JPH10190987A - 固体撮像装置の出力回路およびその駆動方法 - Google Patents
固体撮像装置の出力回路およびその駆動方法Info
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- JPH10190987A JPH10190987A JP8341961A JP34196196A JPH10190987A JP H10190987 A JPH10190987 A JP H10190987A JP 8341961 A JP8341961 A JP 8341961A JP 34196196 A JP34196196 A JP 34196196A JP H10190987 A JPH10190987 A JP H10190987A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】信号電圧増幅回路およびリセットフィードスル
ーレベルクランプ回路を出力回路に内蔵した固体撮像装
置において、ランダムノイズを増加させることなく高速
動作できるようにする。 【解決手段】本発明は、固体撮像装置の出力回路のう
ち、信号電圧増幅回路およびリセットフィードスルーレ
ベルクランプ回路の前段に信号電圧のリセットフィード
スルー期間の信号レベルと信号期間の信号レベルをそれ
ぞれ独立にサンプルホールドするサンプルホールド回路
を設け、信号電圧からリセットフィードスルーノイズを
除去した後に、信号電圧増幅回路とリセットフィードス
ルーレベルクランプ回路を通過させるようにしている。
ーレベルクランプ回路を出力回路に内蔵した固体撮像装
置において、ランダムノイズを増加させることなく高速
動作できるようにする。 【解決手段】本発明は、固体撮像装置の出力回路のう
ち、信号電圧増幅回路およびリセットフィードスルーレ
ベルクランプ回路の前段に信号電圧のリセットフィード
スルー期間の信号レベルと信号期間の信号レベルをそれ
ぞれ独立にサンプルホールドするサンプルホールド回路
を設け、信号電圧からリセットフィードスルーノイズを
除去した後に、信号電圧増幅回路とリセットフィードス
ルーレベルクランプ回路を通過させるようにしている。
Description
【発明の属する技術分野】本発明は固体撮像装置に関
し、特に信号電圧増幅回路とランダムノイズ低減のため
リセットフィードスルーレベルクランプ回路を内蔵した
固体撮像装置の動作速度（データレート）向上に関す
る。
し、特に信号電圧増幅回路とランダムノイズ低減のため
リセットフィードスルーレベルクランプ回路を内蔵した
固体撮像装置の動作速度（データレート）向上に関す
る。
【０００１】
【従来の技術】近年ファクシミリやイメージスキャナの
低価格化に伴い、光源の低コスト化をはかるため、固体
撮像装置自体の高感度化を目的として同一半導体チップ
上に信号電圧増幅回路を内蔵した固体撮像装置が増加し
ている。図３はこのような信号電圧増幅回路を内蔵した
ＣＣＤリニアイメージセンサの全体構成図である。
低価格化に伴い、光源の低コスト化をはかるため、固体
撮像装置自体の高感度化を目的として同一半導体チップ
上に信号電圧増幅回路を内蔵した固体撮像装置が増加し
ている。図３はこのような信号電圧増幅回路を内蔵した
ＣＣＤリニアイメージセンサの全体構成図である。
【０００２】図３において、単結晶シリコンなどのＮ型
半導体基板１の表面部にボロンなどのＰ型不純物を注入
して形成したＰウェル２に、光を信号電荷に変換し、蓄
積する受光部３が１次元のアレイ状に配置されている。
４は信号電荷を受光部３から信号電荷転送部５に一定の
蓄積時間ごとに読み出す信号電荷読み出し部、６は信号
電荷転送部５によって転送されてきた信号電荷を容量Ｃ
FJにより順次信号電圧に変換する信号電荷変換部でフロ
ーティングダイオード増幅器型電荷検出装置（ＦＤＡ）
からなる。７は信号電荷変換部６で検出された後の不要
となった信号電荷を外部に排出するリセットトランジス
タ、８は信号電荷変換部に接続され、所定の信号処理を
行う出力回路の初段ソースホロワアンプ、１０は初段ソ
ースホロワアンプ以外の出力回路全体を１つにまとめて
示したものであり、信号電圧増幅回路、ソースホロワ回
路、リセットフィードスルーレベルクランプ回路等から
構成される。
半導体基板１の表面部にボロンなどのＰ型不純物を注入
して形成したＰウェル２に、光を信号電荷に変換し、蓄
積する受光部３が１次元のアレイ状に配置されている。
４は信号電荷を受光部３から信号電荷転送部５に一定の
蓄積時間ごとに読み出す信号電荷読み出し部、６は信号
電荷転送部５によって転送されてきた信号電荷を容量Ｃ
FJにより順次信号電圧に変換する信号電荷変換部でフロ
ーティングダイオード増幅器型電荷検出装置（ＦＤＡ）
からなる。７は信号電荷変換部６で検出された後の不要
となった信号電荷を外部に排出するリセットトランジス
タ、８は信号電荷変換部に接続され、所定の信号処理を
行う出力回路の初段ソースホロワアンプ、１０は初段ソ
ースホロワアンプ以外の出力回路全体を１つにまとめて
示したものであり、信号電圧増幅回路、ソースホロワ回
路、リセットフィードスルーレベルクランプ回路等から
構成される。
【０００３】図４は図３に示したＣＣＤリニアイメージ
センサにおいてリセットパルスφＲと転送パルスφ１，
２、信号電荷変換部６の電圧ＶFJの関係を示すタイミン
グ図である。このタイミング図に示すように信号電荷変
換部６で順次変換される信号電圧ＶFJは３つの期間から
なる。すなわち、リセットパルスφＲがＨＩＧＨの状態
になることにより、リセットトランジスタ７がオンして
信号電荷変換部６の電圧が一定レベルＶDDにリセットさ
れる期間（リセット期間）、リセットパルスφＲがＨＩ
ＧＨからＬＯＷになり、リセットトランジスタ７がオフ
して信号電荷転送部５から信号電荷Ｑが信号電荷変換部
６に入力されるのを待っている期間（φ１＝ＨＩＧＨ、
φ２＝ＬＯＷ；リセットフィードスルー期間）、転送パ
ルスφ１がＨＩＧＨからＬＯＷになり、信号電荷転送部
５から信号電荷変換部６に信号電荷Ｑが入力され、信号
電荷変換部６の容量ＣFJにより信号電圧ＶFJ（Ｑ＝ＣFJ
・ＶFJ）に変換される期間（信号期間）である。
センサにおいてリセットパルスφＲと転送パルスφ１，
２、信号電荷変換部６の電圧ＶFJの関係を示すタイミン
グ図である。このタイミング図に示すように信号電荷変
換部６で順次変換される信号電圧ＶFJは３つの期間から
なる。すなわち、リセットパルスφＲがＨＩＧＨの状態
になることにより、リセットトランジスタ７がオンして
信号電荷変換部６の電圧が一定レベルＶDDにリセットさ
れる期間（リセット期間）、リセットパルスφＲがＨＩ
ＧＨからＬＯＷになり、リセットトランジスタ７がオフ
して信号電荷転送部５から信号電荷Ｑが信号電荷変換部
６に入力されるのを待っている期間（φ１＝ＨＩＧＨ、
φ２＝ＬＯＷ；リセットフィードスルー期間）、転送パ
ルスφ１がＨＩＧＨからＬＯＷになり、信号電荷転送部
５から信号電荷変換部６に信号電荷Ｑが入力され、信号
電荷変換部６の容量ＣFJにより信号電圧ＶFJ（Ｑ＝ＣFJ
・ＶFJ）に変換される期間（信号期間）である。
【０００４】ここで、ＶFJのリセット期間の信号電圧レ
ベルＶDDとリセットフィードスルー期間の信号電圧には
電位差が発生する。（以下これをリセットフィードスル
ーノイズと言う。）このリセットフィードスルーノイズ
は次のような原因で発生する。
ベルＶDDとリセットフィードスルー期間の信号電圧には
電位差が発生する。（以下これをリセットフィードスル
ーノイズと言う。）このリセットフィードスルーノイズ
は次のような原因で発生する。
【０００５】リセットトランジスタのゲート電極と信
号電荷変換部６の間のカップリング容量ＣP によって、
リセットパルスφＲがＨＩＧＨからＬＯＷに変化する際
に発生するカップリングノイズによるもの。
号電荷変換部６の間のカップリング容量ＣP によって、
リセットパルスφＲがＨＩＧＨからＬＯＷに変化する際
に発生するカップリングノイズによるもの。
【０００６】リセットトランジスタ７を構成するＭＯ
Ｓ型トランジスタにおいて、リセットトランジスタをオ
ンしてＶFJの電位をＶDDにセットする際に、リセットト
ランジスタのチャネルの熱雑音がＶFJのレベルに重畳さ
れることにより、リセット直後のＶFJのレベルが変動す
るランダムノイズによるもの。
Ｓ型トランジスタにおいて、リセットトランジスタをオ
ンしてＶFJの電位をＶDDにセットする際に、リセットト
ランジスタのチャネルの熱雑音がＶFJのレベルに重畳さ
れることにより、リセット直後のＶFJのレベルが変動す
るランダムノイズによるもの。
【０００７】リセットトランジスタ７がオンからオフ
の状態に変化する際、リセットトランジスタのチャネル
に存在していた電子の一部が信号電荷変換部６に振り分
けられることによって発生するランダムノイズによるも
の。
の状態に変化する際、リセットトランジスタのチャネル
に存在していた電子の一部が信号電荷変換部６に振り分
けられることによって発生するランダムノイズによるも
の。
【０００８】このような原因で発生したリセットフィー
ドスルーノイズは信号電圧ＶFJのうち４００〜５００ｍ
Ｖの値をしめ、また、その値は１画素期間（＝リセット
期間＋リセットフィードスルー期間＋信号期間）ごとに
数ｍＶ〜１０ｍＶ程度ランダムに変わるため、固体撮像
装置のランダムノイズの原因の１つとなる。
ドスルーノイズは信号電圧ＶFJのうち４００〜５００ｍ
Ｖの値をしめ、また、その値は１画素期間（＝リセット
期間＋リセットフィードスルー期間＋信号期間）ごとに
数ｍＶ〜１０ｍＶ程度ランダムに変わるため、固体撮像
装置のランダムノイズの原因の１つとなる。
【０００９】図５は、図３における初段ソースホロワを
除く出力回路１０の構成を示す１例である。図５におい
て、信号電荷Ｑから変換された信号電圧ＶFJは、初段ソ
ースホロワ通過後、単数もしくは複数のソースホロワを
通した後、単数もしくは複数のインバータ（通常はＮ型
ＭＯＳインバータ）からなる信号電圧増幅回路１１によ
って増幅される。１２はクランプパルスφCLを用いて、
信号電圧のリセットフィードスルー期間を１画素ごとに
一定値ＶC にクランプするためのリセットフィードスル
ークランプ回路である。通常、このような信号電圧増幅
回路を内蔵した固体撮像装置では、上述したリセットト
ランジスタおよび信号電荷変換部で発生するランダムノ
イズに加えて出力回路のＭＯＳトランジスタから発生す
るランダムノイズを低減する必要があるため、図５に示
すように、リセットフィードスルーレベルクランプ回路
１２を設ける必要があり、また、このリセットフィード
スルーレベルクランプ回路１２は、リセットフィードス
ルーレベルクランプ回路以後の出力回路においてなるべ
く出力アンプ起因のランダムノイズを発生させないよう
にするため、出力回路のなるべく後段に設ける必要があ
る。
除く出力回路１０の構成を示す１例である。図５におい
て、信号電荷Ｑから変換された信号電圧ＶFJは、初段ソ
ースホロワ通過後、単数もしくは複数のソースホロワを
通した後、単数もしくは複数のインバータ（通常はＮ型
ＭＯＳインバータ）からなる信号電圧増幅回路１１によ
って増幅される。１２はクランプパルスφCLを用いて、
信号電圧のリセットフィードスルー期間を１画素ごとに
一定値ＶC にクランプするためのリセットフィードスル
ークランプ回路である。通常、このような信号電圧増幅
回路を内蔵した固体撮像装置では、上述したリセットト
ランジスタおよび信号電荷変換部で発生するランダムノ
イズに加えて出力回路のＭＯＳトランジスタから発生す
るランダムノイズを低減する必要があるため、図５に示
すように、リセットフィードスルーレベルクランプ回路
１２を設ける必要があり、また、このリセットフィード
スルーレベルクランプ回路１２は、リセットフィードス
ルーレベルクランプ回路以後の出力回路においてなるべ
く出力アンプ起因のランダムノイズを発生させないよう
にするため、出力回路のなるべく後段に設ける必要があ
る。
【００１０】図６は図５において、出力回路各段の信号
波形およびリセットフィードスルーレベルクランプ回路
の動作を示すタイミング図である。リセットフィードス
ルークランプパルスφCLは、リセットフィードスルーレ
ベルクランプ回路１２の直前の信号波形（信号電圧）Ｖ
２に対し、そのリセットフィードスルー期間ＴRF2 の間
にＨＩＧＨとなり、信号電圧Ｖ３はそのリセットフィー
ドスルー期間がクランプレベルＶC に固定され、この結
果、上述したようなランダムノイズが低減される。
波形およびリセットフィードスルーレベルクランプ回路
の動作を示すタイミング図である。リセットフィードス
ルークランプパルスφCLは、リセットフィードスルーレ
ベルクランプ回路１２の直前の信号波形（信号電圧）Ｖ
２に対し、そのリセットフィードスルー期間ＴRF2 の間
にＨＩＧＨとなり、信号電圧Ｖ３はそのリセットフィー
ドスルー期間がクランプレベルＶC に固定され、この結
果、上述したようなランダムノイズが低減される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
ような信号電圧増幅回路を内蔵した固体撮像装置の場
合、リセットフィードスルーノイズが多段のソースホロ
ワおよびインバータを通過する際に遅延し、この影響で
リセットフィードスルー期間が減少し、高いデータレー
トで固体撮像装置を動作させることが困難になるという
欠点がある。この様子を数値をもとに具体的に説明す
る。
ような信号電圧増幅回路を内蔵した固体撮像装置の場
合、リセットフィードスルーノイズが多段のソースホロ
ワおよびインバータを通過する際に遅延し、この影響で
リセットフィードスルー期間が減少し、高いデータレー
トで固体撮像装置を動作させることが困難になるという
欠点がある。この様子を数値をもとに具体的に説明す
る。
【００１２】図６においてＴRFFJ、ＴRF1 、ＴRF2 はそ
れぞれ出力回路各段の信号波形（信号電圧）において、
リセットフィードスルー期間を示す。ここで上述したよ
うに信号電荷変換部における出力電圧ＶFJのリセットフ
ィードスルーノイズを４００ｍＶとする。また、信号電
圧ＶFJは、信号電圧増幅回路のアンプゲインを１０倍と
し、最終的な信号電圧ＶOUT をＦＡＸやスキャナで通常
用いる出力レベルである１．０Ｖ程度にするためには１
００ｍＶとなる。さて、ソースホロワおよび多段のイン
バータからなる信号電圧増幅回路全体の遅延時間を１０
０ｍＶあたり約５ｎＳとすると、信号電圧増幅回路１１
通過後の出力電圧Ｖ２において、そのリセットフィード
スルーノイズは４Ｖであるから、遅延時間は（４Ｖ／１
００ｍＶ）×５ｎＳ＝２００ｎＳとなって、ＴRF2 はＴ
RFFJより約２００ｎＳ短くなる。一方、通常のＭＯＳト
ランジスタでリセットフィードスルーレベルクランプ回
路を構成し、正常に動作させるためには、リセットフィ
ードスルーレベルクランプパルスφCLのパルス幅（ＨＩ
ＧＨの期間＝ＴCL）はＴRF2 とのタイミングマージンも
含めて少なくとも５０ｎＳ程度必要となる。従って、こ
のような信号電圧増幅回路を内蔵した固体撮像装置の場
合、ＶRFFJとして少なくとも２００＋５０＝２５０ｎＳ
程度の期間を確保する必要がある。また、リセットトラ
ンジスタについてもそのパルス幅は少なくとも３０ｎＳ
程度必要であるため、信号電荷変換部でのリセット期間
とリセットフィードスルー期間はあわせて少なくとも２
８０ｎＳ程度必要となる。また、信号期間も上述したソ
ースホロワおよび多段のインバータからなる信号電圧増
幅回路１１による遅延の影響を受け、信号電圧増幅回路
１１通過後の出力電圧Ｖ２においてその信号電圧は１Ｖ
であるから、遅延時間は（１Ｖ／１００ｍＶ）×５ｎＳ
＝５０ｎＳとなって最終的な信号期間のうち信号電圧Ｖ
OUT が安定して得られるＴSIG は信号電荷変換部での信
号期間ＴSIGFJ の信号電圧が安定して得られる期間より
も５０ｎＳ短くなる。従って、信号電荷変換部において
信号期間に含まれる、リセットフィードスルー期間から
信号期間への過渡期約４０ｎＳと、固体撮像装置に外部
で接続される信号処理回路でのサンプルホールド等各種
パルスを印加するための期間として５０ｎＳ程度を合わ
せて考慮すると、信号期間ＴSIGFJ は少なくとも５０＋
４０＋５０＝１４０ｎＳ程度必要となる。以上より、１
画素期間はこの両者を加えて２８０＋１４０ｎＳ＝４２
０ｎＳ、すなわちデータレート２．３８ＭＨｚとなっ
て、これがデータレートの上限となる。
れぞれ出力回路各段の信号波形（信号電圧）において、
リセットフィードスルー期間を示す。ここで上述したよ
うに信号電荷変換部における出力電圧ＶFJのリセットフ
ィードスルーノイズを４００ｍＶとする。また、信号電
圧ＶFJは、信号電圧増幅回路のアンプゲインを１０倍と
し、最終的な信号電圧ＶOUT をＦＡＸやスキャナで通常
用いる出力レベルである１．０Ｖ程度にするためには１
００ｍＶとなる。さて、ソースホロワおよび多段のイン
バータからなる信号電圧増幅回路全体の遅延時間を１０
０ｍＶあたり約５ｎＳとすると、信号電圧増幅回路１１
通過後の出力電圧Ｖ２において、そのリセットフィード
スルーノイズは４Ｖであるから、遅延時間は（４Ｖ／１
００ｍＶ）×５ｎＳ＝２００ｎＳとなって、ＴRF2 はＴ
RFFJより約２００ｎＳ短くなる。一方、通常のＭＯＳト
ランジスタでリセットフィードスルーレベルクランプ回
路を構成し、正常に動作させるためには、リセットフィ
ードスルーレベルクランプパルスφCLのパルス幅（ＨＩ
ＧＨの期間＝ＴCL）はＴRF2 とのタイミングマージンも
含めて少なくとも５０ｎＳ程度必要となる。従って、こ
のような信号電圧増幅回路を内蔵した固体撮像装置の場
合、ＶRFFJとして少なくとも２００＋５０＝２５０ｎＳ
程度の期間を確保する必要がある。また、リセットトラ
ンジスタについてもそのパルス幅は少なくとも３０ｎＳ
程度必要であるため、信号電荷変換部でのリセット期間
とリセットフィードスルー期間はあわせて少なくとも２
８０ｎＳ程度必要となる。また、信号期間も上述したソ
ースホロワおよび多段のインバータからなる信号電圧増
幅回路１１による遅延の影響を受け、信号電圧増幅回路
１１通過後の出力電圧Ｖ２においてその信号電圧は１Ｖ
であるから、遅延時間は（１Ｖ／１００ｍＶ）×５ｎＳ
＝５０ｎＳとなって最終的な信号期間のうち信号電圧Ｖ
OUT が安定して得られるＴSIG は信号電荷変換部での信
号期間ＴSIGFJ の信号電圧が安定して得られる期間より
も５０ｎＳ短くなる。従って、信号電荷変換部において
信号期間に含まれる、リセットフィードスルー期間から
信号期間への過渡期約４０ｎＳと、固体撮像装置に外部
で接続される信号処理回路でのサンプルホールド等各種
パルスを印加するための期間として５０ｎＳ程度を合わ
せて考慮すると、信号期間ＴSIGFJ は少なくとも５０＋
４０＋５０＝１４０ｎＳ程度必要となる。以上より、１
画素期間はこの両者を加えて２８０＋１４０ｎＳ＝４２
０ｎＳ、すなわちデータレート２．３８ＭＨｚとなっ
て、これがデータレートの上限となる。
【００１３】このようなリセットフィードスルーノイズ
の影響をなくすため、信号電荷変換部の後段で完全にリ
セットフィードスルーノイズを取り除いた公知例が特開
平５−２８４４２８にある。
の影響をなくすため、信号電荷変換部の後段で完全にリ
セットフィードスルーノイズを取り除いた公知例が特開
平５−２８４４２８にある。
【００１４】図７はその全体構成図、図８はその駆動方
法を示すタイミング図である。図７および図８におい
て、それぞれの符号は本発明の符号と混同を防ぐため、
すべて１００番を加算した形で示してある。（例 特開
平５−２８４４２８での１番は本明細書では１０１番と
してある。）本公知例では、１画素期間からリセットフ
ィードスルーノイズを完全になくし、信号期間だけをで
きるだけのばすために、リセットフィードスルー期間ｔ
ｐと信号期間ｔｓおよびその両者の過渡期をふくめてサ
ンプリングし、最終的に信号期間の電圧レベルＶｓを保
持するようにしている。
法を示すタイミング図である。図７および図８におい
て、それぞれの符号は本発明の符号と混同を防ぐため、
すべて１００番を加算した形で示してある。（例 特開
平５−２８４４２８での１番は本明細書では１０１番と
してある。）本公知例では、１画素期間からリセットフ
ィードスルーノイズを完全になくし、信号期間だけをで
きるだけのばすために、リセットフィードスルー期間ｔ
ｐと信号期間ｔｓおよびその両者の過渡期をふくめてサ
ンプリングし、最終的に信号期間の電圧レベルＶｓを保
持するようにしている。
【００１５】しかしながらこの公知例で示された方法で
は、信号期間のみを増加させるため、リセットフィード
スルー期間の増加にはつながらず、信号電圧増幅回路を
内蔵し、信号電圧増幅回路の後段でリセットフィードス
ルーレベルをクランプする構成の固体撮像装置では十分
なクランプ期間がとれない。また、従来例と同様にリセ
ットフィードスルー期間と信号期間の過渡期を含み、こ
の過渡期は転送パルスφ１，２の駆動タイミングや電荷
転送部を構成するシフトレジスタの入力容量によって変
動するため信号期間の変動をまねく場合がある。
は、信号期間のみを増加させるため、リセットフィード
スルー期間の増加にはつながらず、信号電圧増幅回路を
内蔵し、信号電圧増幅回路の後段でリセットフィードス
ルーレベルをクランプする構成の固体撮像装置では十分
なクランプ期間がとれない。また、従来例と同様にリセ
ットフィードスルー期間と信号期間の過渡期を含み、こ
の過渡期は転送パルスφ１，２の駆動タイミングや電荷
転送部を構成するシフトレジスタの入力容量によって変
動するため信号期間の変動をまねく場合がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、光を信
号電荷に変換し蓄積する受光部と、前記受光部に隣接し
た信号電荷転送部と、前記受光部からの信号電荷を隣接
した信号電荷転送部に読み出す信号電荷読み出し部と、
前記信号電荷転送部で転送された信号電荷を信号電圧に
変換する信号電荷変換部からなる固体撮像装置と同一半
導体基板上に形成された固体撮像装置の出力回路あっ
て、電圧増幅回路と、信号電圧のリセットフィードスル
ー期間の信号レベルを一定電圧にクランプするクランプ
回路と、前記電圧増幅回路および前記クランプ回路の前
段に信号電圧のリセットフィードスルー期間の信号レベ
ルと信号期間の信号レベルをそれぞれ独立にサンプルホ
ールドするサンプルホールド回路を設けたことにより、
前記信号電圧増幅回路および前記クランプ回路に入力さ
れる出力信号はリセット期間とリセットフィードスルー
期間の信号電圧差（リセットフィードスルーノイズ）が
なく、なおかつ前記リセットフィードスルー期間の信号
レベルの長さを自由に変えることができるので、信号電
圧増幅回路が内蔵され、なおかつランダムノイズ低減の
ためリセットフィードスルーレベルクランプ回路が内蔵
された固体撮像装置において、その動作速度（データレ
ート）を向上させることができる。
号電荷に変換し蓄積する受光部と、前記受光部に隣接し
た信号電荷転送部と、前記受光部からの信号電荷を隣接
した信号電荷転送部に読み出す信号電荷読み出し部と、
前記信号電荷転送部で転送された信号電荷を信号電圧に
変換する信号電荷変換部からなる固体撮像装置と同一半
導体基板上に形成された固体撮像装置の出力回路あっ
て、電圧増幅回路と、信号電圧のリセットフィードスル
ー期間の信号レベルを一定電圧にクランプするクランプ
回路と、前記電圧増幅回路および前記クランプ回路の前
段に信号電圧のリセットフィードスルー期間の信号レベ
ルと信号期間の信号レベルをそれぞれ独立にサンプルホ
ールドするサンプルホールド回路を設けたことにより、
前記信号電圧増幅回路および前記クランプ回路に入力さ
れる出力信号はリセット期間とリセットフィードスルー
期間の信号電圧差（リセットフィードスルーノイズ）が
なく、なおかつ前記リセットフィードスルー期間の信号
レベルの長さを自由に変えることができるので、信号電
圧増幅回路が内蔵され、なおかつランダムノイズ低減の
ためリセットフィードスルーレベルクランプ回路が内蔵
された固体撮像装置において、その動作速度（データレ
ート）を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１−（ａ）は本発明の固体撮像装置の
出力回路図である。（固体撮像装置の全体構成は図３に
示した従来例と同じ。） 図１−（ａ）において８〜１２は図５に示した従来例と
同一である。１３はリセットフィードスルーノイズ除去
回路であって、リセットフィードスルー期間の電圧レベ
ルをサンプルホールドするためのトランジスタとコンデ
ンサ（容量ＣSHCA）および信号期間の電圧レベルをサン
プルホールドするためのトランジスタとコンデンサ（容
量ＣSHCB）からなり、それぞれサンプルホールドパルス
φSHCAおよびφSHCBが所定のタイミングで印加される。
して説明する。図１−（ａ）は本発明の固体撮像装置の
出力回路図である。（固体撮像装置の全体構成は図３に
示した従来例と同じ。） 図１−（ａ）において８〜１２は図５に示した従来例と
同一である。１３はリセットフィードスルーノイズ除去
回路であって、リセットフィードスルー期間の電圧レベ
ルをサンプルホールドするためのトランジスタとコンデ
ンサ（容量ＣSHCA）および信号期間の電圧レベルをサン
プルホールドするためのトランジスタとコンデンサ（容
量ＣSHCB）からなり、それぞれサンプルホールドパルス
φSHCAおよびφSHCBが所定のタイミングで印加される。
【００１８】図１−（ｂ）は図１−（ａ）に示した本発
明のタイミング図である。信号電荷変換部６で信号電荷
Ｑから変換された信号電圧ＶFJは、リセットフィードス
ルーノイズ除去回路１３においてまずサンプルホールド
パルスφSHCAによってそのリセットフィードスルーレベ
ルがサンプリングされ（φSHCAがＬＯＷからＨＩＧＨに
なった時）、そのまま保持される。（φSHCAがＨＩＧＨ
からＬＯＷになった時）続いてサンプルホールドパルス
φSHCBによってその信号期間の電圧レベルがサンプリン
グされ（φSHCBがＬＯＷからＨＩＧＨになった時）、そ
のまま保持される。（φSHCBがＨＩＧＨからＬＯＷにな
った時）この一連の動作により、出力電圧Ｖ０はリセッ
トフィードスルーノイズの全くない信号波形となる。な
お、ここでＶ０においてリセットフィードスルー期間ｔ
RFはパルスφSHCAの立ち下がりからパルスφSHCBの立ち
上がりの期間となる。同様に、信号期間ｔSIG はφSHCB
の立ち下がりからパルスφSHCAの立ち上がり期間とな
り、両者とも外部から自由にその期間を変えることがで
きる。この出力電圧Ｖ０は、以下従来例と同一の出力回
路を通して出力（ＶOUT ）される。こで従来例との比較
のため、上述した従来例と同様に信号電圧増幅回路のア
ンプゲインを１０倍、出力（ＶOUT ）を１Ｖ、ソースホ
ロワおよび多段のインバータからなる信号電圧増幅回路
全体の遅延時間を１００ｍＶあたり約５ｎＳとすると、
リセットフィードスルー期間および信号期間の遅延はと
もに（１Ｖ／１００ｍＶ）×５ｎＳ＝５０ｎＳとなる。
またリセットフィードスルーレベルクランプパルスφCL
のパルス幅は従来例と同様に、タイミングマージンも含
めて５０ｎＳ程度である。従ってＶ０でのリセットフィ
ードスルー期間ｔRFとしては５０＋５０＝１００ｎＳと
なる。また、信号期間としては従来例で説明したように
固体撮像装置外部で接続される信号処理回路でのサンプ
ルホールド等の各種パルスのための期間として５０ｎＳ
程度必要となる。従ってＶ０での信号期間ｔSIG は５０
＋５０＝１００ｎＳとなる。従って、リセットフィード
スルーノイズ除去回路１３での出力電圧Ｖ０としては、
これらにサンプルホールドパルスφSHCAおよびφSHCBの
パルス幅約３０ｎＳずつを加えて、少なくとも１００＋
１００＋３０＋３０＝２６０ｎＳ、すなわち３．８５Ｍ
Ｈｚとなって従来例より約１．６倍高速動作が可能とな
る。
明のタイミング図である。信号電荷変換部６で信号電荷
Ｑから変換された信号電圧ＶFJは、リセットフィードス
ルーノイズ除去回路１３においてまずサンプルホールド
パルスφSHCAによってそのリセットフィードスルーレベ
ルがサンプリングされ（φSHCAがＬＯＷからＨＩＧＨに
なった時）、そのまま保持される。（φSHCAがＨＩＧＨ
からＬＯＷになった時）続いてサンプルホールドパルス
φSHCBによってその信号期間の電圧レベルがサンプリン
グされ（φSHCBがＬＯＷからＨＩＧＨになった時）、そ
のまま保持される。（φSHCBがＨＩＧＨからＬＯＷにな
った時）この一連の動作により、出力電圧Ｖ０はリセッ
トフィードスルーノイズの全くない信号波形となる。な
お、ここでＶ０においてリセットフィードスルー期間ｔ
RFはパルスφSHCAの立ち下がりからパルスφSHCBの立ち
上がりの期間となる。同様に、信号期間ｔSIG はφSHCB
の立ち下がりからパルスφSHCAの立ち上がり期間とな
り、両者とも外部から自由にその期間を変えることがで
きる。この出力電圧Ｖ０は、以下従来例と同一の出力回
路を通して出力（ＶOUT ）される。こで従来例との比較
のため、上述した従来例と同様に信号電圧増幅回路のア
ンプゲインを１０倍、出力（ＶOUT ）を１Ｖ、ソースホ
ロワおよび多段のインバータからなる信号電圧増幅回路
全体の遅延時間を１００ｍＶあたり約５ｎＳとすると、
リセットフィードスルー期間および信号期間の遅延はと
もに（１Ｖ／１００ｍＶ）×５ｎＳ＝５０ｎＳとなる。
またリセットフィードスルーレベルクランプパルスφCL
のパルス幅は従来例と同様に、タイミングマージンも含
めて５０ｎＳ程度である。従ってＶ０でのリセットフィ
ードスルー期間ｔRFとしては５０＋５０＝１００ｎＳと
なる。また、信号期間としては従来例で説明したように
固体撮像装置外部で接続される信号処理回路でのサンプ
ルホールド等の各種パルスのための期間として５０ｎＳ
程度必要となる。従ってＶ０での信号期間ｔSIG は５０
＋５０＝１００ｎＳとなる。従って、リセットフィード
スルーノイズ除去回路１３での出力電圧Ｖ０としては、
これらにサンプルホールドパルスφSHCAおよびφSHCBの
パルス幅約３０ｎＳずつを加えて、少なくとも１００＋
１００＋３０＋３０＝２６０ｎＳ、すなわち３．８５Ｍ
Ｈｚとなって従来例より約１．６倍高速動作が可能とな
る。
【００１９】図２−（ａ）は本発明の別の実施例であ
る。第１の実施例と基本構成は同じであるが、リセット
フィードスルーノイズ除去回路１３を１つのサンプルホ
ールドトランジスタおよびコンデンサ（容量ＣSHC ）の
みで構成している点が第１の実施例と異なる。図２−
（ｂ）は図２−（ａ）で示した実施例のタイミング図で
ある。１つのサンプルホールドパルスφSHC が信号電荷
変換部６の信号電圧ＶFJのリセットフィードスルー期間
および信号期間に順次印加され、出力電圧Ｖ０を得る。
以下の動作および効果は第１の実施例と全く同様であ
る。この実施例ではサンプルホールドパルスφSHC はリ
セットパルスφＲや第１の実施例で示したサンプルホー
ルドパルスφSHCAおよびφSHCBの２倍の駆動周波数が必
要になるが、リセットフィードスルーノイズ除去回路１
３の構成を第１の実施例より簡単にできる。
る。第１の実施例と基本構成は同じであるが、リセット
フィードスルーノイズ除去回路１３を１つのサンプルホ
ールドトランジスタおよびコンデンサ（容量ＣSHC ）の
みで構成している点が第１の実施例と異なる。図２−
（ｂ）は図２−（ａ）で示した実施例のタイミング図で
ある。１つのサンプルホールドパルスφSHC が信号電荷
変換部６の信号電圧ＶFJのリセットフィードスルー期間
および信号期間に順次印加され、出力電圧Ｖ０を得る。
以下の動作および効果は第１の実施例と全く同様であ
る。この実施例ではサンプルホールドパルスφSHC はリ
セットパルスφＲや第１の実施例で示したサンプルホー
ルドパルスφSHCAおよびφSHCBの２倍の駆動周波数が必
要になるが、リセットフィードスルーノイズ除去回路１
３の構成を第１の実施例より簡単にできる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光を信号電荷に変換し蓄積する受光部と、前記受光部に
隣接した信号電荷転送部と、前記受光部からの信号電荷
を隣接した信号電荷転送部に読み出す信号電荷読み出し
部と、前記信号電荷転送部で転送された信号電荷を信号
電圧に変換する信号電荷変換部からなる固体撮像装置と
同一半導体基板上に形成された固体撮像装置の出力回路
あって、電圧増幅回路と、信号電圧のリセットフィード
スルー期間の信号レベルを一定電圧にクランプするクラ
ンプ回路と、前記電圧増幅回路および前記クランプ回路
の前段に信号電圧のリセットフィードスルー期間の信号
レベルと信号期間の信号レベルをそれぞれ独立にサンプ
ルホールドするサンプルホールド回路を設けたことによ
り、前記信号電圧増幅回路および前記クランプ回路に入
力される出力信号にはリセット期間とリセットフィード
スルー期間の信号電圧差（リセットフィードスルーノイ
ズ）がなく、なおかつ前記リセットフィードスルー期間
の信号レベルの長さを自由に変えることができるので、
信号電圧増幅回路が内蔵され、なおかつランダムノイズ
低減のためリセットフィードスルーレベルクランプ回路
が内蔵された固体撮像装置において、その動作速度（デ
ータレート）を向上させることができる。
光を信号電荷に変換し蓄積する受光部と、前記受光部に
隣接した信号電荷転送部と、前記受光部からの信号電荷
を隣接した信号電荷転送部に読み出す信号電荷読み出し
部と、前記信号電荷転送部で転送された信号電荷を信号
電圧に変換する信号電荷変換部からなる固体撮像装置と
同一半導体基板上に形成された固体撮像装置の出力回路
あって、電圧増幅回路と、信号電圧のリセットフィード
スルー期間の信号レベルを一定電圧にクランプするクラ
ンプ回路と、前記電圧増幅回路および前記クランプ回路
の前段に信号電圧のリセットフィードスルー期間の信号
レベルと信号期間の信号レベルをそれぞれ独立にサンプ
ルホールドするサンプルホールド回路を設けたことによ
り、前記信号電圧増幅回路および前記クランプ回路に入
力される出力信号にはリセット期間とリセットフィード
スルー期間の信号電圧差（リセットフィードスルーノイ
ズ）がなく、なおかつ前記リセットフィードスルー期間
の信号レベルの長さを自由に変えることができるので、
信号電圧増幅回路が内蔵され、なおかつランダムノイズ
低減のためリセットフィードスルーレベルクランプ回路
が内蔵された固体撮像装置において、その動作速度（デ
ータレート）を向上させることができる。
【００２１】具体的には、上述したように従来のリセッ
トフィードスルーレベルクランプ回路と信号電圧増幅回
路を内蔵した固体撮像装置より、約１．６倍以上の高速
動作が可能となる。これは内蔵する信号電圧増幅回路の
遅延時間が大きくなればなるほど効果的であることは明
白であろう。
トフィードスルーレベルクランプ回路と信号電圧増幅回
路を内蔵した固体撮像装置より、約１．６倍以上の高速
動作が可能となる。これは内蔵する信号電圧増幅回路の
遅延時間が大きくなればなるほど効果的であることは明
白であろう。
【図１】（ａ）本発明の固体撮像装置の出力回路図。 （ｂ）本発明の固体撮像装置のタイミング図。
【図２】（ａ）本発明の固体撮像装置の出力回路図（別
の実施例）。 （ｂ）本発明の固体撮像装置のタイミング図（別の実施
例）。
の実施例）。 （ｂ）本発明の固体撮像装置のタイミング図（別の実施
例）。
【図３】固体撮像装置の全体構成図。
【図４】図３における各点の信号波形を示すタイミング
図。
図。
【図５】図３の固体撮像装置において出力回路の構成を
示す図。
示す図。
【図６】図５における各点の信号波形を示すタイミング
図。
図。
【図７】特開平５−２８４４２８における図１から引
用。
用。
【図８】特開平５−２８４４２８における図２から引
用。
用。
１ Ｎ型基板 ２ Ｐウェル ３ 受光部 ４ 信号電荷読み出し部 ５ 信号電荷転送部 ６ 信号電荷変換部 ７ リセットトランジスタ ８ 出力回路の初段ソースホロワ １０ 出力回路（初段ソースホロワを除く） １１ 信号電圧増幅回路 １２ リセットフィードスルーレベルクランプ回路 １３ リセットフィードスルーノイズ除去回路
Claims (3)
- 【請求項１】 光を信号電荷に変換し蓄積する受光部
と、前記受光部に隣接した信号電荷転送部と、前記受光
部からの信号電荷を隣接した信号電荷転送部に読み出す
信号電荷読み出し部と、前記信号電荷転送部で転送され
た信号電荷を信号電圧に変換する信号電荷変換部からな
る固体撮像装置と同一半導体基板上に形成された固体撮
像装置の出力回路あって、電圧増幅回路と、信号電圧の
リセットフィードスルー期間の信号レベルを一定電圧に
クランプするクランプ回路と、前記電圧増幅回路および
前記クランプ回路の前段に信号電圧のリセットフィード
スルー期間の信号レベルと信号期間の信号レベルをそれ
ぞれ独立にサンプルホールドするサンプルホールド回路
を設けたことを特徴とする固体撮像装置の出力回路。 - 【請求項２】 特許請求の範囲第１項において、前記信
号電荷変換部はフローティングダイオード増幅器型電荷
検出装置からなることを特徴とする固体撮像装置の出力
回路。 - 【請求項３】 特許請求の範囲第１項において、前記サ
ンプルホールド回路には、出力信号の１画素ごとに、出
力信号のリセットフィードスルー期間の信号レベルと信
号期間の信号レベルをそれぞれ独立にサンプルホールド
するサンプルホールドパルスを印加することを特徴とす
る固体撮像装置の出力回路の駆動方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34196196A JP3223823B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 固体撮像装置の出力回路およびその駆動方法 |
| US08/991,050 US5982426A (en) | 1996-12-20 | 1997-12-16 | Solid state image pickup device with built-in signal amplifier and method of controlling thereof |
| KR1019970070804A KR100279864B1 (ko) | 1996-12-20 | 1997-12-19 | 내장신호증폭기를가진고체이미지픽업장치와그의제어방법 |
| CN971220697A CN1094285C (zh) | 1996-12-20 | 1997-12-22 | 内装信号放大器的固态摄象器件及其控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34196196A JP3223823B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 固体撮像装置の出力回路およびその駆動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10190987A true JPH10190987A (ja) | 1998-07-21 |
| JP3223823B2 JP3223823B2 (ja) | 2001-10-29 |
Family
ID=18350111
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34196196A Expired - Fee Related JP3223823B2 (ja) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | 固体撮像装置の出力回路およびその駆動方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5982426A (ja) |
| JP (1) | JP3223823B2 (ja) |
| KR (1) | KR100279864B1 (ja) |
| CN (1) | CN1094285C (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP4031901B2 (ja) * | 2000-07-19 | 2008-01-09 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置 |
| JP2002112117A (ja) * | 2000-09-27 | 2002-04-12 | Sakai Yasue | 固体撮像装置およびシステム、相関二重サンプリング回路 |
| WO2006115917A2 (en) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Applied Materials, Inc. | A pulse detector which employs a self-resetting pulse amplifier |
| KR100693819B1 (ko) * | 2005-07-14 | 2007-03-12 | 삼성전자주식회사 | 트랙 앤 홀드 회로 및 트랙 앤 홀드 방법 |
| JP2013062611A (ja) * | 2011-09-12 | 2013-04-04 | Sony Corp | 固体撮像素子およびカメラシステム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2594992B2 (ja) * | 1987-12-04 | 1997-03-26 | 株式会社日立製作所 | 固体撮像装置 |
| US4987321A (en) * | 1989-09-25 | 1991-01-22 | Eastman Kodak Company | Processing circuit for image sensor |
| JP3008655B2 (ja) * | 1992-04-01 | 2000-02-14 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置 |
| JPH0630186A (ja) * | 1992-07-10 | 1994-02-04 | Fuji Xerox Co Ltd | イメ−ジセンサの駆動方法及びイメ−ジセンサ |
| JPH07264491A (ja) * | 1994-03-24 | 1995-10-13 | Sharp Corp | 固体撮像装置の出力回路 |
-
1996
- 1996-12-20 JP JP34196196A patent/JP3223823B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1997
- 1997-12-16 US US08/991,050 patent/US5982426A/en not_active Expired - Fee Related
- 1997-12-19 KR KR1019970070804A patent/KR100279864B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1997-12-22 CN CN971220697A patent/CN1094285C/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1094285C (zh) | 2002-11-13 |
| JP3223823B2 (ja) | 2001-10-29 |
| CN1188363A (zh) | 1998-07-22 |
| KR100279864B1 (ko) | 2001-02-01 |
| KR19980064386A (ko) | 1998-10-07 |
| US5982426A (en) | 1999-11-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20010515 |
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010724 |
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