JPH01303757A - 容量性インピーダンスを持つ素子の駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電荷転送素子など容量性のインピーダンスを
持つ素子を駆動する駆動回路に関し、特にその矩形波に
よる駆動を可能にする回路の低消費電力化を図ったもの
である。

〔従来の技術〕

小形軽量、低消費電力、高信頼性など多くの特徴を有す
る電荷転送素子（以後ＣＣＤと記す）は。

近年プロセス技術の発展にともない急速な発展を遂げて
いる。とりわけＣＯＤを使った固体撮影素子は、解像度
向上のため多画素化される傾向にある。このためこのＣ
ＣＤ固体撮像素子の水平レジスタは必然的に転送段数が
多くなり、またより高速な駆動が必要に成る。

ところでＣＣＤは第３図の断面図（２相駆動タイプの例
）に示すように、半導体基板上に絶縁膜を介して配され
た電極群からなり、そのインピーダンスは第４図に示す
ように静電容量で近似できる。そのためＣＣＤの駆動用
端子φ１．φ２に信号を加えると、この容量への電荷の
充放電による電力を消費する。ＣＣＤの高速駆動を行な
うと。

充放電にともなう消′Ｉｔｃ電力が更に増加してしまう
。

この問題を解決するために１例えば第５図の様にＣＣＤ
の駆動用端子間にインダクタンスと静電容量からなる直
列回路を配設し、インダクタンスと駆動端子容量による
共振点を転送周波数と等しくすることで低消費電力化す
る方法が考えられている（特開昭６２−２１４６６４号
公報参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでＣＯＤの転送効率を上げるには、第３図の隣り
あう２つの電極間に出来るだけ高い電圧を長時間加えて
おく必要がある。そのためＣＣＤの駆動波形は第６図に
示すような矩形波であるのが望ましい。しかし第５図の
共振を利用した回路は正弦波駆動に対しては大きな電力
低減効果があるが、共振周波数以外の周波数成分を持つ
矩形波駆動では電力低減効果が少なくなる欠点があった
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によるＣＣＤの駆動回路は、ＣＯＤの駆動用端子
と駆動用電圧源の間に第１のスイッチ回路を、また駆動
用端子間あるいは駆動用端子と該半導体基板（通常はア
ース）間に配設したインダクタンスに直列に第２のスイ
ッチ回路を挿入する。

そして駆動用端子電圧の立ち上がり下がりはＬＣ共振を
利用して低電力で行う一方、端子電圧変更後は端子を駆
動電圧源につないで一定電圧に保つように動作させたも
のである。

〔作用〕

これによってＣＯＤの駆動端子には矩形波に近い駆動波
形電圧を加えることができる。またその駆動電圧の反転
は第５図の回路同様にＬＣ共振を利用しているのでＣＯ
Ｄ駆動電力を小さく抑えることが出来る。

〔実施例〕

本発明の第１の実施例を第１図に示す。第１図の回路は
第５図の従来の回路で、インダクタンス１２に直列に挿
入した容量の代わりにパルスφ１５で駆動されるスイッ
チ回路を挿入したこと、および駆動用電圧源と駆動用端
子との間にパルスφ１１゜φ１２で動作するスイッチ回
路を挿入した回路構成になっている。

第２図はこの回路の駆動方法を示す図である。

第２図（ｄ）、（ｅ）の４に示、すように駆動用端子電
圧を一定に保つ期間は、スイッチパルスφ１５（第２図
（ｄ））をオフ状態にする一方、電圧源Ｖｌ、Ｖ２　（
第２図（ａ））の電圧を一定にしておく。そしてスイッ
チパルスφ１１．φ１２（第２図（Ｃ））をＯＮ状態に
し、端子φ１．φ２を低インピーダンスで一定電圧に保
つようにする。

次に端子電圧を反転するためにまずスイッチパルスφ１
１．φ１２をオフ状態にする（第２回５）。

その後スイッチパルスφ１５をＯＮ状態にするとＣＣＤ
の容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ１２とインダクタンス１２は共振
し、φ１とφ２の電圧は変化を始める。一定時間後φ１
とφ２の電圧がほぼ反転した状態になったとき、再びス
イッチパルスφ１５をＯＦＦ状態にする。またこの間に
電圧源Ｖｌ。

■２の電圧を反転しておきその後スイッチパルスφ１１
．φ１２をＯＮ状態にもどすと、端子φ１゜φ２は低イ
ンピーダンスで反転動作前とは逆の一定電圧に保たれる
（第２図６）。

以下同様の走査を繰り返すことによってほぼ矩形波の駆
動波形を得ることができる。またこの回路ではＣＣＤの
容量につながる端子電圧の反転をＬＣ共振を利用して行
なっているので駆動電力を小さく抑えることができる。

ただし駆動周波数の一周期の間に立ち上がり立ち下がり
を行えるようにＬＣ共振の共振周波数Ｆｇは駆動周波数
Ｆｃ以上に設定しておく必要がある。また駆動用端子の
電圧反転が終ったとき駆動用電圧源電圧が既に反転を終
わっているのが望ましいので、駆動用電圧源電圧の反転
期間Ｔｏは。

１／　（２Ｆｔ　）以下に設定しておくのが好ましい。

またスイッチパルスφ１５をオフ状態にするタイミング
は、スイッチパルスφ１１．φ１２をオフ状態にすると
共にφ１とφ２をショートした時に収束する電圧Ｖｏを
越えてφ１．φ２の電圧が反転した状態にある時であれ
ば良いが、φ１．φ２がほぼ最大あるいは最小電圧にな
ったときにオフ状態にするのが好ましい。

第７図は本発明の第２の実施例であり、共振用のインダ
クタンスとスイッチおよび静電容量からなる直列回路を
端子φ１と半導体基板間及び端子φ２と半導体基板間に
挿入する。また駆動用電圧源と駆動用端子との間にパル
スφ２１．φ２２で動作するスイッチ回路を挿入した回
路構成になっている。

第８図はこの回路の駆動方法を示す図である。

第８図（ｅ）、（ｆ）の４に示すように駆動用端子φ１
．φ２の電圧を一定に保つ期間は、スイッチパルスφ２
４．φ２５（第８図（ｃＬ　（ｄ））をＯＦＦ状態にす
る一方、電圧源Ｖ２１．Ｖ２２（第８図（ａ）、（ｂ）
）の電圧を一定にしておく。

そしてスイッチパルスφ２１．φ２２（第８図（ｃ）、
（ｄ））をオン状態にし、端子φ１．φ２を低インピー
ダンスで一定電圧に保つようにする。

次に端子φ１電圧を反転するためにはまずスイッチパル
スφ２１をオフ状態にすると同時にスイッチφ２４をオ
ン状態にする（第８図５′）。するとＣＣＤの容量Ｃ１
，Ｃ１２とインダクタンス２１は共振し、φ１の電圧は
変化を始める。一定時間後φ１の電圧がほぼ反転した状
態になったとき、再びスイッチパルスφ２４をオフ状態
にする。

またこの間に電圧源Ｖ２１の電圧を反転しておきその後
スイッチパルスφ２１をオン状態にもどす。

この後直ちに端子φ２に対して同様の走査を繰り返すと
、端子ψ１．φ２は低インピーダンスで反転動作前とは
逆の一定電圧に保たれる。

以下同様の走査を繰り返すことによって第１の実施例同
様低い消費電力にもかかわらずほぼ矩形波の駆動波形を
得ることができる。

ただしＬＣ共振の共振周波数、駆動用電圧源電圧の反転
期間Ｔｏおよびスイッチパルスφ２４゜φ２５をオフ状
態にするタイミングは、第１の実施例同様に設定してお
く必要がある。さらに静電容量２３．２４は直流電流が
流れないように挿入したもので１回路起動時に通常駆動
期間における電圧源電圧はぼ平均電圧になるように初期
設定しておく事が望ましい。

なおここではφ１とφ２の反転を異なるタイミングで行
なう場合について示したが、同時に行なうこともできる
。

第９図は本発明の第３の実施例である。第１図の回路で
は端子φ１側のにあった電荷を、共振を利用して直接端
子φ２に移す。これに対して本実施例の方法では、端子
φ１側にある電荷を一度外部容量３５に移し、その後さ
らに端子φ２に移す。

この動作ができるように本回路では端子φ１゜φ２につ
ながるスイッチ（パルスφ３４，３５で開閉）の一端を
、インダクタンス３１．外部容量３５からなる共通の直
列回路につなぐ。

第１０図はこの回路の駆動方法を示す図である。

その駆動方法はほぼ第７図の回路の駆動方法と同じにな
る。すなわち駆動用端子電圧φ１．φ２（第１０図（ｅ
）（ｆ））を一定に保つ期間４は、スイッチパルスφ３
４．φ３５（第１０図（Ｃ）。

（ｄ））をオフ状態にする一方、電圧源ｖ３１゜ｖ３２
（第１０図（ａ）、（ｂ））の電圧を一定にしておく。

そしてスイッチパルスφ３１．φ３２（第１０図（Ｑ）
、（ｄ））をＯＮ状態にし、端子φ１．φ２を低インピ
ーダンスで一定電圧に保つようにする。

次に端子φ１の電圧を反転するためにはまずスイッチパ
ルスφ３１をオフ状態にすると同時にスイッチφ３４を
オン状態にする（第１０図５′）。

するとＣＯＤの容量と外部容量３５及びインダクタンス
３１が共振する。そして端子φ１側に有る電荷は外部容
量３５に移りφ１の電圧は変化を始める。一定時間後φ
１の電圧がほぼ反転した状應になったとき、再びスイッ
チパルスφ３４をオフ状態にする。またこの間に電圧源
Ｖ３１の電圧を反転しておきその後スイッチパルスφ３
１をオン状態にもどす。この後直ちに端子φ２に対して
同様の走査を繰り返すと、端子φ１．φ２は低インピー
ダンスで反転動作前とは逆の一定電圧に保たれる。

以下同様の走査を繰り返すことによって第１の実施例同
様低い消費電力にもかかわらずほぼ矩形波の駆動波形を
得ることができる。

ただしＬＣ共振の共据周波数、駆動用電圧源電圧の反転
期間Ｔｏおよびスイッチパルスφ３４゜φ３５をオフ状
態にするタイミングは、第１の実施例同様に設定してお
く必要がある。さらに駆動用端子電圧が目標の電圧範囲
内で動作するように容量３５．Ｃ１，Ｃ２の大きさはほ
ぼ等しくしておくことが望ましい。

第１１図は本発明の第４の実施例であり、第１図の回路
で共振用のインダクタンスに直列に挿入しパルスφ１５
で駆動するスイッチを、ダイオードとスイッチからなる
スイッチ回路部４８で置き換えた点が異なる。

第１図の回路ではφ１．φ２がほぼ最大あるいは最小電
圧になったときにタイミングを合わせてインダクタンス
に直列なスイッチ用のパルスφ１５をオフ状態しなけれ
ばならない。本実施例ではこの調整を自動的に行なう。

本回路の駆動方法を第１２図に示す。駆動用端子電圧φ
１．φ２（第１２図（ｄ）（ｅ））　　を一定に保つ期
間４はスイッチパルスφ４５（第１２図（ｂ））をオン
、φ４４をオフ状態にする。この時端子φ１の電圧は端
子φ２電圧より高いので、第１図の回路のスイッチの代
わりに挿入したスイッチ回路部４８はオフ状態になる。

したがって電圧源Ｖ４１．Ｖ４２　（第１２図（ａ））
の電圧を一定にし、スイッチパルスφ４１．φ４２（第
１２図（Ｃ））をオン状態にすると、第１の実施例同様
端子φ１．φ２を低インピーダンスで一定電圧に保つ事
ができる。

次に端子電圧を反転するために、まずスイッチパルスφ
４１．φ４２をオフ状態にした後スイッチパルスφ４４
をオン状態、φ４５をオフ状態に反転する。するとスィ
ッチ回路部４８全体としてはオン状態になり、ＣＯＤの
容量とインダクタンス１２の共振によってφ１とφ２の
電圧は変化を始める。一定時間後φ１とφ２の電圧がほ
ぼ反転した状態になりダイオード４６を流れる電流が止
まると、ダイオード４６には逆電圧が加わるのでスイッ
チ回路部４８は自動的にオフ状態になる。

一方この間に電圧源Ｖ４１．Ｖ４２の電圧を反転してお
き、その後スイッチパルスφ４１．φ４２をＯＮ状態に
もどすと、端子φ１．φ２は低インピーダンスで反転動
作前とは逆の一定電圧に保たれる。

以下同様の走査を繰り返すことによって、第１の実施例
同様はぼ矩形波の駆動波形を得ることができる。またこ
の回路ではＣＣＤの容量につながる端子電圧の反転をＬ
Ｃ共振を利用して行なっているので駆動電力を小さく抑
えることができる。

ただしＬＣ共振の共振周波数および駆動用電圧源電圧の
反転期間Ｔｏは、第１の実施例同様に設定しておく必要
がある。

なお以上第１図の回路にスイッチ回路部を設けた場合に
ついてのみ述べたが、第７図、第９図の回路でインダク
タンスに直列につながるスイッチを第１１図のスイッチ
回路部４８で置き換えることにより同様の効果を得るこ
とが出来る。また上記スイッチ回路部で用いるダイオー
ド４６．４７はφ１．φ２なほぼ最大あるいは最小値で
止はようシキイ値の小さいものである事が望ましい。す
なわち例えばショットキ・ダイオードあるいはＶｔｈを
小さく　（ただし正）設定したＦＥＴから作ったダイオ
ードを用いるのが望ましい。

なお上記実施例では全て２相駆動の場合についてのみ示
したが、３相駆動以上の場合についても同様に成り立つ
のは明らかである。また上記実施例の各回路では駆動用
電圧源につながるスイッチをオフ状態にしてからインダ
クタンスにつながるスイッチをオン状態のにしたが、こ
の順序を逆にすることによって駆動用端子電圧の立ち上
がり時間を速くすることが出来る。

〔発明の効果〕

以上述べた様に本発明によるＣＯＤの駆動回路ではＣＣ
Ｄ駆動に適した矩形波に近い駆動波形が得られるだけで
なく、駆動端子電圧の反転はＬＣ共振を利用して行なう
ため低電力駆動ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれ本発明による第１の実施例を
示す図とその説明図、第３図乃至第６図はそれぞれ従来
の電荷転送素子駆動回路とその説明図、第７図と第８図
はそれぞれ本発明による第２の実施例を示す図とその説
明図、第９図と第１０図はそれぞれ本発明による第３の
実施例を示す図とその説明図、第１１図と第１２図はそ
れぞれ本発明による第４の実施例を示す図とそ説明図で
ある。 １・・・半心体基板、２，３・・・絶縁膜と電極、１２
゜２１．２２．３１・・・共振用インダクタンス、２３
゜２４．３３・・・直流電圧源、４６．４７・・・ダイ
オード。 第　　ノ　　ｆ＠ ！ 第　２　団 第　３　ｎ 第　　５　国 ）ｌ シ　　６　　ア 第　８　口 第　９　臣 第　７０　η ￥　　Ｈ国 （ＯＬ）ｖａ（、Ｖ４２　Ｈ−一へへ−−−−−ＸハＡ
ｍ１； （ｂ）へ、−一り−」」−ｉ几几−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容量性のインピーダンスを持つ素子を駆動する駆動
   回路において、該素子駆動信号を印加する駆動用端子間
   にインダクタンスをつなぐと共に、駆動用電圧源と該駆
   動用端子間に第１のスイッチ回路を備え、該インダクタ
   ンスに直列に第２のスイッチ回路を挿入したことを特徴
   とする容量性インピーダンスを持つ素子の駆動回路。 ２、容量性のインピーダンスを持つ素子を駆動する駆動
   回路において、該素子の駆動用端子と基板の間にインダ
   クタンスと静電容量からなる直列回路をつなぐと共に、
   駆動用電圧源と該駆動用端子間に第１のスイッチ回路を
   備え、該インダクタンスに直列に第２のスイッチ回路を
   挿入したことを特徴とする容量性インピーダンスを持つ
   素子の駆動回路。 ３、容量性のインピーダンスを持つ素子を駆動する駆動
   回路において、該素子の駆動用端子と駆動用電圧源の間
   に第１のスイッチ回路を備え、別に設けた容量とインダ
   クタンスからなる直列回路の一端と該一つ以上の駆動用
   端子間に第２のスイッチ回路を挿入したことを特徴とす
   る容量性インピーダンスを持つ素子の駆動回路。 ４、請求項１乃至３記載のいずれかの駆動回路において
   、該インダクタンスに直列に挿入する第２のスイッチ回
   路を、ダイオードとスイッチからなるスイッチ回路部で
   置き換えた回路構成を持つことを特徴とする容量性イン
   ピーダンスを持つ素子の駆動回路。 ５、請求項１乃至４記載のいずれかの駆動回路において
   、第１のスイッチを該素子駆動周波数の２倍の周波数で
   開閉することを特徴とする容量性インピーダンスを持つ
   素子の駆動回路。 ６、請求項１乃至３記載のいずれかの駆動回路において
   、第２のスイッチを該素子駆動周波数の２倍の周波数で
   開閉することを特徴とする容量性インピーダンスを持つ
   素子の駆動回路。 ７、請求項１乃至３記載のいずれかの駆動回路において
   、第２のスイッチがオフ（オン）状態になるのとほぼ同
   期間、第１のスイッチをオン（オフ）状態に保つことを
   特徴とする容量性インピーダンスを持つ素子の駆動回路
   。 ８、請求項１乃至４記載のいずれかの駆動回路において
   、駆動用電圧源の電圧レベルを、第１のスイッチに同期
   して変えることを特徴とする容量性インピーダンスを持
   つ素子の駆動回路。 ９、請求項１乃至４記載のいずれかの駆動回路において
   、該インダクタンスと容量からなる共振回路の共振周波
   数を、該素子駆動周波数より高く設定することを特徴と
   する容量性インピーダンスを持つ素子の駆動回路。 １０、請求項１乃至４記載のいずれかの駆動回路におい
   て、該インダクタンスと容量からなる共振回路の共振周
   波数をＦとした時、駆動用電圧源のパルスの立ち上がり
   立ち下がり期間Ｔ＿０を１／２Ｆ以下に設定することを
   特徴とする容量性インピーダンスを持つ素子の駆動回路
   。 １１、請求項１乃至４記載のいずれかの駆動回路におい
   て、該駆動用電圧源と該駆動用端子間にあるスイッチを
   オフ状態、該インダクタンスに直列に挿入したスイッチ
   をオン状態にした時収束する電圧をＶ＿０とすると、該
   インダクタンスに直列に挿入したスイッチをＯＮ状態に
   して該駆動用端子電圧を反転する際、該駆動用端子電圧
   が該収束する電圧Ｖ＿０を超えて反転した状態になつた
   時、該インダクタンスに直列に挿入したスイッチをオフ
   状態にするようにした事を特徴とする容量性インピーダ
   ンスを持つ素子の駆動回路。