JPH11234567A - Output circuit for ccd solid-state image pickup element - Google Patents

Output circuit for ccd solid-state image pickup element

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JPH11234567A
JPH11234567A JP10030895A JP3089598A JPH11234567A JP H11234567 A JPH11234567 A JP H11234567A JP 10030895 A JP10030895 A JP 10030895A JP 3089598 A JP3089598 A JP 3089598A JP H11234567 A JPH11234567 A JP H11234567A
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mos transistor
channel mos
source follower
circuit
output circuit
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the frequency characteristics of the output circuit without increasing power consumption by a CCD solid-state image pickup element in the case that the output circuit is configured through cascade connection of a plurality of source follower circuits. SOLUTION: A source follower circuit at a final stage consists of a push-pull circuit consisting of an N-channel MOS transistor(TR) MN and a P-channel MOS TR Mp . Then the N-channel MOS transistor(TR) MN acts like a drive TR of the source follower at the rising state of an input signal and the P- channel MOS TR Mp acts like the drive TR of the source follower at the trailing state of the input signal. Thus, the source follower is actively driven even in the trailing state similarly to the case with the rising state and the trailing speed is quickened without increasing current consumption.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、CCD固体撮像素
子の水平レジスタにより転送されて来た信号電荷を検出
し、低い出力インピーダンスにインピーダンス変換して
出力する、ソースフォロア回路を複数個縦続接続したC
CD固体撮像素子の出力回路に関する。
The present invention relates to a cascade connection of a plurality of source follower circuits for detecting signal charges transferred by a horizontal register of a CCD solid-state imaging device, converting the signal charges into a low output impedance, and outputting the output. C
The present invention relates to an output circuit of a CD solid-state imaging device.

【0002】[0002]

【従来の技術】CCD固体撮像素子は図2に示すような
概略構成を有する。図において、1はイメージエリア
(撮像領域)で、受光素子を縦横に配置し且つ各受光素
子垂直列に対応して垂直転送レジスタが設けられてい
る。2は水平転送レジスタで、各垂直転送レジスタから
垂直転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する。F
Dは水平転送レジスタ2の出力端側に設けられたフロー
ティングディフュージョン領域で、所定のリセット電位
にリセットされその後水平転送レジスタ2からの信号電
荷を受け入れて信号電荷に対応した電位になるという動
作を繰り返す。3はその出力回路(出力バッファ回路)
で、図3はその一つの従来例を示すものである。
2. Description of the Related Art A CCD solid-state imaging device has a schematic configuration as shown in FIG. In the figure, reference numeral 1 denotes an image area (imaging area) in which light receiving elements are arranged vertically and horizontally, and a vertical transfer register is provided corresponding to each light receiving element vertical column. Reference numeral 2 denotes a horizontal transfer register, which transfers signal charges vertically transferred from each vertical transfer register in the horizontal direction. F
D is a floating diffusion region provided on the output end side of the horizontal transfer register 2, and is repeatedly reset to a predetermined reset potential, and thereafter, receives a signal charge from the horizontal transfer register 2 and repeats an operation of becoming a potential corresponding to the signal charge. . 3 is its output circuit (output buffer circuit)
FIG. 3 shows one such conventional example.

【0003】M1はゲートが上記フローティングディフ
ュージョン領域FDに接続されたMOSトランジスタ
で、初段のソースフォロア回路の駆動トランジスタを成
し、ドレインは電源VDD端子に接続されている。M2は
それに対しての電流供給手段を成すMOSトランジスタ
で、そのゲートは一定電圧VGGを受け、ドレインはMO
SトランジスタM1のソースに、ソースは抵抗RSSを介
してアースされている。M3は次段のソースフォロア回
路の駆動トランジスタを成すMOSトランジスタ、M4
はその電流供給手段を成すMOSトランジスタトランジ
スタ、M5は最終段のソースフォロア回路の駆動トラン
ジスタを成すMOSトランジスタ、M6はその電流供給
手段を成すMOSトランジスタである。尚、これらのト
ランジスタM1〜M6はすべてNチャンネルMOSトラ
ンジスタで、駆動MOSトランジスタM1、M3、M5
がエンハンスメントモード、負荷MOSトランジスタM
2、M4、M6がデプレッションモードである。
[0005] M1 is a MOS transistor having a gate connected to the floating diffusion region FD, forming a drive transistor of a source follower circuit in the first stage, and a drain connected to a power supply VDD terminal. M2 is a MOS transistor forming a current supply means thereto, its gate receiving a constant voltage V GG, drain MO
The source of the S transistor M1 is grounded via a resistor R SS . M3 is a MOS transistor forming a drive transistor of a source follower circuit of the next stage, M4
Is a MOS transistor as a current supply means, M5 is a MOS transistor as a drive transistor of the last source follower circuit, and M6 is a MOS transistor as a current supply means. These transistors M1 to M6 are all N-channel MOS transistors, and drive MOS transistors M1, M3, M5
Is enhancement mode, load MOS transistor M
2, M4 and M6 are depletion modes.

【0004】このように、固体撮像素子の水平転送レジ
スタ2により搬送された信号電荷は多段のソースフォロ
ア回路からなる出力回路によりインピーダンス変換され
て外部(固体撮像素子外部)に出力される。尚、出力の
取り出し方法として一般的な方法には、FDA(floati
ng diffussion amplifier)法と、FGA(floating gate
amplifier) 法があるが、いずれも信号電荷の量に対応
した電位になるフローティングディフュージョン領域
(FD)或いはフローティングゲート電極の電位をソー
スフォロア回路を用いた出力回路によりインピーダンス
変換して出力するようにしており、その点では変わりが
ない。
As described above, the signal charges conveyed by the horizontal transfer register 2 of the solid-state image sensor are impedance-converted by an output circuit including a multi-stage source follower circuit and output to the outside (outside the solid-state image sensor). Incidentally, as a general method of extracting the output, FDA (floati
ng diffussion amplifier) and FGA (floating gate)
amplifier) method, but in any case, the potential of the floating diffusion region (FD) or the floating gate electrode, which becomes a potential corresponding to the amount of signal charge, is impedance-converted by an output circuit using a source follower circuit and output. And there is no change in that respect.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、CCD固体
撮像素子の出力回路には、周波数特性の向上を図ること
が要請されており、それも消費電流の増大を伴うことな
く実現することが求められている。この点について詳細
に説明すると次のとおりである。
By the way, the output circuit of the CCD solid-state imaging device is required to improve the frequency characteristics, and it is also required to realize this without increasing the current consumption. ing. This will be described in detail below.

【0006】現行のHD(High Definition)CCD固体
撮像素子は、水平転送レジスタを2本備えた構成になっ
ており、その駆動周波数は37M Hzで、出力回路の周
波数特性は例えば150MHz程度に設定されている。
そして、CCD固体撮像素子の出力回路のトータルの消
費電流は例えば約10mAである。ところで、テレビジ
ョン放送のディジタル化の促進に伴って高画質化の要請
が強くなり、有効走査線数1080本のプログレシッブ
スキャンの計画が進んでいるし、また、2本あった水平
転送レジスタを1本に減らして(戻して)MTF(modul
ation transferfunction)の改善を図ろうとする動きも
ある。
The current HD (High Definition) CCD solid-state imaging device has a configuration provided with two horizontal transfer registers. The driving frequency is 37 MHz, and the frequency characteristics of the output circuit are set to, for example, about 150 MHz. ing.
The total current consumption of the output circuit of the CCD solid-state imaging device is, for example, about 10 mA. By the way, with the promotion of digitalization of television broadcasting, a demand for higher image quality has become stronger, and a plan for progressive scanning with 1080 effective scanning lines has been progressing. MTF (modul)
There is also a move to improve ation transfer function).

【0007】しかし、水平転送レジスタの数を1に減ら
すと、その駆動周波数は37MHzの2倍の74MHz
にしなければならなくなり、その結果、出力回路に要求
される周波数特性も現行の2倍の300MHz程度にな
る。これに対して出力回路の電流を増加させることだけ
によって対応しようとすると、CCD固体撮像素子の消
費電流が40mA程度の大きさになり、現実に許容され
る範囲を大きく逸脱することになるので、実用性が全く
ない。そこで、本願発明者はCCD固体撮像素子の回路
形式を見直すことにより消費電流の増加を伴うことなく
周波数特性を必要な高さに向上させることを模索した。
以下に、模索の過程を説明する。
However, when the number of horizontal transfer registers is reduced to 1, the driving frequency becomes 74 MHz, which is twice 37 MHz.
As a result, the frequency characteristic required for the output circuit is about 300 MHz, which is twice the current frequency characteristic. On the other hand, if an attempt is made to respond only by increasing the current of the output circuit, the current consumption of the CCD solid-state imaging device becomes about 40 mA, which greatly deviates from the range actually allowed. There is no practicality at all. Therefore, the inventor of the present application has sought to improve the frequency characteristics to a required height without increasing current consumption by reviewing the circuit format of the CCD solid-state imaging device.
The following describes the search process.

【0008】先ず、CCD固体撮像素子の出力回路の周
波数特性の向上を律則するものは何かについて考察し
た。ここで、考察の対象を消費電流の殆どが決まる最終
段のソースフォロア回路だけに絞ることにした。という
のは、出力回路3の初段や、次段は最終段のようにCC
D固体撮像素子外部にそれ相応の出力電流を供給するわ
けではなく、従って出力電流はきわめて小さくて済む
し、また、その結果として立ち上がり時間、立ち下がり
時間は短くすることが容易であるが、最終段は相当の大
きさの出力電流を外部に送出する必要があるので、消費
電流の殆どを最終段が占めるし、また、その当然の帰結
として高速化が難しく、従って、最終段が消費電流を概
ね決定し、周波数特性を律則することになるからであ
る。
First, what has governed the improvement of the frequency characteristics of the output circuit of the CCD solid-state imaging device has been considered. Here, the subject of consideration is limited to only the source follower circuit at the final stage where most of the current consumption is determined. This is because the first stage of the output circuit 3 and the next stage are CC like the last stage.
D It does not supply a corresponding output current to the outside of the solid-state imaging device, so that the output current can be extremely small. As a result, the rise time and the fall time can be easily shortened. Since the stage needs to send a considerable amount of output current to the outside, most of the current consumption is occupied by the final stage, and as a natural consequence, it is difficult to increase the speed. The reason is that the frequency characteristics are generally determined and the frequency characteristics are determined.

【0009】図4(A)は従来のCCD固体撮像素子に
おける最終段のソースフォロア回路を示す。図におい
て、CL は負荷であり、負荷はこのように純粋な容量と
みなすことができる。VINは入力信号で、略矩形波と考
えて良い。ここで、入力信号VINがロウレベルで回路が
定常状態にあるとすると、定常状態における出力もロウ
レベルになる。このとき負荷トランジスタML (図3の
M6に相当)に流れる電流をIoとし、このときの出力
電圧をVL とする。図4(A)に示す状態から入力信号
IN(今までロウレベルにあった)がハイレベルに切り
換わったときの動作は図4(B)に示すとおりになる。
このとき最終段への入力電圧は、入力信号VINの振幅を
ΔVとしたとき、VB +ΔVとなる。そして、駆動MO
SトランジスタMD (図3のM5に相当する。)は飽和
領域で動作している状態になるので、これMD に流れる
電流Iは、下記の式数1で表される。
FIG. 4A shows a final-stage source follower circuit in a conventional CCD solid-state imaging device. In the figure, CL is the load, and the load can thus be regarded as pure capacity. V IN is an input signal, which may be considered as a substantially rectangular wave. Here, assuming that the input signal V IN is at a low level and the circuit is in a steady state, the output in the steady state also becomes a low level. The current flowing at this time the load transistor M L (corresponding to M6 of FIG. 3) and Io, the output voltage at this time is V L. The operation when the input signal V IN (which has been at the low level until now) is switched to the high level from the state shown in FIG. 4A is as shown in FIG. 4B.
At this time, the input voltage to the final stage is V B + ΔV, where ΔV is the amplitude of the input signal V IN . And drive MO
(Corresponding to M5 in Figure 3.) S transistor M D since a state operating in the saturation region, the current I flowing therethrough M D, the formula number 1 below.

【0010】[0010]

【数1】 (Equation 1)

【0011】ここで、Leff :トランジスタMD の実効
ゲート長、W:トランジスタMD のゲート幅、dox:ゲ
ート酸化膜の膜厚、εox:ゲート酸化膜を成すSiO2
の誘電率、Neff :電子の実効モビリティである。
[0011] Here, Leff: effective gate length of the transistor M D, W: gate width of the transistor M D, dox: thickness of the gate oxide film, ox: SiO 2 constituting the gate oxide film
, Neff: effective mobility of electrons.

【0012】ここで、出力電圧の立ち上がり時間をtと
すると、CL ・ΔV=IL ・tであることから、t=
(CL ・ΔV)IL と略言える。即ち、立ち上がり時間
t はIL に反比例するのである。従って、この立ち上が
り時間tを短くするには、駆動トランジスタMD の(W
・Neff )/(Leff ・dox)、即ちgmを大きくすれ
ば良いということになる。
Here, assuming that the rising time of the output voltage is t, C L .DELTA.V = I L .t.
(C L · ΔV) I L That is, the rise time
t is to inversely proportional to I L. Therefore, in order to shorten the rise time t, the driving transistor M D (W
Neff) / (Leff.dox), that is, gm should be increased.

【0013】次に、入力信号VINがハイレベルからロウ
レベルへ立ち下がった場合を考察する。この最終段のソ
ースフォロア回路において、入力信号VINがハイレベル
で回路が定常状態にあったとすると、出力もハイレベル
になり、負荷MOSトランジスタML は定電流源として
動作しているので、このとき該負荷MOSトランジスタ
L に流れる電流もIoである。尚、この時の出力電圧
をVH とする。
Next, consider the case where the input signal V IN falls from the high level to the low level. In the source follower circuit of the final stage, when the input signal V IN is a circuit at a high level were in steady state, the output becomes a high level, the load MOS transistor M L is operating as a constant current source, the when the current flowing through the load MOS transistor M L also Io. Note that the output voltage at this time is V H.

【0014】この状態で入力信号VINがハイレベルから
ロウレベルに切り換わったときの動作を図4(C)に示
す。この時の入力電圧はVB +ΔV(ΔV:入力パルス
の振幅)からVB に戻る。この時負荷容量CL に蓄積さ
れていた電荷が電流IL の形となって負荷MOSトラン
ジスタML を通じて放電して出力電圧はVH からV
L(VL :ロウレベルのときの出力電圧)に遷移する。
そして、上述したように負荷MOSトランジスタML
定電流源であり、そこに流れる電流Ioは或る一定の値
であるので、放電電流IL はその定電流Ioを越えるこ
とは不可能である。即ち、IL ≦Ioとなり、dVout
/dt≦Io/CL となる。
FIG. 4C shows the operation when the input signal V IN switches from the high level to the low level in this state. Input voltage at this time is V B + [Delta] V: Back from ([Delta] V amplitude of the input pulse) to V B. V from the time the load capacitance C L charge accumulated in becomes the form of a current I L the load MOS transistor M discharged the output voltage through L is V H
L (V L : output voltage at low level).
Then, the load MOS transistor M L as described above is a constant current source, the current Io flowing therethrough is a certain value, the discharge current I L is not possible to exceed the constant current Io . That is, I L ≦ Io, and dVout
/ A dt ≦ Io / C L.

【0015】従って、立ち下がり時間の短縮をするに
は、CCD固体撮像素子の最終段の負荷MOSトランジ
スタML に流す電流、即ち定電流源の電流値Ioを大き
くすることが必要であるが、そうすると、当然にCCD
固体撮像素子の電流値が大きくなってしまうのである。
即ち、従来の図3に示すような出力回路によれば、信号
の立ち上がりに関しては最終段の駆動トランジスタのg
mを大きくすることにより周波数特性を高めることがで
きるが、立ち下がりに関しての周波数特性は負荷MOS
トランジスタML に流す電流Ioと負荷容量CL だけで
決まるスルーレートにより律則され、負荷容量CL が一
定であるとすると、電流Ioを増やすことなくして高速
性を向上させることは不可能である。少なくとも、現在
定電流Ioを許容範囲(十数mA)に止めると、上述し
た水平転送レジスタの1本化に対応することができる周
波数特性を得ることができないのが実状である。
[0015] Therefore, in order to shorten the fall time, current flowing in the load MOS transistor M L in the final stage of the CCD solid-state imaging device, i.e., it is necessary to increase the current value Io of the constant current source, Then, naturally, CCD
This increases the current value of the solid-state imaging device.
In other words, according to the conventional output circuit as shown in FIG.
By increasing m, the frequency characteristics can be improved.
Is governed by the slew rate determined only by transistor M L load current Io flowing in the capacitor C L, the load capacitor C L is constant, is impossible to improve the high speed and without increasing the current Io is there. At least, if the current constant current Io is kept within the allowable range (several dozen mA), it is impossible to obtain a frequency characteristic that can cope with the unification of the horizontal transfer register described above.

【0016】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、ソースフォロア回路を複数個縦続接
続してなるCCD固体撮像素子の出力回路において、C
CD固体撮像素子の消費電力の増加を伴うことなく周波
数特性の向上を図ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve such a problem. In an output circuit of a CCD solid-state imaging device having a plurality of source follower circuits connected in cascade, a C
An object of the present invention is to improve frequency characteristics without increasing power consumption of a CD solid-state imaging device.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】請求項1のCCD固体撮
像素子の出力回路は、最終段のソースフォロア回路を、
NチャンネルMOSトランジスタとPチャンネルMOS
トランジスタからなるプッシュプル回路で構成してなる
ことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, an output circuit of a CCD solid-state imaging device includes a source follower circuit at a final stage,
N-channel MOS transistor and P-channel MOS
It is characterized by comprising a push-pull circuit composed of a transistor.

【0018】従って、請求項1のCCD固体撮像素子の
出力回路によれば、従来、電流供給MOSトランジスタ
としてのみ機能し、定電流源としての役割しか果たさな
かったMOSトランジスタをPチャンネルMOSトラン
ジスタにより構成し、該PチャンネルMOSトランジス
タにも入力信号(最終段のソースフォロア回路に対する
入力信号)を印加するようにしたので、入力信号の立ち
上がりのときは従来から駆動トランジスタとしての役割
を果たしていたNチャンネルMOSトランジスタにソー
スフォロアの駆動トランジスタの機能を果たさせ、立ち
下がり時にはそのPチャンネルMOSトランジスタにソ
ースフォロアの駆動トランジスタとして機能させること
ができる。従って、立ち下がり時における高速性を、消
費電流を増加させなくてもPチャンネルMOSトランジ
スタのgmを高める事で、高めることができる。
Therefore, according to the output circuit of the CCD solid-state image pickup device of the first aspect, a MOS transistor which conventionally only functions as a current supply MOS transistor and only serves as a constant current source is constituted by a P-channel MOS transistor. An input signal (input signal to the source follower circuit at the last stage) is also applied to the P-channel MOS transistor. Therefore, when the input signal rises, the N-channel MOS which has conventionally served as a drive transistor is used. The transistor can function as a source follower drive transistor, and the P-channel MOS transistor can function as a source follower drive transistor at the time of falling. Therefore, high-speed operation at the time of falling can be enhanced by increasing gm of the P-channel MOS transistor without increasing current consumption.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明CCD固体撮像素子の出力
回路は、最終段のソースフォロア回路を、Nチャンネル
MOSトランジスタとPチャンネルMOSトランジスタ
からなるプッシュプル回路で構成してなる。Nチャンネ
ルMOSトランジスタとPチャンネルMOSトランジス
タを共にデプレッションモードにすると、定常状態にお
いてアイドリング電流を流すことができる。そして、ア
イドリング電流を流すようにすることにより変換効率の
低下を防止し、また、周波数特性を高くすることができ
る。しかし、アイドリング電流を流すようにすることは
絶対に必要であると言うわけではない。上記プッシュプ
ル回路を構成する二つのトランジスタを共にエンファン
スメントモードにするという形態でも本発明を実施する
ことができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An output circuit of a CCD solid-state image pickup device according to the present invention comprises a source follower circuit at the final stage constituted by a push-pull circuit comprising an N-channel MOS transistor and a P-channel MOS transistor. When both the N-channel MOS transistor and the P-channel MOS transistor are in the depletion mode, an idling current can flow in a steady state. Then, by allowing the idling current to flow, a decrease in the conversion efficiency can be prevented, and the frequency characteristics can be improved. However, flowing an idling current is not absolutely necessary. The present invention can also be implemented in a mode in which both transistors constituting the push-pull circuit are both set to the enhancement mode.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図1は本発明CCD固体撮像素子の出力回路の
第1の実施例3aを示す回路図である。図面において、
M1はゲートがCCD固体撮像素子のフローティングデ
ィフュージョン領域FD(図2参照)に接続されたMO
Sトランジスタで、初段のソースフォロア回路の駆動ト
ランジスタを成し、ドレインは電源VDD端子に接続され
ている。M2はそれに対しての電流供給手段を成すMO
Sトランジスタで、そのゲートは一定電圧VGGを受け、
ドレインはMOSトランジスタM1のソースに、ソース
は抵抗RSSを介して接地されている。M3は次段のソー
スフォロア回路の駆動トランジスタを成すMOSトラン
ジスタ、M4はその電流供給手段を成すMOSトランジ
スタで、そのソースは上記抵抗RSSを介して接地され、
ゲートは一定電圧VGGを受けている。M1〜M4はNチ
ャンネルMOSトランジスタで、駆動MOSトランジス
タM1、M3はエンファンスメントモード、負荷MOS
トランジスタM2、M4はデプレッションモードのトラ
ンジスタである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment 3a of an output circuit of a CCD solid-state imaging device according to the present invention. In the drawing,
M1 is an MO having a gate connected to the floating diffusion region FD (see FIG. 2) of the CCD solid-state imaging device.
The S transistor forms a driving transistor of the first source follower circuit, and the drain is connected to the power supply VDD terminal. M2 is an MO for supplying current thereto.
An S transistor whose gate receives a constant voltage V GG ,
The drain is connected to the source of the MOS transistor M1, and the source is grounded via the resistor R SS . M3 is a MOS transistor as a drive transistor of a source follower circuit of the next stage, M4 is a MOS transistor as a current supply means, and its source is grounded via the resistor R SS .
The gate receives a constant voltage V GG . M1 to M4 are N-channel MOS transistors, drive MOS transistors M1 and M3 are in an enhancement mode,
The transistors M2 and M4 are depletion mode transistors.

【0021】MN 、MP は出力回路の最終段を成すMO
Sトランジスタで、MN がNチャンネルMOSトランジ
スタ、MP がPチャンネルMOSトランジスタであり、
共にM3、M4からなる第2段目のソースフォロア回路
の出力信号を受けてプッシュプル動作をする。そして、
アイドリング動作をするように、具体的には、定常状態
でアイドリング電流(例えば10mA程度)が流れるよ
うに、MOSトランジスタMN 、MP は共にデプレッシ
ョンモードにされている。
M N and M P are MOs constituting the final stage of the output circuit.
S transistor, M N is an N channel MOS transistor, M P is a P channel MOS transistor,
Both of them receive the output signal of the second-stage source follower circuit composed of M3 and M4 and perform a push-pull operation. And
The MOS transistors M N and M P are both in a depletion mode so that an idling operation is performed, specifically, an idling current (for example, about 10 mA) flows in a steady state.

【0022】このような出力回路によれば、最終段への
入力信号が立ち上がったときはNチャンネルMOSトラ
ンジスタMN がオンし、PチャンネルMOSトランジス
タMP が略オフする(このトランジスタMP がデプレッ
ションモードなので完全にはオフせず若干電流が流れ
る。)。従って、NチャンネルMOSトランジスタMN
がエミッタフォロア回路の駆動トランジスタとして機能
し、該トランジスタMNを通じて出力側(負荷容量)が
充電される。この場合、PチャンネルMOSトランジス
タMP が略カットオフするので、従来よりも速く負荷容
量の充電ができ、立ち上がり速度を速めることができ
る。
According to such an output circuit, when the input signal to the final stage has risen N-channel MOS transistor M N is turned on, P-channel MOS transistor M P is substantially off (transistor M P is depression Since it is in the mode, it does not turn off completely and a little current flows.) Therefore, the N-channel MOS transistor M N
Function as a driving transistor of the emitter follower circuit, and the output side (load capacitance) is charged through the transistor MN . In this case, since the P-channel MOS transistor MP is substantially cut off, the load capacitance can be charged faster than in the past, and the rising speed can be increased.

【0023】次に、最終段への入力信号が立ち下がった
ときは、逆にNチャンネルMOSトランジスタMN が略
オフ(このトランジスタMN はデプレッションモードな
ので完全にはオフしない。)し、PチャンネルMOSト
ランジスタMP がオンする。従って、このときはPチャ
ンネルMOSトランジスタMP がこの最終段のソースフ
ォロア回路の駆動トランジスタとして機能し、このトラ
ンジスタMP を通して出力側(負荷容量)が放電され
る。このオンし、飽和状態になるトランジスタMP を通
じて放電できるので、従来の場合よりも顕著に立ち下が
り速度を高めることができる。
Next, when the input signal to the final stage falls, the N-channel MOS transistor M N is substantially turned off (this transistor M N is not completely turned off because this transistor M N is in the depletion mode). MOS transistor M P is turned on. Thus, this time is P-channel MOS transistor M P is the last stage and functions as a driving transistor of a source follower circuit, the output side (load capacitance) is discharged through the transistor M P. The on and so can be discharged through the transistor M P becomes saturated, it is possible to increase the falling speed falling significantly than the conventional case.

【0024】即ち、従来においては立ち下がりには定電
流手段たる負荷MOSトランジスタ(能動的動作をしな
いので実質的には受動素子でしかない。)を通じて放電
するしかなかったが、本出力回路3aによれば、能動的
動作をするPチャンネルMOSトランジスタMP を通じ
て放電させるようにし、立ち上がり動作のみならず立ち
下がり動作をも能動的動作により為すようにすることが
できるのである。従って、従来における立ち下がり速度
を電流の増大を伴うことなく高めることができなかった
という問題を解決することができる。
In other words, in the prior art, the falling edge had to be discharged through a load MOS transistor (constantly a passive element since it does not perform an active operation) as a constant current means. According, so as to discharge through the P-channel MOS transistors M P to the active operation, it is possible to make do with actively operate the falling operation not rising operation only. Therefore, it is possible to solve the problem that the falling speed in the related art cannot be increased without increasing the current.

【0025】依って、HD−CCD型固体撮像素子のプ
ログレシブスキャン化の実現が可能となり、HD−CC
D型固体撮像素子において水平転送レジスタの1本化も
可能となるし、また、通常のCCD固体撮像素子におい
ても低消費電力化に寄与する、或いは消費電力の増大を
伴うこと無く周波数特性(特に立ち下がりの高速性)の
向上を図ることができる。
Accordingly, the progressive scan of the HD-CCD type solid-state imaging device can be realized, and the HD-CC
In the D-type solid-state image sensor, a single horizontal transfer register can be used, and the frequency characteristics (especially, the power consumption can be reduced without increasing the power consumption or contributing to the reduction in power consumption of a normal CCD solid-state image sensor). (Falling speed) can be improved.

【0026】尚、本出力回路は、最終段のNチャンネル
MOSトランジスタMN と、PチャンネルMOSトラン
ジスタMP を共にデプレッションモードにしてどんなと
きでも最低或る値(例えば10mA)のアイドリング電
流を流れるようにしているが、そのようにする理由を次
に述べる。その理由は二つあり、第1の理由は変換効率
の低下を防ぐという理由である。図5(A)はそのプッ
シュプル回路を成すMOSトランジスタMN とMP が共
にエンファンスメントモードであった場合の問題点を示
す回路図である。ここで、その二つのMOSトランジス
タMN 及びMPが共にエンファンスメントモードであ
り、そのしきい値電圧Vthが0.5Vであったとし、
電源電圧VDDが10V、入力信号INを2VP-P の矩形
波であるとする。そして、入力信号がロウレベル(4
V)になると、NチャンネルMOSトランジスタMN
オフし、PチャンネルMOSトランジスタMP がオン
し、出力信号はやはりロウレベルになるが、その出力レ
ベルOUTはPチャンネルMOSトランジスタMN のゲ
ートよりそのしきい値電圧(0.5V)分高い4.5V
となる。逆に、入力信号INがハイレベル(6V)にな
ると、NチャンネルMOSトランジスタMN がオンし、
PチャンネルMOSトランジスタMP がオフし、出力信
号はやはりハイレベルになりますが、その電位はトラン
ジスタMN のゲートよりも0.5V低い5.5Vにな
る。従って、入力信号の振幅は2V(6−4V)である
が、出力信号の振幅は1V(5.5−4.5V)と小さ
くなる。つまり、二つのトランジスタMN 、MP のしき
い値電圧の和の分出力信号の振幅が入力信号の振幅より
も小さくなる。これは、回路の動作中に二つのトランジ
スタMN、MP が共にオフとなる期間が存在するためで
ある。従って、必ず少なくともいずれか一方のトランジ
スタがオンするようにすると、このような変換効率の低
下はおきる。
[0026] The present output circuit to flow the N-channel MOS transistors M N of the last stage, the lowest one value at any time in the both depletion mode P-channel MOS transistors M P idling current (e.g., 10 mA) The reason for doing so is described below. There are two reasons. The first is to prevent a decrease in conversion efficiency. FIG. 5 (A) is a circuit diagram showing a problem when MOS transistor M N and M P which constitute a push-pull circuit were both ene fan performs instruction mode. Here, it is assumed that the two MOS transistors M N and M P are both in the enhancement mode, and the threshold voltage Vth is 0.5 V.
It is assumed that the power supply voltage V DD is 10 V and the input signal IN is a 2 V PP rectangular wave. When the input signal is at low level (4
V), the N-channel MOS transistor M N is turned off, the P-channel MOS transistor M P is turned on, and the output signal is also at the low level, but the output level OUT is higher than the gate of the P-channel MOS transistor M N. 4.5V higher by the threshold voltage (0.5V)
Becomes Conversely, when the input signal IN goes high (6 V), the N-channel MOS transistor M N turns on,
The P-channel MOS transistor MP is turned off, and the output signal is also at the high level, but the potential is 5.5 V lower than the gate of the transistor MN by 0.5 V. Therefore, the amplitude of the input signal is 2V (6-4V), but the amplitude of the output signal is as small as 1V (5.5-4.5V). That is, the amplitude of the output signal is smaller than the amplitude of the input signal by the sum of the threshold voltages of the two transistors M N and M P. This is because there is a period during which the two transistors M N and M P are both off during the operation of the circuit. Therefore, if at least one of the transistors is always turned on, such a decrease in the conversion efficiency occurs.

【0027】そこで、そのようにする手段として図5
(B)に示すようにバイアス回路を設けてゲート・ソー
ス間にトランジスタのしきい値電圧Vth以上の電圧
(例えば1V)を常に印加するようにすることが考えら
れる。しかし、このようにした場合には、このバイアス
回路にも電流が流れ、消費電流が増大する要因になり、
また、前段のソースフォロア回路の負荷が増大し、その
結果、周波数特性の低下という問題が生じるし、また、
素子数の増大にも繋がる。従って、CCD固体撮像素子
用の出力回路としては適当ではない。
Therefore, FIG.
As shown in (B), a bias circuit may be provided so that a voltage (for example, 1 V) higher than the threshold voltage Vth of the transistor is always applied between the gate and the source. However, in such a case, current also flows through the bias circuit, which causes an increase in current consumption.
In addition, the load on the source follower circuit in the preceding stage increases, and as a result, there is a problem that the frequency characteristic is reduced.
This leads to an increase in the number of elements. Therefore, it is not suitable as an output circuit for a CCD solid-state imaging device.

【0028】結局、両方のトランジスタMN と、MP
デプレッションモードにしてどんなときでも或る値のア
イドリング電流(例えば10mA)以上の電流が常に流
れるようにすることが最適であると言えるのである。
After all, it can be said that it is optimal to set both transistors M N and M P in the depletion mode so that a current of a certain value or more (for example, 10 mA) always flows at any time. .

【0029】常に最低限アイドリング電流が流れるよう
にする第2の理由はソースフォロア回路の周波数特性を
高めるためである。即ち、図5(C)において模式的に
示すソースフォロア回路の周波数特性fc(遮断周波
数)は、fc=gm/2πCL(CL :負荷容量)とな
り、そして、そのgmは電流Iの平方根に比例するの
で、或る程度の電流Iを流さないと、gmを高くするこ
とができず、gmを高くすることができなければ周波数
特性を高くすることできないのである。例えば、400
MHz(遮断周波数)程度の周波数特性を得るためには
アイドリング電流として10mA程度の電流を流すこと
が必要のようである。
The second reason that the idling current always flows at a minimum is to enhance the frequency characteristics of the source follower circuit. That is, the frequency characteristics of the source follower circuit shown schematically in FIG. 5 (C) fc (cutoff frequency), fc = gm / 2πC L ( C L: Load capacitance), and then the square root of the gm current I Since it is proportional, gm cannot be increased unless a certain amount of current I flows, and the frequency characteristic cannot be increased unless gm can be increased. For example, 400
In order to obtain a frequency characteristic of about MHz (cutoff frequency), it seems that it is necessary to flow a current of about 10 mA as an idling current.

【0030】但し、上述した各種不利益を甘受するなら
ば、最終段の二つのトランジスタMN、MPを共にエン
ファンスメントモードするようにしても良い。
However, if the various disadvantages described above are tolerated, the last two transistors MN and MP may both be in the enhancement mode.

【0031】[0031]

【発明の効果】請求項1のCCD固体撮像素子の出力回
路によれば、従来、電流供給MOSトランジスタとして
のみ機能し、定電流源としての役割しか果たさなかった
MOSトランジスタをPチャンネルMOSトランジスタ
により構成し、該PチャンネルMOSトランジスタにも
入力信号を印加するようにしたので、入力信号の立ち上
がりのときは従来から駆動トランジスタとしての役割を
果たしていたNチャンネルMOSトランジスタにソース
フォロアの駆動トランジスタの機能を果たさせ、立ち下
がり時にはそのPチャンネルMOSトランジスタにソー
スフォロアの駆動トランジスタとして機能させることが
できる。従って、立ち下がり時における高速性を、特に
消費電流を増加させなくてもPチャンネルMOSトラン
ジスタのgmを高めることにより、高めることができ
る。
According to the output circuit of the CCD solid-state image pickup device of the first aspect, a P-channel MOS transistor is used as a MOS transistor which conventionally functions only as a current supply MOS transistor and serves only as a constant current source. Since the input signal is also applied to the P-channel MOS transistor, when the input signal rises, the N-channel MOS transistor, which has conventionally served as the driving transistor, performs the function of the source follower driving transistor. In addition, at the time of falling, the P-channel MOS transistor can function as a source follower driving transistor. Therefore, high-speed operation at the time of falling can be enhanced by increasing gm of the P-channel MOS transistor without increasing current consumption.

【0032】請求項2のCCD固体撮像素子の出力回路
によれば、最終段を成すNチャンネルMOSトランジス
タ及びPチャンネルMOSトランジスタの双方をデプレ
ッションモードにしたので、動作中はどのようなときで
も最低限アイドリング電流が流れるようにすることがで
き、延いては、変換効率の低下、周波数特性の低下が生
じない。
According to the output circuit of the CCD solid-state image pickup device of the present invention, both the N-channel MOS transistor and the P-channel MOS transistor, which constitute the final stage, are in the depletion mode. An idling current can be caused to flow, so that a decrease in conversion efficiency and a decrease in frequency characteristics do not occur.

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

【図1】本発明CCD固体撮像素子の出力回路の第1の
実施例を示す回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of an output circuit of a CCD solid-state imaging device according to the present invention.

【図2】固体撮像素子(従来例、本発明を問わず)の概
略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a solid-state imaging device (regardless of the conventional example and the present invention).

【図3】CCD固体撮像素子の出力回路の従来例を示す
回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a conventional example of an output circuit of a CCD solid-state imaging device.

【図4】(A)〜(C)は従来例の問題点を説明するた
めの回路図で、(A)はCCD固体撮像素子の出力回路
の最終段を示し、(B)は入力電圧が立ち上がったとき
の動作を示し、(C)は入力電圧が立ち下がったときの
動作を示す。
FIGS. 4A to 4C are circuit diagrams for explaining the problems of the conventional example, in which FIG. 4A shows the final stage of the output circuit of the CCD solid-state imaging device, and FIG. (C) shows the operation when the input voltage falls.

【図5】(A)〜(C)はアイドリング電流を流す理由
を説明する回路図である。
FIGS. 5A to 5C are circuit diagrams illustrating the reason why an idling current flows.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・CCD固体撮像素子、3a・・・出力回路、M
N ・・・出力回路の最終段を成すNチャンネルMOSト
ランジスタ、MP ・・・出力回路の最終段を成すPチャ
ンネルMOSトランジスタ。
1 ... CCD solid-state imaging device, 3a ... Output circuit, M
N-channel MOS transistor forming the final stage of the N ··· output circuit, P-channel MOS transistor forming the final stage of the M P ··· output circuit.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ソースフォロア回路を複数個縦続接続し
てなるCCD固体撮像素子の出力回路において、 最終段のソースフォロア回路を、NチャンネルMOSト
ランジスタとPチャンネルMOSトランジスタからなる
プッシュプル回路で構成してなることを特徴とするCC
D固体撮像素子の出力回路。
1. An output circuit of a CCD solid-state imaging device comprising a plurality of source follower circuits connected in cascade, wherein the last source follower circuit is constituted by a push-pull circuit comprising an N-channel MOS transistor and a P-channel MOS transistor. CC characterized by the following
Output circuit of D solid-state imaging device.
【請求項2】 最終段を構成するNチャンネルMOSト
ランジスタとPチャンネルMOSトランジスタが共に、
デプレッションモードであることを特徴とする請求項1
記載のCCD固体撮像素子の出力回路。
2. An N-channel MOS transistor and a P-channel MOS transistor constituting a final stage,
2. A depletion mode.
An output circuit of the CCD solid-state imaging device described in the above.
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