK(1周期)分が基準周期である。リセットパルスφR、水平転送クロックパルスφH1・φH2は同期している。   As shown in FIG. 2, 1CLK (one cycle) of the signal of the reset pulse φR is the reference cycle. The reset pulse φR and the horizontal transfer clock pulses φH1 and φH2 are synchronized.

リセットパルスφRがハイとなっている期間を時間T1とし、リセットパルスφRが立ち下がりロウとなり水平転送クロックパルスφH1がハイとなっている期間を時間T2とし、水平転送クロックパルスφH1が立ち下がりレベルがロウとなっている期間を時間T3とする。   The period in which the reset pulse φR is high is time T1, the period in which the reset pulse φR is falling low and the horizontal transfer clock pulse φH1 is high is time T2, and the horizontal transfer clock pulse φH1 is at the falling level. A period in which the signal is low is defined as time T3.

時間T1でリセットパルスφRがハイとなっている期間は、水平転送クロックパルスφH1もハイとなっている。水平転送クロックパルスφH1がハイの期間は、水平CCD11から検出ダイオードFDへ信号電荷は出力されず、ゲートH1の下に信号電荷が蓄積されている。そして、時間T1でリセットパルスφRがハイとなっている期間は、検出ダイオードFDの電位は、リセットドレインRDと同じ電源電圧VRDに固定される。   During the period when the reset pulse φR is high at time T1, the horizontal transfer clock pulse φH1 is also high. During the period when the horizontal transfer clock pulse φH1 is high, no signal charge is output from the horizontal CCD 11 to the detection diode FD, and the signal charge is accumulated under the gate H1. During the period when the reset pulse φR is high at time T1, the potential of the detection diode FD is fixed to the same power supply voltage VRD as that of the reset drain RD.

時間T1では、出力VOUT1の電圧レベルはハイ(このときの電圧レベルをV1Hとする)となり、出力VOUT2のレベルもハイ(このときの電圧レベルをV2Hとする)となる。   At time T1, the voltage level of the output VOUT1 is high (the voltage level at this time is V1H), and the level of the output VOUT2 is also high (the voltage level at this time is V2H).

次に、時間T2では、リセットパルスφRのレベルがロウとなり、検出ダイオードFDの電位はフィードスルー分だけ下がる。このとき、検出ダイオードFDはフローティング状態となる。この際に、検出ダイオードFDからの信号成分(信号電圧)にkTCノイズが重畳される。このため、出力VOUT1にkTCノイズが重畳される。一方、出力VOUT2は変わらない。   Next, at time T2, the level of the reset pulse φR becomes low, and the potential of the detection diode FD decreases by the feedthrough amount. At this time, the detection diode FD is in a floating state. At this time, kTC noise is superimposed on the signal component (signal voltage) from the detection diode FD. For this reason, kTC noise is superimposed on the output VOUT1. On the other hand, the output VOUT2 does not change.

時間T2では、出力VOUT1のレベルはハイ(V1H)から電圧レベルが負側にフィードスルー分下がる。ことのときの電圧レベルをV1Mとする。出力VOUT2の電圧レベルはハイ(V2H)となっている。   At time T2, the level of the output VOUT1 drops from high (V1H) to the negative voltage level by the feedthrough. The voltage level at this time is V1M. The voltage level of the output VOUT2 is high (V2H).

次に、時間T3では水平転送クロックパルスφH1がロウとなり、水平転送クロックパルスφH2はハイとなり、ゲートH1の下に蓄積されていた信号電荷が出力ゲートOGの下を通って検出ダイオードFDに転送される。検出ダイオードFDは、検出容量CFDにより、水平CCD11から転送されてきた信号電荷を信号電圧に変換する。 Next, at time T3, the horizontal transfer clock pulse φH1 becomes low, the horizontal transfer clock pulse φH2 becomes high, and the signal charge stored under the gate H1 is transferred to the detection diode FD through the output gate OG. The The detection diode FD converts the signal charge transferred from the horizontal CCD 11 into a signal voltage by the detection capacitor C FD .

そして、この変換された信号電圧により、出力VOUT1は電圧レベルV1Mから、図2の矢印A1で示す分、電圧レベルがロウへと下がる。このときの出力VOUT1の電圧レベルをV1L1とする。   Due to the converted signal voltage, the output VOUT1 is lowered from the voltage level V1M by the amount indicated by the arrow A1 in FIG. The voltage level of the output VOUT1 at this time is set to V1L1.

また、時間T3では、出力VOUT2は、ハイ(V2H)から図2の矢印B1で示す分、電圧レベルがロウへと下がる。このときの出力VOUT1の電圧レベルをV2L1とする。   Further, at time T3, the voltage level of the output VOUT2 drops from high (V2H) to low as much as indicated by the arrow B1 in FIG. The voltage level of the output VOUT1 at this time is set to V2L1.

図2の矢印A1・B1で示す範囲が信号レベルである。つまり信号成分である。このように、出力VOUT2に信号成分が重畳されて、出力部OUT2から出力される。   A range indicated by arrows A1 and B1 in FIG. 2 is a signal level. That is, it is a signal component. In this way, the signal component is superimposed on the output VOUT2, and is output from the output unit OUT2.

なお、時間T3で、出力VOUT2がハイからロウへと立ち下がる際に、出力VOUT2に重畳されたkTCノイズにより、ハイ(V2H)から電圧レベルが負側に少し低下してから、ロウ(このときの電圧レベルをV2L1とする)へと立ち下がる。   Note that when the output VOUT2 falls from high to low at time T3, the voltage level slightly decreases from high (V2H) to the negative side due to kTC noise superimposed on the output VOUT2, and then low (at this time). The voltage level of the signal falls to V2L1.

すなわち、矢印B1は、図2には示していないが、ハイ(V2H)から電圧レベルが負側に少し下がった電圧レベルから、ロウ(V2L1)の電圧レベルまでの範囲を示している。   That is, although not shown in FIG. 2, the arrow B1 indicates a range from the voltage level at which the voltage level slightly decreases from high (V2H) to the voltage level at low (V2L1).

しかし、固体撮像装置10では、2段目のソースフォロワ回路13と、3段目のソースフォロワ回路14と間にクランプ回路CLを配しているため、出力VOUT2のハイロウの切り替えの際に生じるkCTノイズの影響は小さくて済む。これについての詳細な説明は後述する。   However, in the solid-state imaging device 10, since the clamp circuit CL is arranged between the second-stage source follower circuit 13 and the third-stage source follower circuit 14, kCT generated when the output VOUT2 is switched between high and low. The effect of noise is small. A detailed description thereof will be described later.

そして、次の周期の時間T3では、出力VOUT1はは電圧レベルV1Mから図2の矢印A2で示す分下がることで信号成分が重畳され(このときの電圧レベルを電圧レベルV1L2とする)、出力VOUT2はハイのレベルからkTCノイズにより負側に少し下がった電圧レベル(図2には不図示)から、図2の矢印B2で示す分下がることで信号成分が重畳される(このときの出力VOUT2の電圧レベルをV2L2とする)。   Then, at time T3 of the next cycle, the output VOUT1 is reduced from the voltage level V1M by the amount indicated by the arrow A2 in FIG. 2 so that the signal component is superimposed (the voltage level at this time is set to the voltage level V1L2), and the output VOUT2 Is superimposed from the voltage level (not shown in FIG. 2) slightly lowered to the negative side due to the kTC noise from the high level by the amount indicated by the arrow B2 in FIG. 2 (the output VOUT2 at this time The voltage level is V2L2.)

ここで、時間T3の期間に、水平CCD11から検出ダイオードFDへ転送されてきた信号電荷Qsigとすると、このときの検出ダイオードFDからの出力電圧(信号電圧)はVsigは以下の式で表される。   Here, assuming that the signal charge Qsig transferred from the horizontal CCD 11 to the detection diode FD during the period of time T3, the output voltage (signal voltage) from the detection diode FD at this time is expressed by the following equation. .

Vsig=G・Qsig/CFD (式1)
FDは検出容量CFDの容量である。Gはソースフォロワ回路12・13・14の3段のトータルゲインであり、ほぼ0.8〜0.9程度の値を示す。たとえば、CFD=2(fF)のとき、この電荷から電圧への変換率は約64uV/elである。
Vsig = G · Qsig / C FD (Formula 1)
C FD is the capacitance of the detection capacitor C FD . G is the total gain of the three stages of the source follower circuits 12, 13 and 14, and shows a value of about 0.8 to 0.9. For example, when C FD = 2 (fF), the charge to voltage conversion rate is about 64 uV / el.

また、出力ゲートOGの電圧は1V程度、リセットドレインRDの電源電圧VRDと、増幅トランジスタTr12・Tr13の出力用のドレインと接続されている電源電圧VODとは共に12V程度とする。   The voltage of the output gate OG is about 1V, and the power supply voltage VRD of the reset drain RD and the power supply voltage VOD connected to the output drains of the amplification transistors Tr12 and Tr13 are both about 12V.

ここで、固体撮像装置10では、2段目のソースフォロワ回路13と、3段目のソースフォロワ回路14と間にクランプ回路CLが配されており、クランプ回路CLを構成するクランプトランジスタTr19のゲートには水平転送クロックパルスφH1が入力され、ドレインは電源電圧VOD2と接続されている。   Here, in the solid-state imaging device 10, a clamp circuit CL is arranged between the second-stage source follower circuit 13 and the third-stage source follower circuit 14, and the gate of the clamp transistor Tr19 constituting the clamp circuit CL. Is supplied with a horizontal transfer clock pulse φH1, and its drain is connected to the power supply voltage VOD2.

これにより、クランプ回路CLは、水平転送クロックパルスφH1をクランプパルスとし、水平転送クロックパルスφH1と同期して駆動する。このため、3段目のソースフォロワ回路14の出力VOUT2は、水平転送クロックパルスφH1の周期でクランプされる。   Thereby, the clamp circuit CL uses the horizontal transfer clock pulse φH1 as a clamp pulse and is driven in synchronization with the horizontal transfer clock pulse φH1. Therefore, the output VOUT2 of the third-stage source follower circuit 14 is clamped at the period of the horizontal transfer clock pulse φH1.

すなわち水平転送クロックパルスφH1がハイの期間は、3段目のソースフォロワ回路14に電源電圧VOD2の電圧が入力され、水平転送クロックパルスφH1がロウの期間は出力VOUT1の電圧レベルが、そのままクランプ容量CCPによってAC結合されて、出力VOUT1の電圧レベルが3段目のソースフォロワ回路14が入力される。そして出力VOUT2として出力される。 That is, when the horizontal transfer clock pulse φH1 is high, the voltage of the power supply voltage VOD2 is input to the third-stage source follower circuit 14, and when the horizontal transfer clock pulse φH1 is low, the voltage level of the output VOUT1 remains as it is as the clamp capacitance. is AC coupled by C CP, a source follower circuit 14 of the voltage level third stage output VOUT1 is input. And it is output as output VOUT2.

このように、クランプ回路CLは、水平転送クロックパルスφH1をクランプパルスとして駆動するため、3段目のソースフォロワ回路14が増幅することによって得られる出力VOUT2と、クランプ回路CLの駆動とを同期させることができ、正確なクランプ動作を行うことができる。   Thus, since the clamp circuit CL is driven by using the horizontal transfer clock pulse φH1 as a clamp pulse, the output VOUT2 obtained by the amplification of the third-stage source follower circuit 14 and the drive of the clamp circuit CL are synchronized. And an accurate clamping operation can be performed.

図3は、図2に示す固体撮像装置10の出力信号を拡大した図である。図3では、図2の出力VOUT1・VOUT2及び水平転送クロックパルスφH1を拡大して表している。   FIG. 3 is an enlarged view of the output signal of the solid-state imaging device 10 shown in FIG. In FIG. 3, the outputs VOUT1 and VOUT2 and the horizontal transfer clock pulse φH1 in FIG. 2 are shown enlarged.

時間T1・T2で、水平転送クロックパルスφH1がハイの期間では、クランプトランジスタTr19のゲートに水平転送クロックパルスφH1ハイが入力されることで、3段目の増幅トランジスタTr14のドレインに印加されている電源電圧VOD2が増幅トランジスタTr14のソースから出力される。これにより、水平転送クロックパルスφH1がハイの期間では、出力VOUT2は3段目のソースフォロワ回路14の出力にクランプされる。   During a period when the horizontal transfer clock pulse φH1 is high at time T1 and T2, the horizontal transfer clock pulse φH1 high is input to the gate of the clamp transistor Tr19, and is applied to the drain of the third-stage amplification transistor Tr14. The power supply voltage VOD2 is output from the source of the amplification transistor Tr14. As a result, during the period when the horizontal transfer clock pulse φH1 is high, the output VOUT2 is clamped to the output of the third-stage source follower circuit 14.

そして、時間T3で、水平転送クロックパルスφH1がハイからロウとなり、これに伴い、出力VOUT2もハイ(V2H)からロウ(V2L1)へと電圧レベルが遷移する。この出力VOUT2がハイ(V2H)からロウ(V2L1)へ遷移するとき、出力VOUT2は、フィードスルーならびにkTCノイズが残存していることに起因して、一旦、負方向に電圧レベルが下がり(このときの電圧レベルをV2Mとする)、そこから、ロウへと電圧レベルが下がる。   At time T3, the horizontal transfer clock pulse φH1 changes from high to low, and accordingly, the output VOUT2 also changes in voltage level from high (V2H) to low (V2L1). When the output VOUT2 transitions from high (V2H) to low (V2L1), the output VOUT2 once decreases in voltage level in the negative direction due to the feedthrough and kTC noise remaining (at this time) The voltage level decreases to V2M from there.

しかし、図3の破線N1で示すように、時間T2における出力VOUT1に残存するkTCノイズの影響と比べて、図3の破線N2で示すように、時間T3に入ってから出力VOUT2が(V2H)からロウ(V2L1)へと切り替わる際のkTCノイズの影響は、はるかに少ない。   However, as shown by the broken line N1 in FIG. 3, the output VOUT2 is (V2H) after entering the time T3 as shown by the broken line N2 in FIG. 3, as compared with the influence of the kTC noise remaining in the output VOUT1 at the time T2. The effect of kTC noise when switching from low to low (V2L1) is much less.

これは、クランプ回路CLのクランプ容量CCPの容量:CCPと検出容量CFDの容量:CFDとを、CCP>>CFDとなるようにしているためである。一例としてCCPはCFDの約100倍から1000倍程度である。 This is because the capacitance of the clamp capacitor C CP of the clamp circuit CL: C CP and the capacitance of the detection capacitor C FD : C FD are set to satisfy C CP >> C FD . As an example, C CP is about 100 to 1000 times C FD .

このように、出力VOUT2では、既にkTCノイズによる影響が小さいため、出力部OUT2の後段ICチップで、もはや出力VOUT2をクランプする必要はない。   Thus, since the output VOUT2 is already less affected by the kTC noise, it is no longer necessary to clamp the output VOUT2 in the subsequent IC chip of the output unit OUT2.

また、クランプ回路CLでのクランプ動作は水平転送クロックパルスφH1によって行われるため、出力VOUT1・出力VOUT2等の信号位相と同期しており、クランプするための微妙な個別タイミングの調整も不要である。   Further, since the clamping operation in the clamping circuit CL is performed by the horizontal transfer clock pulse φH1, it is synchronized with the signal phase of the output VOUT1, the output VOUT2, etc., and it is not necessary to finely adjust the individual timing for clamping.

また、本実施の形態に係る出力VOUT2と、従来例として説明した出力VOUT100とを比較すると、出力VOUT2では、信号レベルの伝送に必要な帯域幅が狭く、ソースフォロワ回路12・13・14の出力インピーダンスを従来例より高く維持できる。そして、これは3段目のソースフォロワ回路14の低電流化に寄与する。この結果、固体撮像装置10を低消費電力化することができる。   Further, when the output VOUT2 according to the present embodiment is compared with the output VOUT100 described as the conventional example, the output VOUT2 has a narrow bandwidth necessary for signal level transmission, and the output of the source follower circuits 12, 13, and 14 is reduced. Impedance can be maintained higher than the conventional example. This contributes to a reduction in current of the third-stage source follower circuit 14. As a result, the power consumption of the solid-state imaging device 10 can be reduced.

また、出力VOUT2を固体撮像装置10の外部に出力するため、ソースフォロワ回路12・13・14を低インピーダンス化するに際し、通常3段目のソースフォロ回路14の消費電流が最も大きくなっている。   Further, since the output VOUT2 is output to the outside of the solid-state imaging device 10, the current consumption of the third-stage source follower circuit 14 is normally the largest when the impedance of the source follower circuits 12, 13, and 14 is reduced.

そこで、1・2段目のソースフォロワ回路12・13に印加する電源電圧VODとは別電源である電源電圧VOD2をソースフォロワ回路14に印加し、電源電圧VOD2を電源電圧VODより低電圧化する。   Therefore, a power supply voltage VOD2 which is a power supply different from the power supply voltage VOD applied to the first and second stage source follower circuits 12 and 13 is applied to the source follower circuit 14 so that the power supply voltage VOD2 is lower than the power supply voltage VOD. .

これにより、消費電力が高いソースフォロワ回路14に印加される電源電圧VOD2は、比較的消費電力が低いソースフォロワ回路12・13に印加される電源電圧VODより低いため、低消費電力化をすることができる。   As a result, the power supply voltage VOD2 applied to the source follower circuit 14 with high power consumption is lower than the power supply voltage VOD applied to the source follower circuits 12 and 13 with relatively low power consumption. Can do.

例えば、電源電圧VOD=12Vとし、電源電圧VOD2=3Vとした場合であって、3段目のソースフォロワ回路14に5mAを流していたとすると、電源電圧VODを3段目のソースフォロワ回路14に印加する場合と比べて、45mWの低消費電力化が可能となる。   For example, if the power supply voltage VOD = 12V and the power supply voltage VOD2 = 3V, and 5 mA is passed through the third-stage source follower circuit 14, the power-supply voltage VOD is supplied to the third-stage source follower circuit 14. Compared with the case where it is applied, the power consumption can be reduced by 45 mW.

〔実施の形態2〕
次に、図4〜6を用いて本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、説明の便宜上、前記実施の形態1にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those in the drawings described in the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図4は、第2の実施の形態に係る固体撮像装置20の構成を表す回路図である。   FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a configuration of the solid-state imaging device 20 according to the second embodiment.

固体撮像装置20は、クランプ回路CLに換えて、クランプ回路CL2を備えている点で固体撮像装置10と相違する。固体撮像装置20の他の構成は、固体撮像装置10と同様である。   The solid-state imaging device 20 is different from the solid-state imaging device 10 in that a clamp circuit CL2 is provided instead of the clamp circuit CL. Other configurations of the solid-state imaging device 20 are the same as those of the solid-state imaging device 10.

クランプ回路CL2は、クランプ回路CLにキャンセルトランジスタ(第2のクランプトランジスタ)Tr20を加えた構成である。   The clamp circuit CL2 has a configuration in which a cancel transistor (second clamp transistor) Tr20 is added to the clamp circuit CL.

キャンセルトランジスタTr20は、クランプトランジスタTr19と、3段目の増幅トランジスタTr14の入力側との間に配されている。   The cancel transistor Tr20 is arranged between the clamp transistor Tr19 and the input side of the third stage amplification transistor Tr14.

キャンセルトランジスタTr20のドレインはクランプトランジスタTr19のソースと接続されており、キャンセルトランジスタTr20のソースは増幅トランジスタTr14のゲート及びクランプ容量CCPと接続されている。また、クランプトランジスタTr19のソースは、キャンセルトランジスタTr20のソースとも接続されている。 The drain of the cancel transistor Tr20 is connected to the source of the clamp transistor Tr19, the source of the cancel transistor Tr20 is connected to the gate and the clamp capacitance C CP of the amplification transistor Tr14. The source of the clamp transistor Tr19 is also connected to the source of the cancel transistor Tr20.

キャンセルトランジスタTr20のゲートには、水平転送クロックパルスφH1の反転パルスである水平転送クロックパルスφH2が入力される。   A horizontal transfer clock pulse φH2, which is an inverted pulse of the horizontal transfer clock pulse φH1, is input to the gate of the cancel transistor Tr20.

キャンセルトランジスタTr20のゲートサイズは、クランプトランジスタTr19のゲートサイズより小さいトランジスタである。   The gate size of the cancel transistor Tr20 is smaller than that of the clamp transistor Tr19.

図5は、クランプトランジスタTr19と、キャンセルトランジスタTr20との概略構成を表す平面図である。   FIG. 5 is a plan view illustrating a schematic configuration of the clamp transistor Tr19 and the cancel transistor Tr20.

図5に示すように、キャンセルトランジスタTr20のゲートTr20Gの下層には、キャンセルトランジスタTr20のアクティブ領域Tr20Acが配されている。また、クランプトランジスタTr19のゲートTr20Gの下層には、クランプトランジスタTr19のアクティブ領域Tr19Acが配されている。   As shown in FIG. 5, an active region Tr20Ac of the cancel transistor Tr20 is arranged below the gate Tr20G of the cancel transistor Tr20. An active region Tr19Ac of the clamp transistor Tr19 is disposed below the gate Tr20G of the clamp transistor Tr19.

クランプトランジスタTr19のアクティブ領域Tr19Acのうち、一方の端部は、メタル配線ML19によって電源電圧VOD2と接続されている。これにより、クランプトランジスタTr19のアクティブ領域Tr19Acの一方の端部はドレインTr19Dとなっている。   One end of the active region Tr19Ac of the clamp transistor Tr19 is connected to the power supply voltage VOD2 by the metal wiring ML19. As a result, one end of the active region Tr19Ac of the clamp transistor Tr19 serves as the drain Tr19D.

またアクティブ領域Tr19Acの他方の端部は、メタル配線ML20によってクランプトランジスタTr20のアクティブ領域Tr20Acの一方の端部及び他方の端部と接続されている。これにより、アクティブ領域Tr19Acの他方の端部はソースTr19Sとなっている。さらに、クランプトランジスタTr20のアクティブ領域Tr20Acの一方の端部はドレインTr20Dとなっており、他方の端部はソースTr20Sとなっている。   The other end of the active region Tr19Ac is connected to one end and the other end of the active region Tr20Ac of the clamp transistor Tr20 by a metal wiring ML20. Thereby, the other end of the active region Tr19Ac serves as the source Tr19S. Further, one end of the active region Tr20Ac of the clamp transistor Tr20 is a drain Tr20D, and the other end is a source Tr20S.

そして、キャンセルトランジスタTr20のゲート幅をW20、ゲート長をL20とし、クランプトランジスタTr19のゲート幅をW19、ゲート長をL19とすると、ゲート長L20とL19とは同じある一方、ゲート幅W20は、ゲート幅W19より小さい。一例として、ゲート幅W20はゲート幅W10の半分である。   When the gate width of the cancel transistor Tr20 is W20, the gate length is L20, the gate width of the clamp transistor Tr19 is W19, and the gate length is L19, the gate lengths L20 and L19 are the same. It is smaller than the width W19. As an example, the gate width W20 is half of the gate width W10.

このように、キャンセルトランジスタTr20のゲートサイズは、クランプトランジスタTr19のゲートサイズより小さい。一例として、キャンセルトランジスタTr20のゲートサイズは、クランプトランジスタTr19のゲートサイズの半分となっている。   Thus, the gate size of the cancel transistor Tr20 is smaller than the gate size of the clamp transistor Tr19. As an example, the gate size of the cancel transistor Tr20 is half of the gate size of the clamp transistor Tr19.

ここで、水平転送クロックパルスφH1がロウからハイとなるとき、クランプトランジスタTr19のソースTr19Sからの出力にはフィールドスルーが現れる。そして、このフィールドスルーは、水平転送クロックパルスφH1の振幅と、クランプトランジスタTr19のゲートサイズの半分(L19=L、W19=Wとすると、LW/2)に比例する。これは、フィールドスルーは、通常、トランジスタのドレイン・ソースの両側に現れるためである。   Here, when the horizontal transfer clock pulse φH1 changes from low to high, field through appears in the output from the source Tr19S of the clamp transistor Tr19. This field through is proportional to the amplitude of the horizontal transfer clock pulse φH1 and half of the gate size of the clamp transistor Tr19 (LW / 2 if L19 = L, W19 = W). This is because the field through usually appears on both sides of the drain and source of the transistor.

よって、クランプトランジスタTr19のソースTr19Sに、クランプトランジスタTr19よりゲートサイズが小さいキャンセルトランジスタTr20を接続する。そして、そのキャンセルトランジスタTr20に、水平転送クロックパルスφH1逆位相である水平転送クロックパルスφH2を入力することで、ソースTr19Sの出力に現れるフィールドスルーと逆位相であり同じ量のフィールドスルーをソースTr19Sの出力に加えることができる。   Therefore, the cancel transistor Tr20 having a smaller gate size than the clamp transistor Tr19 is connected to the source Tr19S of the clamp transistor Tr19. Then, by inputting the horizontal transfer clock pulse φH2 which is the reverse phase of the horizontal transfer clock pulse φH1 to the cancel transistor Tr20, the same amount of field through which is opposite in phase to the field through appearing at the output of the source Tr19S is supplied to the source Tr19S. Can be added to the output.

この結果、クランプトランジスタTr19によるフィールドスルーを、キャンセルトランジスタTr20によりキャンセルすることができる。   As a result, the field through by the clamp transistor Tr19 can be canceled by the cancel transistor Tr20.

これにより、図6に示すように、出力VOUT2の波形に見られる水平転送クロックパルスφH1のフィードスルーを大幅に低減することができる。   Thereby, as shown in FIG. 6, the feedthrough of the horizontal transfer clock pulse φH1 seen in the waveform of the output VOUT2 can be greatly reduced.

図6は、第2の実施の形態に係る固体撮像装置20の回路の信号のタイミングを表す図である。   FIG. 6 is a diagram illustrating signal timing of a circuit of the solid-state imaging device 20 according to the second embodiment.

すなわち、図6に示すように、時間T3で水平転送クロックパルスΦH1がロウになると、出力VOUT2の電圧レベルはハイ(V2H)から、kTCノイズにより一旦、電圧レベルが下がり(このときの電圧レベルをV2M1とする)、そこから、ロウ(V2L1)へ立ち下がる。   That is, as shown in FIG. 6, when the horizontal transfer clock pulse ΦH1 becomes low at time T3, the voltage level of the output VOUT2 is once lowered from the high (V2H) level due to kTC noise (the voltage level at this time is reduced). V2M1), and then falls to Row (V2L1).

このとき、一旦下がる電圧レベルV2M1はV2Mより高く、電圧レベルV2M1とV2L1との差(図6の矢印B3)は、電圧レベルV2MとV2L1との差(図3の矢印B1)より大きい。また、同様に、電圧レベルV2M1とV2L2との差(図6の矢印B4)は、電圧レベルV2MとV2L2との差(図3の矢印B2)より大きい。   At this time, the voltage level V2M1 once lowered is higher than V2M, and the difference between the voltage levels V2M1 and V2L1 (arrow B3 in FIG. 6) is larger than the difference between the voltage levels V2M and V2L1 (arrow B1 in FIG. 3). Similarly, the difference between the voltage levels V2M1 and V2L2 (arrow B4 in FIG. 6) is larger than the difference between the voltage levels V2M and V2L2 (arrow B2 in FIG. 3).

このため、固体撮像装置20によると、信号動作範囲(ダイナミックレンジ)を広げることができ、ひいては電源電圧VOD2のさらなる低電圧化が可能であり、この結果、ソースフォロワ回路12・13・14の低消費電力化をすることができる。   For this reason, according to the solid-state imaging device 20, the signal operation range (dynamic range) can be expanded, and the power supply voltage VOD2 can be further lowered. As a result, the source follower circuits 12, 13, and 14 can be reduced. Power consumption can be reduced.

〔実施の形態3〕
次に、図7〜図9を用いて本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、説明の便宜上、前記実施の形態1、2にて説明した図面と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those in the drawings described in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

図7は、第3の実施の形態に係る固体撮像装置30の構成を表す回路図である。   FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device 30 according to the third embodiment.

固体撮像装置30は、クランプ回路CLに換えて、クランプ回路CL3を備えている点で、固体撮像装置10と相違する。固体撮像装置30の他の構成は固体撮像装置10と同様である。   The solid-state imaging device 30 is different from the solid-state imaging device 10 in that it includes a clamp circuit CL3 instead of the clamp circuit CL. Other configurations of the solid-state imaging device 30 are the same as those of the solid-state imaging device 10.

クランプ回路CL3は、クランプ回路CLに自動バイアス発生回路31を加えた構成である。   The clamp circuit CL3 has a configuration in which an automatic bias generation circuit 31 is added to the clamp circuit CL.

すなわち、クランプ回路CL3は、自動バイアス発生回路31と、クランプトランジスタTr19、クランプ容量CCPとを備えている。 That is, the clamp circuit CL3 includes an automatic bias generating circuit 31, the clamp transistor Tr19, and a clamp capacitor C CP.

上述した固体撮像装置10では、例えば、クランプパルスのハイレベルと電圧VOD2が共に、例えば3Vの場合、クランプパルスのハイレベルでクランプトランジスタTr19がONしない課題が生じる。その課題を解決するため、固体撮像装置30では、DCバイアス電圧を水平転送クロックパルスφH1に重畳し、パルス信号ΦH1Bを生成して、そのパルス信号φH1Bをクランプパルスとして使用する構成となっている。   In the solid-state imaging device 10 described above, for example, when the high level of the clamp pulse and the voltage VOD2 are both 3V, for example, there is a problem that the clamp transistor Tr19 is not turned ON at the high level of the clamp pulse. In order to solve the problem, the solid-state imaging device 30 is configured to superimpose a DC bias voltage on the horizontal transfer clock pulse φH1, generate a pulse signal φH1B, and use the pulse signal φH1B as a clamp pulse.

自動バイアス発生回路(バイアス回路)31は、クランプトランジスタTr19のゲートと接続されている。自動バイアス発生回路31は、水平転送クロックパルスφH1が入力され、水平転送クロックパルスφH1にDCバイアス電圧を重畳し、パルス信号φH1Bを生成してクランプトランジスタTr19のゲートに入力する。これにより、クランプトランジスタTr19は、自動バイアス発生回路31から入力されるパルス信号φH1Bをクランプパルスとして駆動する。   The automatic bias generation circuit (bias circuit) 31 is connected to the gate of the clamp transistor Tr19. The automatic bias generation circuit 31 receives the horizontal transfer clock pulse φH1, superimposes a DC bias voltage on the horizontal transfer clock pulse φH1, generates a pulse signal φH1B, and inputs it to the gate of the clamp transistor Tr19. Accordingly, the clamp transistor Tr19 drives the pulse signal φH1B input from the automatic bias generation circuit 31 as a clamp pulse.

自動バイアス発生回路31は図7に示すような回路で構成することができる。   The automatic bias generation circuit 31 can be configured by a circuit as shown in FIG.

図8は図7に示す自動バイアス発生回路31の回路構成を表す図である。なお、図8に示す回路構成は、自動バイアス発生回路31の一例である。   FIG. 8 is a diagram showing a circuit configuration of the automatic bias generation circuit 31 shown in FIG. The circuit configuration shown in FIG. 8 is an example of the automatic bias generation circuit 31.

自動バイアス発生回路31は、電源電圧VOD2と、ドレインが電源電圧VOD2と接続されゲートとソースとが短絡されたトランジスタTr31と、トランジスタTr31のドレイン及びソースと両端部が接続された抵抗R31と、トランジスタTr31のゲート、ソース及び抵抗R31の一方の端部と出力側が接続され水平転送クロックパルスφH1が入力される容量C31とを備えている。   The automatic bias generation circuit 31 includes a power supply voltage VOD2, a transistor Tr31 whose drain is connected to the power supply voltage VOD2 and whose gate and source are short-circuited, a resistor R31 whose drain and source are connected to both ends, and a transistor The gate and source of Tr31 and one end of resistor R31 and the output side are connected, and a capacitor C31 to which horizontal transfer clock pulse φH1 is input is provided.

そして、トランジスタTr31のソースとゲートとを接続するメタル配線の端部(抵抗R31及びコンデンサC31が接続されている側とは逆側の端部)は、クランプトランジスタTr19のゲートと接続されている。そして、このTr19のゲートと接続されている、トランジスタTr31のソースとゲートとを接続するメタル配線の端部から、パルス信号φH1BがクランプトランジスタTr19のゲートへ入力される。   The end of the metal wiring connecting the source and gate of the transistor Tr31 (the end opposite to the side where the resistor R31 and the capacitor C31 are connected) is connected to the gate of the clamp transistor Tr19. Then, the pulse signal φH1B is input to the gate of the clamp transistor Tr19 from the end of the metal wiring connected to the gate of the Tr19 and connecting the source and gate of the transistor Tr31.

トランジスタTr31は、クランプトランジスタTr19と同一設計のトランジスタである。トランジスタTr31は、クランプトランジスタTr19と同一半導体基板上で製造される。このため、温度や製造ばらつきによる電源電圧VOD2やクランプトランジスタTr19の特性の変動を相殺することができ、自動バイアス発生回路31の動作タイミングや電圧レベル等の各種調整は一切不要である。   The transistor Tr31 is a transistor having the same design as the clamp transistor Tr19. The transistor Tr31 is manufactured on the same semiconductor substrate as the clamp transistor Tr19. Therefore, fluctuations in the characteristics of the power supply voltage VOD2 and the clamp transistor Tr19 due to temperature and manufacturing variations can be offset, and various adjustments such as the operation timing and voltage level of the automatic bias generation circuit 31 are unnecessary.

図9は、図8の自動バイアス発生回路31の信号のタイミングを表す図である。   FIG. 9 is a diagram showing signal timings of the automatic bias generation circuit 31 of FIG.

自動バイアス発生回路31に水平転送クロックパルスφH1が入力されると、自動バイアス発生回路31には、その入力された水平転送クロックパルスφH1に電源電圧VOD2を重畳することで、水平転送クロックパルスφH1と同周期であり電圧が異なるパルス信号φH1Bを生成する。そして自動バイアス発生回路31は、その生成したパルス信号φH1BをクランプトランジスタTr19のゲートに入力する。   When the horizontal transfer clock pulse φH1 is input to the automatic bias generation circuit 31, the automatic bias generation circuit 31 superimposes the power supply voltage VOD2 on the input horizontal transfer clock pulse φH1, thereby generating the horizontal transfer clock pulse φH1. A pulse signal φH1B having the same cycle and different voltage is generated. Then, the automatic bias generation circuit 31 inputs the generated pulse signal φH1B to the gate of the clamp transistor Tr19.

図9では、水平転送クロックパルスφH1のハイの電圧レベルを3Vとして表している。   In FIG. 9, the high voltage level of the horizontal transfer clock pulse φH1 is represented as 3V.

これにより、水平転送クロックパルスφH1のハイの電圧レベルと、電源電圧VOD2とが同じ電圧レベル(例えば3V)であったとしても、クランプトランジスタTr19を確実に駆動させることができる。   Thereby, even if the high voltage level of the horizontal transfer clock pulse φH1 and the power supply voltage VOD2 are the same voltage level (for example, 3 V), the clamp transistor Tr19 can be driven reliably.

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.

本発明は、CCDなどの固体撮像装置に利用することができる。   The present invention can be used for a solid-state imaging device such as a CCD.

10・20・30 固体撮像装置
11 水平CCD(電荷転送素子)
12・13・14 ソースフォロワ回路
31 自動バイアス発生回路(バイアス回路)
CP クランプ容量
FD 検出容量(電荷変換部、検出ダイオード部の容量)
CL・CL2 クランプ回路
FD 検出ダイオード(電荷変換部、検出ダイオード部)
H1・H2 ゲート
OG 出力ゲート
RD リセットドレイン
Tr12・Tr13・Tr14 増幅トランジスタ
Tr15・16・17 定電流負荷トランジスタ
Tr18 リセットトランジスタ(電荷変換部)
Tr19 クランプトランジスタ(第1のクランプトランジスタ)
Tr20 キャンセルトランジスタ(第2のクランプトランジスタ)
Tr31 トランジスタ
VOD・VOD2 電源電圧
OUT1・OUT2 出力部
VOUT1・VOUT2 出力
φH1 水平転送クロックパルス(転送パルス)
φH2 水平転送クロックパルス(パルス)
φH1B パルス信号
10.20.30 Solid-state imaging device 11 Horizontal CCD (Charge Transfer Element)
12.13.14 Source follower circuit 31 Automatic bias generation circuit (bias circuit)
C CP clamp capacitor C FD detection capacitor (capacitance of charge conversion unit, detection diode unit)
CL / CL2 Clamp circuit FD Detection diode (charge converter, detection diode)
H1, H2 Gate OG Output gate RD Reset drain Tr12 / Tr13 / Tr14 Amplifying transistor Tr15 / 16/17 Constant current load transistor Tr18 Reset transistor (charge converter)
Tr19 Clamp transistor (first clamp transistor)
Tr20 cancel transistor (second clamp transistor)
Tr31 Transistor VOD / VOD2 Power supply voltage OUT1 / OUT2 Output unit VOUT1 / VOUT2 Output φH1 Horizontal transfer clock pulse (transfer pulse)
φH2 Horizontal transfer clock pulse (pulse)
φH1B pulse signal

Claims (4)

複数配された光電変換素子からの電荷を、転送パルスの入力により転送する電荷転送素子と、
上記電荷転送素子から転送された電荷を信号電圧に変換する電荷変換部と、
上記電荷変換部が変換した信号電圧を増幅する多段のソースフォロワ回路とを備え、
上記多段のソースフォロワ回路間に、前段の上記ソースフォロワ回路の出力をクランプするためのクランプ回路が配されており、
上記クランプ回路は、上記転送パルスをクランプパルスとして駆動し、
上記電荷変換部は、上記電荷転送素子から転送された電荷を検出し信号電圧に変換するための検出ダイオード部を備え、
上記クランプ回路は、上記多段のソースフォロワ回路のうち、上記クランプ回路の前段に配されている前段の上記ソースフォロワ回路の信号電圧の出力部と、上記クランプ回路の後段に配されている後段の上記ソースフォロワ回路のゲートとの間に配されたクランプ容量を備え、
上記クランプ容量は、上記検出ダイオード部の容量と比べて100倍以上大きいことを特徴とする固体撮像装置。
A charge transfer element that transfers charges from a plurality of arranged photoelectric conversion elements by inputting a transfer pulse; and
A charge converter that converts the charge transferred from the charge transfer element into a signal voltage;
A multi-stage source follower circuit that amplifies the signal voltage converted by the charge converter,
Between the multi-stage source follower circuit, a clamp circuit for clamping the output of the previous source follower circuit is arranged,
The clamp circuit drives the transfer pulse as a clamp pulse ,
The charge conversion unit includes a detection diode unit for detecting the charge transferred from the charge transfer element and converting it into a signal voltage,
The clamp circuit includes, among the multi-stage source follower circuits, a signal voltage output unit of the source follower circuit in the preceding stage arranged in the preceding stage of the clamp circuit and a latter stage arranged in the subsequent stage of the clamp circuit. It has a clamp capacitor arranged between the gate of the source follower circuit,
The solid-state imaging device , wherein the clamp capacitance is 100 times or more larger than the capacitance of the detection diode section .
上記多段のソースフォロワ回路のうち、上記前段のソースフォロワ回路には第1の電源電圧が印加され、上記後段のソースフォロワ回路には、上記第1の電源電圧より低い第2の電源電圧が印加され、
上記クランプ回路には、上記第2の電源電圧が印加されていることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
Of the multi- stage source follower circuits, a first power supply voltage is applied to the preceding source follower circuit, and a second power supply voltage lower than the first power supply voltage is applied to the subsequent source follower circuit. And
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second power supply voltage is applied to the clamp circuit.
上記クランプ回路は、ゲートに上記転送パルスが入力される第1のクランプトランジスタと、
ドレインが上記第1のクランプトランジスタのソースと接続され、ソースが上記後段のソースフォロワ回路のゲートと接続され、ゲートに上記転送パルスと逆位相のパルスが入力される第2のクランプトランジスタとを備え、
上記第2のクランプトランジスタのゲートの大きさは、上記第1のクランプトランジスタのゲートの大きさの半分であることを特徴とする請求項1又は2に記載の固体撮像装置。
The clamp circuit includes a first clamp transistor in which the transfer pulse is input to a gate;
A drain connected to a source of the first clamp transistor, a source connected to a gate of the source follower circuit in the subsequent stage, and a second clamp transistor to which a pulse having an opposite phase to the transfer pulse is input to the gate. ,
The magnitude of the gate of the second clamp transistor, a solid-state imaging device according to claim 1 or 2, characterized in that is half the size of the gate of the first clamp transistor.
上記クランプ回路は、ドレインが上記第2の電源電圧と接続され、ソースが上記後段のソースフォロワ回路のゲートと接続されている第1のクランプトランジスタと、
上記転送パルスが入力され、当該入力された転送パルスに、上記第2の電源電圧又は他の電源電圧からの電圧を重畳することで、上記転送パルスと同周期であり電圧が異なるパルス信号を生成し、当該生成したパルス信号を上記第1のクランプトランジスタのゲートに入力するバイアス回路とを備えていることを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
The clamp circuit includes a first clamp transistor having a drain connected to the second power supply voltage and a source connected to a gate of the source follower circuit in the subsequent stage;
The transfer pulse is input, and a pulse signal having the same cycle as that of the transfer pulse but having a different voltage is generated by superimposing a voltage from the second power supply voltage or another power supply voltage on the input transfer pulse. The solid-state imaging device according to claim 2, further comprising: a bias circuit that inputs the generated pulse signal to the gate of the first clamp transistor.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6150364A (en) * 1984-08-20 1986-03-12 Toshiba Corp Ccd output signal processing circuit
JPS61129965A (en) * 1984-11-29 1986-06-17 Fuji Photo Film Co Ltd Output circuit of charge transfer device
JP3069373B2 (en) * 1990-11-28 2000-07-24 株式会社日立製作所 Driving method of solid-state imaging device
JPH11135764A (en) * 1997-10-29 1999-05-21 Sharp Corp Chop type amplifier and image sensor using the same
JPH11168672A (en) * 1997-12-02 1999-06-22 Sony Corp Pulse generator
JP2001078093A (en) * 1999-09-02 2001-03-23 Matsushita Electronics Industry Corp Solid-state image pickup device

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