JPS58128095A - 電荷転送デバイス - Google Patents

電荷転送デバイス

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JPS58128095A
JPS58128095A JP966582A JP966582A JPS58128095A JP S58128095 A JPS58128095 A JP S58128095A JP 966582 A JP966582 A JP 966582A JP 966582 A JP966582 A JP 966582A JP S58128095 A JPS58128095 A JP S58128095A
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JP
Japan
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voltage
potential
junction region
floating junction
region
Prior art date
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Pending
Application number
JP966582A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshige Goto
浩成 後藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS58128095A publication Critical patent/JPS58128095A/ja
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C19/00Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/28Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
    • G11C19/282Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
    • G11C19/285Peripheral circuits, e.g. for writing into the first stage; for reading-out of the last stage

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)

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】 本発明は電荷転送デバイスに係シ、特にオフセット電圧
を除去し九出力電圧を得るに好適な電荷転送デバイスの
出力部に関する。
一般に電荷転送デバイスは、その信号遅延特性を利用し
た遅延線や、感光領域を設けることによりてエリア光セ
ンサ、リニア光センサ等に広く利用されている。電荷転
送デバイスを実際にシステム内に組み込んそ用いる場合
、出力信号として電圧信号が畳求されることが多いため
、これらデバイスには転送されてきた電荷を電圧に変換
する電荷電圧変換部がオンチップ化されている。この様
な電荷電圧変換部として、従来、浮遊接合領域と、その
電位変化を検知する高入力インピーダンスの電荷・電圧
変換部、例えばソースフォロワが用いられている。そし
て、転送されてきた信号電荷を浮遊接合領域に蓄積し、
時系列的な動作を繰シ返えすためには、接合領域の最大
蓄積量を大きく、かつ暗電流による誤差を防ぐために、
クロ、りに同期してこの浮遊接合領域の電位を一定の直
流電圧にリセットする必要がある。従って、上記浮遊接
合領域の電位変化は、この直流電圧に信号電荷による電
位変化分が重畳した形となシ、ソースフォロワを1.介
して最終的に出力される電圧信号としては一定の直流分
が重畳し良信号電圧が出力されることとなシ、いわゆる
オフセット電圧を有し良信号波形となっている。その丸
め、電荷転送デノ量イスの出力電圧を信号処理するため
には、このオフセット電圧を除去し、必要に応じて極性
を反転する必要があシ、システム構成上必ずしも容易と
にいい難い点がある。
さらに、上記のことを第1図に示す従来の電荷転送デバ
イスの出力部を参照して具体的に説明する。図において
、1は例えばP形シリコン等の半導体基板、−2はこの
半導体基板1と逆導電型の不純物を高濃度に含む浮遊接
合領域、Sは上記基板1と逆導電截の不純物を高濃度に
含むドレイン領域、4は絶縁膜(図示せず)を介して設
けられ九出力?−ト、sはリセ、)電極、6はソースフ
ォロワ回路、7はリセット端子、8はドレイン端子、9
は差動増幅器、1oはオフセット電圧除去用の直流電源
である。
上記デバイスにおいて、ドレイン端子8には適当な直流
電圧vIlが印加され、リセット端子7にはj12図に
示すようなリセ、トノ母ルスREが印加される。出力ブ
ート4には適当な直流電圧が印加されておシ、信号電荷
は第1図左方から図示しない転送電極によって浮遊接合
領域2に流入する。この電荷流入の前に、リセット端子
7にリセットノ母ルスREが印加されることにょシ浮遊
接合領域2の残留電荷はドレイン領域8を通じて排出さ
れ、このリセ、トノ母ルスREC)印加直後(時刻ts
 )に上記浮遊接金領域2の電位は一定電位(オフセッ
ト電圧に相当する)となる。
一方、時刻t2において、信号電荷が前述したように浮
遊接合領域2に流入すると、該領域2の電位は流入する
信号が電荷であるのでその電荷量に応じて下降する。こ
の電位降下がソースフォロワ回路Cを通じて差動増幅器
9に加えられ、ここでオフセット除去用電源10の電圧
との差がとられ、出力電圧として取シ出される。
上記回路において、浮遊接金領域2の電位変化は、ドレ
イン端子8に印加されている直流電圧と流入する信号電
荷によシ下降する信号分を加えたものであプ、ソースフ
ォロワ回路dに入る電圧は第2図に示すようにオフセッ
ト直流分かあシ、これを差動増幅器9とオフセット除去
用電源10とによシ除去しなければならない。
この様な差動増幅器9をオンチップ化するには大間積を
必要とし、かつ回路構成が複雑となる。
ま九、デバイス毎のばらつきを考えると、オフセット除
去用電源10の電圧値を定めるOは困難である等の不都
合があり九。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、電荷転送
デバイス出力に含まれるオフセット電圧を、外部電圧の
調整によシ略零とし得るような回路をスイ、テ素子シよ
び静電容量によ〉構成することによって、差動増幅器を
用いることなく回路構成を簡略化でき、占有面積を小さ
くし得、しかもオフセット電圧を容易に除去できる電荷
転送デバイスを提供することを目的とする。
以下、図面を参照して本発明の一実施例を鴫明する。第
3図は電荷転送デバイスの出力部の構成を示している。
この電荷転送デバイスは、例えばpmシリコンの半導体
基板11上に絶縁膜を介して所定間隔で配設され、電荷
の蓄積および転送を行なう転送電極と、この転送電極に
クロック電圧を印加することによシ生じる空乏層に信号
電荷を制御しつつ注入する入力部と、上記転送電極に印
加されたクロ、り電圧によって転送された電荷を検出し
電圧信号に変換する出力部とを有している。上記入力部
は、九とえば感光領域において光電変換され良信号電荷
を上記空乏層に制御して注入するように構成されている
。また、上記出力部は、183図に示すように前記基板
11と逆導電型の不純物を高濃度に含み、転送されてき
た電荷を蓄積する浮遊接合領域12と、上記基板11と
逆導電型の不純物を高濃度に含み、上記浮遊接合領域1
2に蓄積されている信号電荷を外部に排出する丸めのド
レイン領域13と、絶縁膜(図示せず)を介して半導体
基板1ノ上に設けられ、前記転送電極から送られてくる
信号電荷をr−)する出力ダート14と、上記浮遊接合
領域12の電位を外部設定電圧にリセットする丸めのリ
セット電極15とを有している。また、1#はリセット
端子、17はドレイン端子である。さらに、この出力部
は、高入力インピーダンスの電圧変換部であるソースフ
ォロワ回路18と、このソースフォロワ回路18のトラ
ンジスタのr−)に一端が接続される静電容量19と、
この静電容量19の他端と前記浮遊接合領域12との間
に挿入接続され、端子20に加えられ丸外部信号に応じ
て電気的開閉を行なうための第1のスイ、チ21を形成
するトランジスタと、前記ソースフォロワ回路18と静
電容量19との接続点Bと基準電圧源22との間に接続
され、y”  )に加えられる前記端子20からの外部
信号に応じて開閉し、ソースフォロワ回路18のr−)
電位を上記基準電圧源22の電位Eに設定するための第
2のスイッチ23を形成するトランジスタと、前記静電
容量19と第1のスイ、テ2ノとの接続点Aと端子24
との間に接続され、端子25から加えられる外部信号に
応じて開閉し、上記端子24に印加される外部設定電圧
に上記接続点ムの電位を設定する丸めの第3のスイッチ
26を形成するトランジスタとを具備している。
上述し九構成の回路にあっては、第入、第2スイッチ2
7 、、?Jは端子2Qにハイレベル@H”の外部信号
が印加され九ときにオン状態となシ、通常はローレベル
が印加されてオフ状態になっている。また、ドレイン端
子17には適当な直流電圧v1が印加され、端子24に
も同様の直流電圧v1が印加されている。さらに、リセ
ット端子16には第4図に示すようなリセ。
トノ々ルスREが印加され、出力r−ト14には適当な
直流電圧が印加されているものとする。
デバイスにクロ、クツ4ルスが印加されることによって
、信号電荷は第3図の左方から転送電極および出力ダー
ト14を通じて浮遊接合領域12に流入する。この流入
タイミングは第4図に矢印Tにて示すようにリセ、トノ
母ルスilE印加後の時点であシ、これによって浮遊接
合領域12の電位は変化する。t7’t、端子20.1
1には#I4図に示すタイミングにて外部信号ノ譬ルス
がそれぞれ印加される。
而して、リセット・譬ルスRE印加後の時刻1、では浮
遊接合領域12の電位はV、にリセットされる。次に、
流入する信号電荷を−Q(Q>0)とすると、時刻t!
では浮遊接合領域izo電位はvm−91cとなる。こ
こで、Cは浮遊接合領域12と基板11との間の実効容
量である0次に、端子J)Kjld図に示す・中ルスが
印加され、第1、第2のスイ、テ21.jlJが開−死
後の時刻t3では、A点電位はvl−%、B点の電位は
E(1s3図の場合には略OYに設定されている)に設
定され、静電容量19は電位差v8−%−Eを保持し、
ソースフォロワ回路18の出力電圧は略Ovになる。さ
らに、時刻t4、すなわち端子25にノゼルスを印加し
、第3のスイッチ26が開いたのちではA点の電位は端
子24の電位v1と同電位に設定される。これによシ、
静電容量19は一定の電位差vl−%−Eを保持したま
まなo−t’、B点o1位ハvl−(v、−9/c−x
)=%+Eなる正電位となる。この電位は、信号電荷Q
の絶対値に比例した電位%と一定の基準電圧値Eとの和
となる。従りて、この電圧%十Eがソースフォロワ回路
18に入力すると、出力端子OUTには#!4図に示す
ような出力電圧が得られる。この出力電圧には外部の電
圧源22に依存するオフセット分が含まれるが、ここで
外部の基準電圧源26の値Eを前述したように接地電位
(Ov)とすればオフセット分は存在しなくなる。
上記デバイスによれば、オフセット分を外部的に調節で
き、電子を信号電荷として用いるかぎp、信号分が電圧
の上昇分で与えられる出力電圧が得られる等の利点を有
する。
第5図は本発明の他の実施例に係る電荷転送デバイスの
出力部を示している。この場合は、前述し丸薬3図の回
路に比べて第2.第3のスイッチ23,2σのf−)が
端子25に共通接続され′ておシ、この端子25に加え
られるI々ルスによりてこれらの第2.第3のスイッチ
17゜26のスイッチを同期して開閉させるようにし、
また基準電圧源22の電圧2としてソースフォロワ回路
18の電源eに略等しく設定し、端子x o e :t
 jに第6図に示すような/4ルスを加えるようにし九
点が異なる。
今1.転送されてくる信号電荷を−Q(Q>0)とする
と、第6図に示す時刻1.においては、端子25にパル
スが印加されて第2.籐3のスイ、チxs、xiが一旦
オン状、態になり死後なのでム点の電位はv、、m点の
電位はEに設定されておシ、容量19はム、B点の電位
差v、−1を保持し、このときのソース7オaワ回路1
1の出力電圧は約Ev(7’jとえば5v)になる。次
に、時刻t8においては、信号電荷の流入によシ浮遊接
合領域12の電位はv191cとなる。ここで、Cは前
述同様領域12と基板11との実効容量である0次に、
端子20にノクルスを印加して第1のスイッチ21を開
いた後の時刻t3では、ム点の電位はV、−%−Eとな
るが、容量19が電位差v8を保持するために1点の電
位はE−%となυ、このときソースフォロワ回路18の
出力電圧は略Ovに低下し、出力端子OUTから得られ
る出力電圧は第6図に示すようになる。
上記デバイスによれば、基準電圧源22によυオフセッ
ト分を調節可能な信号電圧出力が得られ、前記第1実施
例とは逆に信号が電子のとき信号分が電圧の下降分で与
えられ、第1実施例とは相補的な出力が得られるb なお、上記実施例では、出力部を表面チャンネル形の場
合で説明しているが、これは埋込みチャンネル形でも良
い。また、信号を電子(nチャンネル)で説明したが1
、正孔(pチャンネル)の場合も同様で、同じくオフセ
ット分がなく、浮遊接合領域12の電位の上・外分、下
降分に対応する信号電圧出力が得られる。さらに、電荷
転送電極を図面上で省略して説明しているが、この電極
は何相でありても実施でき、ま次動作説明における・ぐ
ルスのタイ建ンダは動作を損なわない範囲で移動が可能
である。
以上説明したように本発明によれば、デバイスの出力に
含まれるオフセット電圧を、従未必できるようにしてお
シ、略零とすることができるようにしているので、回路
が簡単で占有面積を小さくし得、しかもオフセット電圧
を容易に除去できる電荷転送デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電荷転送デバイスの出力部を示す構成説
明図、第2図は第1図の動作を説明するための信号波形
図、第3図は本発明の一実施例に係る電荷転送デバイス
の出力部を示す構成[1!J明図、第4図は第3図の動
作を説明する丸めのタイムチャート、jIs図は本発明
の他の実施例に係る電荷転送デバイスの出力部を示す構
成説明図、第6図は85図の動作を説明する丸めのタイ
ムチャートである。 11・・・半導体基板、12・・・浮遊接合領域、13
・・・ドレイン領域、14・・・出力ダート、15・・
・リセット電極、16・・・リセット端子、17・・・
ドレイン端子、18・・・ソースフォロワ回路、19・
・・静電容量、20,24.25・・・端子、2)・・
・第1のスイッチ、23・・・第2のスイッチ、26・
・・第3のスイ、テ、22・・・基準電圧、OUT・・
・出力端子、R・・・抵抗、RE・・・リセットパルス
、v。 E・・・外部電圧。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  −導電型半導体基板上に絶縁膜を介し所定間
    隔で配設され信号電荷の蓄積および転送を行なう転送電
    極と、この転送電極にクロ、り電圧を印加する事によシ
    生じる空乏層に信号電荷を制御して注入する入力部と、
    前記転送電極に印加され九クロック電圧によって転送さ
    れてきた電荷を蓄積する浮遊接合領域と、この浮遊接合
    領域の電位を外部設定電圧にリセットすると共に骸接合
    領域に蓄積されている信号電荷を外部に排出する電位リ
    セット手段と、前記浮遊接合領域に一端が電気的に接続
    され外部信号に応じて開閉を行なう第1のスイッチと、
    この第1のスイッチの他端と高入力インピーダンス変換
    部の入力端との間に接続された電位保持用の容量と、と
    の容量と前記高入力インピーダンス変換部との接続点と
    第1の外部設定電圧源との関に挿入され外部信号に応じ
    て開閉する第2のスイッチと、前記容量と第1のスイッ
    チとの接続点と第2の外部設定電圧源との間に挿入され
    外部信号に応じて開閉する籐3のスイッチとを具備して
    なることを特徴とする電荷転送デバイス。
  2. (2)前゛記電位リセット手段は、前記浮遊接合領域に
    近接して配設されたドレイン領域と、このドレイン領域
    と浮遊接合領域との間に絶縁膜を介して前記基板上に設
    けられたリセット電極とを有することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の電荷転送デバイス。
  3. (3)  前記#I2の外部設定電圧は前記ドレイン領
    域と同電位に設定され、前記第1.jI2.第3のスイ
    ッチのうち2つを同期して開閉制御する拳を特徴とする
    特許請求の範囲jg1項記載の電荷転送デバイス。
  4. (4)前記入力部は、感光領域において光電変換によっ
    て生じる信号電荷を注入することを特徴とする特許請求
    の範囲第X*記載の電荷転送デバイス。
JP966582A 1982-01-25 1982-01-25 電荷転送デバイス Pending JPS58128095A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0272688A2 (en) * 1986-12-22 1988-06-29 Fuji Photo Film Co., Ltd. An output amplifier for a charge transfer device
US5276723A (en) * 1990-05-14 1994-01-04 Nec Corporation Floating diffusion type charge detection circuit for use in charge transfer device

Cited By (3)

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