JPH05325590A - Charge coupled device - Google Patents

Charge coupled device

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JPH05325590A
JPH05325590A JP4132763A JP13276392A JPH05325590A JP H05325590 A JPH05325590 A JP H05325590A JP 4132763 A JP4132763 A JP 4132763A JP 13276392 A JP13276392 A JP 13276392A JP H05325590 A JPH05325590 A JP H05325590A
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clock pulse
pulse
output
phi
clock
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Akira Matsumoto
明 松本
Shinichi Iizuka
伸一 飯塚
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Kyocera Crystal Device Corp
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Abstract

PURPOSE:To decrease the number of the constituent elements of a pulse circuit which generates clock pulses phitr to be applied to the transfer gate of the final stage of a CCD output part that can be driven with a low voltage and to reduce the element formation area. CONSTITUTION:When a clock pulse phib is at 'L', an FET 36 turns ON and a clock pulse phif is outputted to an output node N2. When the (fit falls to 'L', a capacitor 32 is charged to the potential difference 4V between 5V of a clock pulse phia a and 1V of the output node N2 through the FET 36 in the ON state. When the phib rises to 'H', the phib is inverted by an inverter 31 while the FET 36 turns OFF, the phia becomes 0V, and the N2 enters a floating state. so that the potential difference charged in the capacitor 32 is outputted from the N2. Consequently, the pulses phitr outputted from the N2 become pulses which vary between the level 'L' of -3V and the level 'H' of 5V.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、フローティング・ディ
フージョン増幅器(floating diffusion amplifier、以
下FDAという)方式の電荷結合素子(以下、CCDと
いう)、特にその低電圧動作可能な出力部を駆動するた
めのパルス回路に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is for driving a floating diffusion amplifier (hereinafter referred to as FDA) type charge coupled device (hereinafter referred to as CCD), and particularly for driving an output section capable of operating at a low voltage. The pulse circuit of.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば次のような文献に記載されるものがあった。 文献1;特開昭62−238665号公報 文献2;特開昭63−289865公報 図2は、前記文献1に記載された従来のFDA方式のC
CD出力部を示す概略の構成図、及び図3はそのCCD
出力部のパルス回路の回路図である。図2のCCD出力
部では、P型の半導体基板SBの表面下に、図示しない
N型埋込みチャネルが形成され、その埋込みチャネル上
にゲート絶縁膜を介して複数段の転送ゲート…1n-2
n ,…2n-2 〜2n が形成されている。各段は第2層
目転送ゲート…1n-2 〜1n と第1層目転送ゲート…2
n-2 〜2n とで構成され、最終段を除いて2相クロック
パルスφa ,φb で駆動されるようになっている。クロ
ックパルスφa とφb は、互いに逆相の相補的なパルス
であり、例えば低レベル(“L”レベル)が0V、高レ
ベル(“H”レベル)が5Vのパルスである。最終段の
第2層目転送ゲート1n と第1層目転送ゲート2n は、
図3に示すパルス回路20で生成されたクロックパルス
φtrで駆動されるようになっている。クロックパルスφ
trは、例えば0Vを基準にして“L”レベルが−4V、
“H”レベルが5Vまで変化するパルスである。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique in such a field,
For example, some documents were described in the following documents. Reference 1: Japanese Patent Laid-Open No. 62-238665 Document 2: Japanese Patent Laid-Open No. 63-289865 FIG. 2 is a conventional FDA system C described in Document 1 above.
Schematic block diagram showing the CD output section, and FIG. 3 shows the CCD.
It is a circuit diagram of a pulse circuit of the output unit. In the CCD output section of FIG. 2, an N-type buried channel (not shown) is formed below the surface of the P-type semiconductor substrate SB, and a plurality of stages of transfer gates are formed on the buried channel via a gate insulating film ... 1 n-2 ~
1 n , ... 2 n-2 to 2 n are formed. Each stage has a second layer transfer gate ... 1 n-2 to 1 n and a first layer transfer gate ... 2
n−2 to 2 n, and is driven by two-phase clock pulses φ a and φ b except for the final stage. The clock pulses φ a and φ b are complementary pulses having opposite phases, for example, a low level (“L” level) of 0 V and a high level (“H” level) of 5 V. The second layer transfer gate 1 n and the first layer transfer gate 2 n in the final stage are
It is adapted to be driven by the clock pulse φ tr generated by the pulse circuit 20 shown in FIG. Clock pulse φ
tr is, for example, 0V as a reference, "L" level is -4V,
This is a pulse whose "H" level changes to 5V.

【0003】最終段の第1層目転送ゲート2n に隣接し
て、接地電位VSS(=0V)が印加される第2層目の
出力ゲート(OG)3が設けられている。この出力ゲー
ト3に隣接して、N+ 型のフローティング・ディフージ
ョン領域(以下、FD領域という)4が半導体基板SB
内に形成されている。FD領域4の近傍には、それと対
向してN+ 型のドレイン領域(DD)5が配置され、そ
のFD領域4とドレイン領域5との間のN型埋込みチャ
ネル上に、ゲート絶縁膜を介してドレインゲート(D
G)6が形成されている。ドレイン領域5には電源電位
VDD(例えば、5V)が、ドレインゲート6にはリセ
ットパルスφr (=φa )がそれぞれ印加され、そのド
レイン領域5及びドレインゲート6によってリセット手
段が構成されている。
A second-layer output gate (OG) 3 to which a ground potential VSS (= 0 V) is applied is provided adjacent to the first-stage first-layer transfer gate 2 n . Adjacent to the output gate 3, an N + type floating diffusion region (hereinafter referred to as FD region) 4 is formed on the semiconductor substrate SB.
Is formed inside. An N + type drain region (DD) 5 is arranged in the vicinity of the FD region 4 so as to face it, and a gate insulating film is provided on the N type buried channel between the FD region 4 and the drain region 5. Drain gate (D
G) 6 is formed. A power supply potential VDD (for example, 5 V) is applied to the drain region 5 and a reset pulse φ r (= φ a ) is applied to the drain gate 6, and the drain region 5 and the drain gate 6 constitute a reset means. ..

【0004】FD領域4は、半導体基板SBに形成され
たソースホロワ型の出力増幅器10に接続されている。
出力増幅器10は、N型の電界効果トランジスタ(以
下、FETという)11,12を有し、それらが電源電
位VCCと接地電位VSSとの間に直列接続されてい
る。一方のFET11のゲートはFD領域4に接続さ
れ、そのソース・ドレインが電源電位VDDと出力端子
OUTに接続されている。他方のFET12のソース・
ドレインは出力端子OUTと接地電位VSSに接続さ
れ、そのゲートにクロックパルスφb が印加されるよう
になっている。
The FD region 4 is connected to a source follower type output amplifier 10 formed on the semiconductor substrate SB.
The output amplifier 10 has N-type field effect transistors (hereinafter referred to as FETs) 11 and 12, which are connected in series between the power supply potential VCC and the ground potential VSS. The gate of one FET 11 is connected to the FD region 4, and its source and drain are connected to the power supply potential VDD and the output terminal OUT. Source of the other FET12
The drain is connected to the output terminal OUT and the ground potential VSS, and the clock pulse φ b is applied to its gate.

【0005】図3に示すパルス回路20は、クロックパ
ルスφa ,φc ,φd によって出力ノードN1からクロ
ックパルスφtrを発生する回路であり、図2のCCDと
同一の半導体基板SBに形成されている。クロックパル
スφc は、クロックパルスφa と同一のパルス幅を有す
るが、そのクロックパルスφa に対して逆相で、かつタ
イミングが遅れたパルスである。クロックパルスφ
d は、クロックパルスφcのパルス幅と同一であるが、
そのクロックパルスφc に対して逆相で、かつタイミン
グが遅れたパルスである。キャパシタ21の一方の電極
にはクロックパルスφd が印加され、他方の電極が出力
ノードN1に接続されている。出力ノードN1とクロッ
クパルスφa とはP型FET23のソース・ドレインに
接続され、そのゲートがキャパシタ22の一方の電極に
接続され、そのキャパシタ22の他方の電極にクロック
パルスφcが印加されるようになっている。FET23
のゲートと接地電位VSSにはP型FET24のソース
・ドレインが接続され、そのソースまたはドレインとゲ
ートとが接地電位VSSに共通接続されている。
The pulse circuit 20 shown in FIG. 3 is a circuit for generating the clock pulse φ tr from the output node N1 by the clock pulses φ a , φ c and φ d , and is formed on the same semiconductor substrate SB as the CCD of FIG. Has been done. Clock pulses phi c has the same pulse width and a clock pulse phi a, a reverse phase with respect to the clock pulse phi a, and a pulse timing is delayed. Clock pulse φ
d is the same as the pulse width of the clock pulse φ c ,
It is a pulse whose phase is opposite to that of the clock pulse φ c and whose timing is delayed. The clock pulse φ d is applied to one electrode of the capacitor 21, and the other electrode is connected to the output node N1. The output node N1 and the clock pulse φ a are connected to the source / drain of the P-type FET 23, the gate thereof is connected to one electrode of the capacitor 22, and the clock pulse φ c is applied to the other electrode of the capacitor 22. It is like this. FET23
The source and drain of the P-type FET 24 are connected to the gate and the ground potential VSS, and the source or drain and the gate are commonly connected to the ground potential VSS.

【0006】図4は、図3の動作を示すタイミング図で
あり、この図を参照しつつ、図2および図3に示すCC
D出力部の動作を説明する。まず、図3のパルス回路2
0の動作を説明する。クロックパルスφa ,φc ,φd
が供給されると、パルス回路20が動作する。例えば、
クロックパルスφaは、クロックパルスφb を相補型M
OSトランジスタ(以下、CMOSという)からなるイ
ンバータで反転することにより生成される。クロックパ
ルスφa をCMOSインバータで反転することによりク
ロックパルスφc が得られ、さらにそのクロックパルス
φc をCMOSインバータで反転すれば、クロックパル
スφdが得られる。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of FIG. 3, and the CC shown in FIGS. 2 and 3 with reference to this figure.
The operation of the D output section will be described. First, the pulse circuit 2 of FIG.
The operation of 0 will be described. Clock pulse φ a , φ c , φ d
Is supplied, the pulse circuit 20 operates. For example,
The clock pulse φ a is a complementary M of the clock pulse φ b.
It is generated by inverting with an inverter composed of an OS transistor (hereinafter referred to as CMOS). Clock pulses phi c is obtained by inverting the clock pulses phi a of the CMOS inverter, if further inverts the clock pulse phi c a CMOS inverter, the clock pulse phi d is obtained.

【0007】図4の時刻t1において、クロックパルス
φb が“L”レベル(=0V)から“H”レベル(=5
V)に立ち上がる。このとき、クロックパルスφa
“H”レベル(=5V)、φc は“L”レベル(=0レ
ベル)、およびφd は“H”レベル(=5V)を維持す
る。クロックパルスφc が“L”レベルのため、FET
23のゲート電圧が−3Vとなり、該FET23がオン
し、クロックパルスφaの5Vが該FET23を通して
出力ノードN1へ送られ、該出力ノードN1から出力さ
れるクロックパルスφtrが5Vとなる。時刻t2でクロ
ックパルスφa が“L”レベル(=0V)に立ち下がる
と、その0Vがオン状態のFET23を通して出力ノー
ドN1へ送られ、クロックパルスφtrが0Vに立ち下が
る。時刻t3においてクロックパルスφc が“H”レベ
ル(=5V)に立ち上がると、キャパシタ22を通して
FET23のゲート電圧が1.5Vへ上昇するため、該
FET23がオフ状態となり、出力ノードN1のクロッ
クパルスφtrは0Vを維持する。
At time t1 in FIG. 4, the clock pulse φ b changes from “L” level (= 0 V) to “H” level (= 5).
Stand up to V). At this time, the clock pulse φ a maintains “H” level (= 5 V), φ c maintains “L” level (= 0 level), and φ d maintains “H” level (= 5 V). Since the clock pulse φ c is at "L" level, the FET
Gate voltage -3V next 23, the FET23 is turned on, 5V clock pulse phi a is sent to the output node N1 through the FET23, the clock pulses phi tr outputted from the output node N1 becomes 5V. When the clock pulse φ a falls to the “L” level (= 0 V) at time t2, the 0 V is sent to the output node N1 through the FET 23 in the ON state, and the clock pulse φ tr falls to 0 V. When the clock pulse φ c rises to the “H” level (= 5 V) at time t3, the gate voltage of the FET 23 rises to 1.5 V through the capacitor 22, so that the FET 23 is turned off and the clock pulse φ of the output node N1. tr maintains 0V.

【0008】時刻t4でクロックパルスφd が“L”レ
ベル(=0V)に立ち下がると、キャパシタ21を通し
て出力ノードN1の電圧が引き下げられ、クロックパル
スφtrが−4Vまで下がる。時刻t5においてクロック
パルスφa が“L”レベルから“H”レベルに立ち上が
ると、5Vのクロックパルスφc によってFET23の
ベース電圧が1.5Vになっているが、該FET23が
オン状態となる。そのため、クロックパルスφa の5V
がFET23を通して出力ノードN1へ送られ、クロッ
クパルスφtrが5Vまで立ち上がる。時刻t6でクロッ
クパルスφc が“L”レベルに立ち下がると、キャパシ
タ22を介してFET23のゲート電圧が−3Vまで引
き下げられる。そのため、FET23がオン状態を維持
し、クロックパルスφa の5Vによってクロックパルス
φtrが5Vを維持する。以下同様の動作が繰り返され、
クロックパルスφtrが0Vを基準にして+5V〜−4V
の間を遷移する。このクロックパルスφtrは、図2の最
終段の転送ゲート1n ,2n に印加される。
When the clock pulse φ d falls to "L" level (= 0 V) at time t4, the voltage of the output node N1 is lowered through the capacitor 21 and the clock pulse φ tr falls to -4V. At time t5, when the clock pulse φ a rises from the “L” level to the “H” level, the base voltage of the FET 23 becomes 1.5 V by the 5 V clock pulse φ c , but the FET 23 is turned on. Therefore, 5V of clock pulse φ a
Is sent to the output node N1 through the FET 23, and the clock pulse φ tr rises to 5V. When the clock pulse φ c falls to the “L” level at time t6, the gate voltage of the FET 23 is lowered to −3V via the capacitor 22. Accordingly, FET 23 is kept in the ON state, the clock pulse phi tr maintains a 5V by 5V clock pulses phi a. The same operation is repeated thereafter,
Clock pulse φ tr is + 5V to -4V with 0V as reference
Transition between. This clock pulse φ tr is applied to the transfer gates 1 n and 2 n at the final stage in FIG.

【0009】図2のCCD出力部において、2相のクロ
ックパルスφa ,φb が各段の転送ゲート…1n-2 ・2
n-2 ,1n-1 ・2n-1 に印加されると、その下の信号電
荷QS が順次最終段の転送ゲート1n ,2n へ転送され
ていく。最終段の第1層目転送ゲート1n の下にはクロ
ックパルスφtrによってポテンシャル井戸が形成されて
いるので、そのポテンシャル井戸に流入した信号電荷Q
S が該クロックパルスφtrによって押出され、接地電位
VSSによって出力ゲート3下に作られたポテンシャル
障壁を越えてFD領域4へ流入する。FD領域4に流入
した信号電荷QS は、出力増幅器10内のFET11で
電圧値に変換され、電圧信号として出力端子OUTから
取り出される。出力端子OUTから電圧信号が取り出さ
れた後、ドレインゲート6がリセットパルスφr (=φ
a )で開かれ、不要電荷がドレイン領域5へ排出され
る。この種のCCD出力部では、最終段の転送ゲート1
n ,2n を駆動するリセットパルスφtrを図4のような
波形にし、ドレインゲート6に低電圧のリセットパルス
φr =φa を印加するので、FET11のドレイン電圧
も低くでき、それによって信号電荷Qs が逆流すること
なく、低電圧駆動が可能となる。
In the CCD output section of FIG. 2, two-phase clock pulses φ a and φ b are transferred to each stage of transfer gates ... 1 n- 2.
When applied to n-2 , 1 n-1 and 2 n-1 , the signal charges Q S thereunder are sequentially transferred to the transfer gates 1 n and 2 n at the final stage. Since the potential well is formed by the clock pulse φ tr below the first-stage transfer gate 1 n in the final stage, the signal charge Q flowing into the potential well is generated.
S is pushed out by the clock pulse φ tr and flows into the FD region 4 over the potential barrier created under the output gate 3 by the ground potential VSS. The signal charge Q S that has flowed into the FD region 4 is converted into a voltage value by the FET 11 in the output amplifier 10 and taken out from the output terminal OUT as a voltage signal. After the voltage signal is taken out from the output terminal OUT, the drain gate 6 causes the reset pulse φ r (= φ
It is opened in a ) and unnecessary charges are discharged to the drain region 5. In this type of CCD output section, the transfer gate 1 at the final stage is
Since the reset pulse φ tr for driving n and 2 n has a waveform as shown in FIG. 4 and the low-voltage reset pulse φ r = φ a is applied to the drain gate 6, the drain voltage of the FET 11 can also be lowered, and thereby the signal can be reduced. A low voltage drive becomes possible without the charge Q s flowing backward.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
CCD出力部では、最終段の転送ゲート1n ,2n に印
加するクロックパルスφtrを発生するパルス回路20
は、2個のキャパシタ21,22および2個のFET2
3,24を必要とし、素子数が多いばかりか、集積回路
化の際の素子形成面積が増大するという問題があり、そ
れを解決することが困難であった。本発明は、前記従来
技術が持っていた課題として、低電圧駆動が可能である
が、素子数が多く、集積回路化の際の素子形成面積が増
大するという点について解決したCCDを提供するもの
である。
However, in the conventional CCD output section, the pulse circuit 20 for generating the clock pulse φ tr to be applied to the transfer gates 1 n and 2 n at the final stage.
Are two capacitors 21, 22 and two FET2
3 and 24 are required, and there is a problem that not only the number of elements is large but also the element formation area is increased when integrated into an integrated circuit, which is difficult to solve. The present invention provides a CCD which solves the problem that the above-mentioned conventional technique has, although it can be driven at a low voltage, but has a large number of elements and an increased element formation area when integrated into a circuit. Is.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために、半導体基板上に形成されクロックパルス
φb によって前段の転送ゲートから送られてきた信号電
荷をクロックパルスφtrで出力側へ転送する最終段の転
送ゲートと、前記最終段の転送ゲートに隣接して前記半
導体基板上に形成されたポテンシャル障壁形成用の出力
ゲートと、前記出力ゲートに隣接して前記半導体基板内
に形成され前記信号電荷を蓄積するFD領域と、前記F
D領域に隣接して前記半導体基板に形成され、リセット
パルスφr によって前記FD領域の蓄積電荷をドレイン
領域へ排出するリセット手段と、前記半導体基板に形成
され前記FD領域の蓄積電荷量を電圧値に変換して出力
する出力増幅器と、前記半導体基板に形成され前記クロ
ックパルスφtrを生成するパルス回路とを、備えた電荷
結合素子において、前記パルス回路を次のように構成し
ている。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention outputs the signal charge sent from the transfer gate of the preceding stage by the clock pulse φ b formed on the semiconductor substrate by the clock pulse φ tr . A transfer gate at the final stage for transferring to the side, an output gate for forming a potential barrier formed on the semiconductor substrate adjacent to the transfer gate at the final stage, and in the semiconductor substrate adjacent to the output gate. An FD region formed to store the signal charge;
Reset means formed adjacent to the D region on the semiconductor substrate and discharging the accumulated charge of the FD region to the drain region by a reset pulse φ r ; and a stored charge amount of the FD region formed on the semiconductor substrate as a voltage value. In a charge-coupled device including an output amplifier for converting to and outputting and a pulse circuit formed on the semiconductor substrate for generating the clock pulse φ tr , the pulse circuit is configured as follows.

【0012】即ち、前記パルス回路は、前記クロックパ
ルスφb に対して逆相のクロックパルスφa が一方の電
極に印加され、他方の電極がクロックパルスφtr出力用
の出力ノードに接続されたキャパシタと、前記クロック
パルスφb によって第1および第2の電極間がオン,オ
フ動作し、該第1の電極が前記出力ノードに接続され、
前記クロックパルスφa よりもパルス幅が小さくかつそ
のクロックパルスφaよりもタイミングの進んだクロッ
クパルスφf が該第2の電極に印加されるスイッチング
素子とを、備えている。
Namely, the pulse circuit, a clock pulse phi a reverse phase with respect to the clock pulse phi b is applied to one electrode, the other electrode being connected to the output node of the clock pulse phi tr output ON / OFF operation between the capacitor and the first and second electrodes by the clock pulse φ b , the first electrode is connected to the output node,
And switching elements said clock pulse phi pulse width and smaller than a the clock pulses phi advanced timings than a clock pulse phi f is applied to the electrode of the second comprises.

【0013】[0013]

【作用】本発明によれば、以上のようにCCD出力部の
パルス回路を構成したので、クロックパルスφb でスイ
ッチング素子がオン,オフ動作し、そのスイッチング素
子を介してクロックパルスφf が出力ノードへ出力され
る。また、クロックパルスφa と出力ノードとの電位差
によってキャパシタが充電され、スイッチング素子のオ
フ時にその電位差が該出力ノードから出力される。その
ため、ある電圧を基準にして“H”レベルから“L”レ
ベルに変化する振幅のクロックパルスがパルス回路から
出力される。このパルス回路のクロックパルスにより、
最終段の転送ゲート下の信号電荷が出力ゲートを介して
FD領域へ送られる。そして、FD領域の信号電荷が出
力増幅器で検出されて出力される。これにより、CCD
出力部において信号電荷が逆流することなく、低電圧駆
動が可能となる。従って、前記課題を解決できるのであ
る。
According to the present invention, since the pulse circuit of the CCD output section is configured as described above, the switching element is turned on and off by the clock pulse φ b , and the clock pulse φ f is output through the switching element. It is output to the node. Further, the capacitor is charged by the potential difference between the clock pulse φ a and the output node, and the potential difference is output from the output node when the switching element is off. Therefore, a clock pulse having an amplitude changing from “H” level to “L” level with reference to a certain voltage is output from the pulse circuit. By the clock pulse of this pulse circuit,
The signal charge under the transfer gate at the final stage is sent to the FD region via the output gate. Then, the signal charge in the FD region is detected and output by the output amplifier. This allows the CCD
It is possible to drive at a low voltage without the signal charges flowing back at the output section. Therefore, the above problem can be solved.

【0014】[0014]

【実施例】図1は、本発明の実施例を示すもので、FD
A方式におけるCCD出力部に設けられるパルス回路の
回路図であり、従来の図2中の要素と共通の要素には共
通の符号が付されている。本実施例のCCD出力部で
は、従来のCCD出力部に対してパルス回路の回路構成
が異なるのみで、他の構成は従来と同一である。本実施
例のパルス回路は、例えば“L”レベルが−3V、
“H”レベルが5Vのクロックパルスφtrを発生し、そ
のクロックパルスφtrで図2の最終段の転送ゲート
n ,2n を駆動する回路であり、転送ゲート…
n-1 ,2n-1 を駆動するクロックパルスφb を反転し
て、転送ゲート…1n-2 ,2n-2 を駆動するためのクロ
ックパルスφa を出力するCMOSインバータ31を有
している。インバータ31は、P型FET31aとN型
FET31bを有し、それらが電源電位VDD(=5
V)と接地電位VSS(=0V)との間に直列接続され
ている。インバータ31の出力側とクロックパルスφtr
を出力する出力ノードN2との間に、キャパシタ32が
接続され、さらにその出力ノードN2と接地電位VSS
との間に、出力レベル調整用のキャパシタ33が接続さ
れている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a pulse circuit provided in a CCD output section in the A system, and elements common to those in the conventional FIG. 2 are denoted by common reference numerals. The CCD output section of the present embodiment is different from the conventional CCD output section only in the circuit configuration of the pulse circuit, and the other configurations are the same as the conventional one. In the pulse circuit of this embodiment, for example, the "L" level is -3V,
This is a circuit that generates a clock pulse φ tr having an “H” level of 5 V and drives the transfer gates 1 n and 2 n at the final stage of FIG. 2 by the clock pulse φ tr .
A CMOS inverter 31 is provided which inverts the clock pulse φ b for driving 1 n-1 and 2 n-1 and outputs the clock pulse φ a for driving the transfer gates 1 n-2 and 2 n-2. is doing. The inverter 31 has a P-type FET 31a and an N-type FET 31b, which are connected to the power supply potential VDD (= 5
V) and the ground potential VSS (= 0V) are connected in series. Output side of inverter 31 and clock pulse φ tr
The capacitor 32 is connected between the output node N2 and the output node N2, and the output node N2 and the ground potential VSS are connected.
A capacitor 33 for output level adjustment is connected between and.

【0015】また、クロックパルスφe を入力してクロ
ックパルスφf を出力する縦続接続された2個のバッフ
ァ用のCMOSインバータ34,35が設けられてい
る。クロックパルスφe は、クロックパルスφa よりも
パルス幅が小さく、かつそのクロックパルスφa よりも
タイミングの進んだパルスである。インバータ34はP
型FET34aおよびN型FET34bを有し、それら
が電源電位VDDと接地電位VSSとの間に直列接続さ
れている。同様に、インバータ35はP型FET35a
およびN型FET35bを有し、それらが電源電位VD
Dと接地電位VSSとの間に接続されている。このイン
バータ35の出力側と出力ノードN2には、スイッチン
グ素子(例えば、P型FET)36のソース・ドレイン
が接続され、そのゲートがクロックパルスφb に接続さ
れている。
Further, two CMOS inverters 34 and 35 for buffers, which are connected in cascade and which receive the clock pulse φ e and output the clock pulse φ f , are provided. Clock pulses phi e is smaller pulse width than the clock pulse phi a, and a pulse advanced timings than its clock pulse phi a. The inverter 34 is P
Has a type FET 34a and an N-type FET 34b, which are connected in series between the power supply potential VDD and the ground potential VSS. Similarly, the inverter 35 is a P-type FET 35a.
And N-type FET 35b, which are power source potential VD
It is connected between D and the ground potential VSS. The source and drain of a switching element (for example, P-type FET) 36 are connected to the output side of the inverter 35 and the output node N2, and the gate thereof is connected to the clock pulse φ b .

【0016】次に、図1に示すパルス回路の動作を、図
5を参照しつつ説明する。図5は、図1の動作を示すタ
イミング図であり、図中のT1,T2,T3はクロック
パルスφa ,…の各期間を表わす。図5の期間T1にお
いて、クロックパルスφe が“L”レベル(=0V)か
ら“H”レベル(=5V)に立ち上がった後に、クロッ
クパルスφb が“H”レベル(=5V)から“L”レベ
ル(=0V)に立ち下がると、該クロックパルスφe
インバータ34,35で駆動されてクロックパルスφf
が“L”レベル(=0V)から“H”レベル(=5V)
へ立ち上がる。クロックパルスφb が“H”レベルから
“L”レベルに立ち下がると、それがインバータ31で
反転されてクロックパルスφa が“L”レベル(=0
V)から“H”レベル(=5V)に立ち上がる。クロッ
クパルスφb が“L”レベルに立ち下がると、FET3
6がオンし、クロックパルスφf が出力ノードN2へ送
られ、該出力ノードN2から出力されるクロックパルス
φtrが“L”レベル(=−3V)から“H”レベル(=
5V)に立ち上がる。
Next, the operation of the pulse circuit shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a timing chart showing the operation of FIG. 1, and T1, T2, T3 in the figure represent each period of the clock pulse φ a , .... In the period T1 of FIG. 5, after the clock pulse φ e rises from the “L” level (= 0 V) to the “H” level (= 5 V), the clock pulse φ b changes from the “H” level (= 5 V) to the “L” level. When it falls to the "level (= 0V), the clock pulse φ e is driven by the inverters 34 and 35 to generate the clock pulse φ f.
Is from "L" level (= 0V) to "H" level (= 5V)
Stand up to. When the clock pulse φ b falls from the “H” level to the “L” level, it is inverted by the inverter 31 and the clock pulse φ a becomes the “L” level (= 0.
V) rises to "H" level (= 5V). When the clock pulse φ b falls to “L” level, FET3
6 is turned on, the clock pulse φ f is sent to the output node N2, and the clock pulse φ tr output from the output node N2 changes from “L” level (= −3 V) to “H” level (=
5V).

【0017】期間T2において、クロックパルスφe
φf が“H”レベルから“L”レベルに立ち下がると、
それがオン状態のFET36を通して出力ノードN2へ
伝えられる。例えば、キャパシタ32の容量値を2pF、
キャパシタ33の容量値を0.25pFとすると、出力ノ
ードN2から出力されるクロックパルスφtrが1Vとな
る。そのため、クロックパルスφa の5Vと出力ノード
N2の1Vとの電位差4Vがキャパシタ32に充電され
ることになる。期間T3において、クロックパルスφb
が“H”レベルに立ち上がると、それがインバータ31
で反転されてクロックパルスφa が“L”レベルとな
る。クロックパルスφb が“H”レベルになると、FE
T36がオフ状態となる。このとき、クロックパルスφ
a が“L”レベル(=0V)のため、出力ノードN2が
フローティング状態となり、期間T2のときのクロック
パルスφa の5Vと出力ノードN2の1Vとの電位差4
Vが出力ノードN2から出力されるので、クロックパル
スφtrが−3Vとなる。
In the period T2, the clock pulse φ e ,
When φ f falls from “H” level to “L” level,
It is transmitted to the output node N2 through the FET 36 in the ON state. For example, the capacitance value of the capacitor 32 is 2 pF,
When the capacitance value of the capacitor 33 is 0.25 pF, the clock pulse φ tr output from the output node N2 becomes 1V. Therefore, the potential difference 4V between 5V of the clock pulse φ a and 1V of the output node N2 is charged in the capacitor 32. In period T3, clock pulse φ b
Rises to the “H” level, the inverter 31
And the clock pulse φ a becomes "L" level. When the clock pulse φ b becomes “H” level, FE
T36 is turned off. At this time, clock pulse φ
Since a is at the “L” level (= 0 V), the output node N2 is in a floating state, and the potential difference 4 between the 5 V of the clock pulse φ a and the 1 V of the output node N2 during the period T2 is 4
Since V is output from the output node N2, the clock pulse φ tr becomes -3V.

【0018】このような“L”レベルが−3V、“H”
レベルが5Vのクロックパルスφtrが、図2の最終段の
転送ゲート1n ,2n に印加されると、第1層目転送ゲ
ート2n 下のポテンシャル井戸に流入した信号電荷Qs
が押出され、接地電位VSSによって出力ゲート3下に
作られたポテンシャル障壁を越えてFD領域4へ流入す
る。FD領域4に流入した信号電荷Qs は、従来と同様
に出力増幅器10内のFET11で電圧値に変換され、
電圧信号として出力端子OUTから取り出される。出力
端子OUTから電圧信号が取り出された後、ドレインゲ
ート6がリセットパルスφr (=φa )で開かれ、不要
電荷がドレイン領域5へ排出される。なお、従来のCC
D出力部では、最終段の転送ゲート1n ,2n に印加さ
れるクロックパルスφtrが0Vを中心に、−4V〜+5
Vの振幅値を有するパルスであったのに対し、本実施例
のクロックパルスφtrでは“L”レベルが−3V、
“H”レベルが5Vのパルスであるが、転送動作上、何
等問題とならず、効率のよい信号電荷Qs の転送が行な
える。
Such "L" level is -3V, "H"
When a clock pulse φ tr having a level of 5 V is applied to the transfer gates 1 n and 2 n at the final stage of FIG. 2, the signal charge Q s flowing into the potential well below the first layer transfer gate 2 n is applied.
Are extruded and flow into the FD region 4 over the potential barrier created under the output gate 3 by the ground potential VSS. The signal charge Q s flowing into the FD region 4 is converted into a voltage value by the FET 11 in the output amplifier 10 as in the conventional case,
It is taken out from the output terminal OUT as a voltage signal. After the voltage signal is taken out from the output terminal OUT, the drain gate 6 is opened by the reset pulse φ r (= φ a ) and unnecessary charges are discharged to the drain region 5. In addition, conventional CC
In the D output section, the clock pulse φ tr applied to the transfer gates 1 n and 2 n at the final stage is -4 V to +5 with 0 V as the center.
While the pulse has the amplitude value of V, the "L" level is -3V in the clock pulse φ tr of this embodiment.
Although the “H” level is a pulse of 5 V, it does not cause any problem in the transfer operation, and the efficient transfer of the signal charge Q s can be performed.

【0019】本実施例のパルス回路では、クロックパル
スφa ,φb ,φf が従来のパルス回路のクロックパル
スφa ,φc ,φd に相当し、しかも従来のキャパシタ
21およびFET23が実施例のキャパシタ32および
FET36に相当する。本実施例のキャパシタ33は、
出力レベル調整のため設けられているので、キャパシタ
32よりも小さな容量値でよい。従って、従来のキャパ
シタ21および22の合計の容量値よりも、本実施例の
キャパシタ32および33の合計の容量値が小さく、し
かも従来の2個のFET23,24に対して本実施例で
は1個のFET36でよいため、素子数を少なくできる
と共に、集積回路化の際の素子形成面積を小さくでき
る。
In the pulse circuit of this embodiment, the clock pulses φ a , φ b and φ f correspond to the clock pulses φ a , φ c and φ d of the conventional pulse circuit, and the conventional capacitor 21 and FET 23 are used. It corresponds to the example capacitor 32 and FET 36. The capacitor 33 of this embodiment is
The capacitance value is smaller than that of the capacitor 32 because it is provided for adjusting the output level. Therefore, the total capacitance value of the capacitors 32 and 33 of the present embodiment is smaller than the total capacitance value of the conventional capacitors 21 and 22, and one FET is present in the present embodiment as compared with the two conventional FETs 23 and 24. Since it is sufficient to use the FET 36, the number of elements can be reduced and the element formation area at the time of integration into an integrated circuit can be reduced.

【0020】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば
次のようなものがある。 (i) 図1のキャパシタ33は、出力レベルを調整す
るためのものであるから、それを省略してもよい。これ
により、素子数の減少と、素子形成面積を小さくでき
る。 (ii) 図1のクロックパルスφb をインバータ31で
反転してクロックパルスφa を生成しているため、その
インバータ31によって該クロックパルスφaのタイミ
ングが若干ずれる。このクロックパルスφa とφb は同
一タイミングでもよいので、該クロックパルスφa とφ
b をそれぞれ別個に作っておいて図1のパルス回路に供
給するようにしてもよい。同様に、クロックパルスφe
をインバータ34,35で駆動することによってクロッ
クパルスφf を作っているが、このクロックパルスφf
を外部から図1のパルス回路に直接供給するようにして
もよい。また、クロックパルスφe から、インバータ等
によってクロックパルスφf ,φb ,φa を作るような
回路構成にしてもよい。 (iii) 図1のP型FET36は、半導体基板SBや電
源の極性等を変えることにより、N型FETで構成した
り、あるいはその他のトランジスタで構成してもよい。 (iv) 図2のCCDは、2相クロックパルスφa ,φ
b で転送動作を行なうが、他の相数のクロックパルスで
動作する構造に変えてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications are possible. Examples of such modifications include the following. (I) Since the capacitor 33 in FIG. 1 is for adjusting the output level, it may be omitted. As a result, the number of elements can be reduced and the element formation area can be reduced. (Ii) for the clock pulse phi b of FIG. 1 is inverted by the inverter 31 is generating the clock pulse phi a, the timing of the clock pulse phi a is shifted slightly by the inverter 31. This clock pulse phi a and phi b may be the same timing, the clock pulses phi a and phi
b may be separately produced and supplied to the pulse circuit of FIG. Similarly, clock pulse φ e
While making the clock pulses phi f by the driving by the inverter 35, the clock pulse phi f
May be directly supplied to the pulse circuit of FIG. 1 from the outside. Further, the circuit configuration may be such that the clock pulses φ f , φ b , and φ a are generated from the clock pulse φ e by an inverter or the like. (Iii) The P-type FET 36 in FIG. 1 may be an N-type FET or another transistor by changing the polarity of the semiconductor substrate SB or the power supply. (Iv) The CCD of FIG. 2 has a two-phase clock pulse φ a , φ
Although the transfer operation is performed in b , the structure may be changed so that it operates with clock pulses of other phase numbers.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明よれ
ば、クロックパルスφb によってスイッチング素子をオ
ン,オフ動作し、クロックパルスφa とφf でキャパシ
タを充放電することにより、所定振幅のパルスを発生す
るようにしたので、パルス回路の素子数を減少できると
共に、素子形成面積を削減でき、低電圧駆動が適確に行
なえるCCD出力部を提供できる。
As described [Effect the Invention above, according the present invention, on the switching element by the clock pulse phi b, and OFF operation, by charging and discharging the capacitor at the clock pulse phi a and phi f, predetermined amplitude Since the pulse is generated, it is possible to reduce the number of elements in the pulse circuit, reduce the element formation area, and provide a CCD output section that can be accurately driven at a low voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例を示すCCD出力部に設けられ
るパルス回路の回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a pulse circuit provided in a CCD output section showing an embodiment of the present invention.

【図2】従来のCCD出力部の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of a conventional CCD output unit.

【図3】従来のCCD出力部に設けられるパルス回路の
回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a pulse circuit provided in a conventional CCD output section.

【図4】図3の動作を示すタイミング図である。FIG. 4 is a timing diagram showing the operation of FIG.

【図5】図1の動作を示すタイミング図である。5 is a timing chart showing the operation of FIG. 1. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

n-2 ,1n-1 第2層目転送ゲート 2n-2 ,2n-1 第1層目転送ゲート 1n 最終段の第2層目転送ゲ
ート 2n 最終段の第1層目転送ゲ
ート 3 出力ゲート 4 FD領域 5 ドレイン領域 6 ドレインゲート 10 出力増幅器 32,33 キャパシタ 36 P型FET φa ,φb ,φe ,φf クロックパルス φr リセットパルス SB 半導体基板 VDD 電源電位 VSS 接地電位
1 n-2 , 1 n-1 second layer transfer gate 2 n-2 , 2 n-1 first layer transfer gate 1 n final stage second layer transfer gate 2 n final stage first layer Transfer gate 3 Output gate 4 FD region 5 Drain region 6 Drain gate 10 Output amplifier 32, 33 Capacitor 36 P-type FET φ a , φ b , φ e , φ f Clock pulse φ r Reset pulse SB Semiconductor substrate VDD Power supply potential VSS Ground potential

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に形成されクロックパルス
φb によって前段の転送ゲートから送られてきた信号電
荷をクロックパルスφtrで出力側へ転送する最終段の転
送ゲートと、前記最終段の転送ゲートに隣接して前記半
導体基板上に形成されたポテンシャル障壁形成用の出力
ゲートと、前記出力ゲートに隣接して前記半導体基板内
に形成され前記信号電荷を蓄積するフローティング・デ
ィフージョン領域と、前記フローティング・ディフージ
ョン領域に隣接して前記半導体基板に形成され、リセッ
トパルスφr によって前記フローティング・ディフージ
ョン領域の蓄積電荷をドレイン領域へ排出するリセット
手段と、前記半導体基板に形成され前記フローティング
・ディフージョン領域の蓄積電荷量を電圧値に変換して
出力する出力増幅器と、前記半導体基板に形成され前記
クロックパルスφtrを生成するパルス回路とを、備えた
電荷結合素子において、 前記パルス回路は、 前記クロックパルスφb に対して逆相のクロックパルス
φa が一方の電極に印加され、他方の電極がクロックパ
ルスφtr出力用の出力ノードに接続されたキャパシタ
と、 前記クロックパルスφb によって第1および第2の電極
間がオン,オフ動作し、該第1の電極が前記出力ノード
に接続され、前記クロックパルスφa よりもパルス幅が
小さくかつそのクロックパルスφa よりもタイミングの
進んだクロックパルスφf が該第2の電極に印加される
スイッチング素子とを、 備えたことを特徴とする電荷結合素子。
1. A transfer gate at a final stage, which transfers signal charges sent from a transfer gate at a previous stage by a clock pulse φ b to a output side by a clock pulse φ tr , formed on a semiconductor substrate, and a transfer at the final stage. An output gate for forming a potential barrier formed on the semiconductor substrate adjacent to the gate, a floating diffusion region formed in the semiconductor substrate adjacent to the output gate for accumulating the signal charge, and Reset means formed on the semiconductor substrate adjacent to the floating diffusion region to discharge accumulated charges in the floating diffusion region to a drain region by a reset pulse φ r; and the floating diffusion formed on the semiconductor substrate. An output amplifier that converts the accumulated charge amount in the fusion region into a voltage value and outputs it Wherein a pulse circuit for generating the clock pulses phi tr formed on a semiconductor substrate, in the charge coupled device having, the pulse circuit, a clock pulse phi a reverse phase with respect to the clock pulse phi b has one electrode And a capacitor whose other electrode is connected to the output node for outputting the clock pulse φ tr, and the clock pulse φ b turns on and off between the first and second electrodes, and the first electrode There is connected to the output node, and a switching element and the clock pulse phi a pulse width than that and less that clock pulses phi advanced timings than a clock pulse phi f is applied to the second electrode, A charge-coupled device, characterized in that it is provided.
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KR100568535B1 (en) * 1999-08-13 2006-04-06 삼성전자주식회사 Pulse generator
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