KR100279294B1 - 개선된 이득을 가지는 소오스 팔로워 회로 및그것을 이용한 고체 촬상 장치의 출력 회로 - Google Patents
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Abstract
여기에 개시되는 소오스 팔로워 회로는 로드 제어 전압 가변부를 포함한다. 상기 로드 제어 전압 가변부는 소오스 팔로워의 로드 트랜지스터를 통해서 흐르는 로드 전류를 입력 전압 또는 출력 전압의 변화에 반대 방향으로 변화시킴으로써, 상기 입력 전압 (또는, 출력 전압)이 증가할 때 (또는, 감소할 때), 로드 트랜지스터를 통해서 흐르는 로드 전류가 입력/출력 전압에 대응하게 감소 (또는, 증가)되기 때문에 출력 전압은 증가된다(또는, 감소한다). 이로써, 본 발명의 따른 소오스 팔로워 회로의 AC 이득이 증가될 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 고이득 소오스 팔로워 회로 및 그를 이용한 고체 촬상 장치의 출력 회로에 관한 것이다.
전하 결합 소자 (charge coupled device : CCD) 고체 촬상 장치 (a solid state image pickup device)는 전자총을 이용하는 촬상관에 비해 소형, 경량, 낮은 소비 전력 등의 우수한 특성을 갖기 때문에 가정용, 방송용의 비디오 카메라, 감시용 카메라 시스템, 디지털 스틸 카메라 등에 폭 넓게 사용되고 있다.
점차적으로, 반도체 제조 기술 및 설계 기술이 향상됨에 따라 CCD 고체 촬상 장치의 집적도 역시 향상되어 왔다. 그러한 결과로서, 촬상 소자가 형성되는 면적은 점차적으로 축소되어 왔다. 이러한 추세에 따라, 최근 CCD 고체 촬상 장치에 요구되는 중요한 특성들 중의 하나는 촬상 소자가 그렇게 축소된 면적에 형성될 때 낮은 조도 (low illuminance) 하에서 가능한 감도 열화를 방지하기 위해서 적은 신호 전하 (또는, 정보 전하)를 신호 전압으로 변환하는 변환 능력이다. 그러므로, 적은 신호 전하를 감지하여 그에 상응하는 신호 전압으로 충분히 변환하기 위한, CCD 고체 촬상 장치에서 사용되는, 고이득 출력 회로가 요구되고 있다. 즉, 상기 CCD를 이용한 고체 촬상 장치에는, 수평 전달부 (horizontal transfer section; 도 3 및 도 4의 번호 200을 참조)에서 제공되는 신호 전하에 상응하는 입력 전압의 관점에서 출력 전압의 변환 이득이 높은 출력 회로가 더욱 요구되고 있다. 높은 변환 이득을 얻기 위한 하나의 방법은 출력 회로에 사용되는 소오스 팔로워 회로 (미도시된)의 변환 이득을 향상시키는 것이다.
따라서 본 발명의 목적은 입력 전압에 관련하여 출력 전압의 이득을 향상시킬 수 있는 소오스 팔로워 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 향상된 이득을 갖는 고체 촬상 장치의 출력 회로를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고감도 고체 촬상 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 소오스 팔로워 회로의 상세 회로도;
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 3단 소오스 팔로워 회로의 상세 회로도;
도 3은 본 발명에 따른 소오스 팔로워 회로를 이용하여 구성된 출력 회로를 가지는 고체 촬상 장치의 구성 단면도;
도 4는 도 3에 도시된 출력 회로의 상세 회로도;
도 5a는 입력 전압과 출력 전압의 관계를 보여주는 파형도; 그리고
도 5b는 일반적인 경우 및 본 발명의 경우를 비교하여 위해 도 5a에서 출력 전압의 파형 부분을 확대한 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명
8 : 로드 제어 전압 가변부 10, 140 : 소오스 팔로워 회로
100 : 출력 회로 120 : 리셋 트랜지스터
201 : 반도체 기판 202 : 절연막
204 : 전달 게이트 전극 206 : 출력 게이트 전극
208 : 플로팅 확산 영역 210 : N형 불순물 영역
212 : 리셋 게이트 전극
(구성)
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 특징에 의하면, 정보 전압 신호를 주기적으로 발생하는 전하 결합 장치와; 제어 단자 및 일단이 제 1 전원에 연결되는 전류 통로를 가지는 트랜지스터, 상기 트랜지스터의 제어 단자에 연결되고 상기 정보 전압 신호를 받아들이는 입력 단자, 상기 트랜지스터의 전류 통로의 타단과 제 2 전원 사이에 연결되고 정격 전류 바이어스 전압에 비례하는 정격 전류를 가지는 전류원, 그리고 상기 트랜지스터의 전류 통로의 상기 타단에 연결되고 증폭된 정보 전압 신호를 출력하는 출력 단자를 가지는 전압 증폭 회로 및; 상기 증폭된 정보 전압 신호에 기초하여 상기 정격 전류 바이어스 전압을 제어함으로써 상기 전압 증폭 회로의 전압 이득을 가변시키는 수단을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 상기 전압 결합 장치는, 정보 전하들을 수평적으로 전달하는 전하 전달 회로 및; 상기 전하 전달 회로로부터 공급된 상기 정보 전하들을 저장하여 상기 저장된 정보 전하들에 상응하는 상기 정보 전압 신호를 발생하는 플로팅 확산 영역을 가지며, 리셋 제어 신호에 응답해서 상기 플로팅 확산 영역을 리셋하는 리셋 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 정보 전압 신호를 주기적으로 발생하는 전하 결합 장치와; a) 상기 정보 전압 신호를 받아들이는 입력 단자, b) 정격 전류 바이어스 전압에 비례하는 정격 전류를 가지는 전류원, c) 제 1 전원 전압에 연결된 드레인, 상기 전류원과 제 2 전원 전압 사이에 연결된 소오스 그리고 상기 입력 단자에 연결된 게이트, d) 증폭된 정보 전압 신호를 출력하는 출력 단자를 가지는 소오스 팔로워 증폭 회로 및; 상기 정보 전압의 발생 동안에 상기 전류원의 정격 전류가 변화되도록 상기 증폭된 정보 전압 신호를 사용하여 상기 정격 전류 바이어스 전압을 가변시키는 수단을 포함한다.
이 실시예에 있어서, 정격 전류가 상기 정격 전류 바이어스 전압에 의해서 제어되는 적어도 하나의 소오스 팔로워 회로를 부가적으로 포함하며, 상기 소오스 팔로워 회로들은 상기 입력 및 출력 단자들 사이에 직렬로 연결된다.
(작용)
이와 같은 장치에 의해서, 소오스 팔로워의 로드 트랜지스터를 제어하는 전압이 출력 전압의 변화에 반대 방향으로 변화되도록 가변된다. 그 결과로서, 입력 전압의 관점에서 출력 전압의 이득이 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 신규한 소오스 팔로워 회로 (10)는, 도 1을 참조하면, 로드 제어 전압 가변부 (8)를 포함한다. 상기 로드 제어 전압 가변부 (8)는 소오스 팔로워 (7)의 로드 트랜지스터 (M2)를 통해서 흐르는 로드 전류를 입력 전압 또는 출력 전압의 변화에 반대 방향으로 변화시킴으로써, 상기 입력 전압 (또는, 출력 전압)이 증가할 때 (또는, 감소할 때), 로드 트랜지스터를 통해서 흐르는 로드 전류가 입력/출력 전압에 대응하게 감소 (또는, 증가)되기 때문에 출력 전압은 증가된다(또는, 감소한다). 이로써, 본 발명의 따른 소오스 팔로워 회로의 AC 이득이 증가될 수 있다.
(제 1 실시예)
다시 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 일단으로 구성된 소오스 팔로워 회로의 상세 회로도가 도시되어 있다. 도 1에서, 소오스 팔로워 회로 (10)는 입력 단자 (2), 출력 단자 (4), 제어 단자 (6), 2 개의 NMOS 트랜지스터들 (M1) 및 (M2), 그리고 상기 출력 단자 (4)와 상기 제어 단자 (6) 사이에 연결된 로드 제어 전압 가변부 (8)를 포함한다. 상기 NMOS 트랜지스터 (M1)는 구동 트랜지스터 (또는, 스위칭 트랜지스터)로서 동작하고, 상기 NMOS 트랜지스터 (M2)는 로드 트랜지스터로서 기능하며 정격 전류 (a current rating)를 가진다.
상기 로드 제어 전압 가변부 (8)는 2 개의 NMOS 트랜지스터들 (M3) 및 (M4), 전압 결합 커패시터 (a voltage coupling capacitor) (C1), 그리고 저항 (R1)으로 구성된다. 상기 NMOS 트랜지스터 (M3)의 전류 통로는 전원 전압 (VDD)과 노드 (N1) 사이에 형성되고, 그것의 게이트는 상기 전원 전압 (VDD)을 받아들인다. 상기 NMOS 트랜지스터 (M4)의 게이트는 상기 출력 단자 (4)에 연결되고, 그것의 전류 통로는 상기 노드 (N1)와 접지 전압 사이에 형성된다. 상기 NMOS 트랜지스터들 (M3) 및 (M4)은 하나의 인버터로서 작용한다. 상기 저항 (R1)은 상기 제어 단자 (6)와 상기 로드 트랜지스터 (M2)의 게이트 사이에 연결되고, 상기 전압 결합 커패시터 (C1)는 상기 저항 (R1)과 상기 로드 트랜지스터 (M2)의 게이트의 접속점 (N2)과 상기 노드 (N1) 사이에 연결된다.
상기 전압 결합 커패시터 (C1)는 상기 인버터의 출력이 일정하게 유지되는 동안에 오픈되고 그리고 상기 인버터의 출력이 변화되는 동안에 단락된다. 그 결과, 상기 노드 (N2)의 전압 레벨은 출력 전압의 변화에 상응하여 감소되거나 증가된다. 그러므로, 상기 로드 제어 전압 가변부 (8)는 로드 트랜지스터 (M2)의 게이트에 인가되는 제어 전압 (예컨대, 상기 정격 전류에 상응하는 정격 전류 바이어스 전압) (Vg)의 레벨을 상기 출력 단자 (4)의 전압 (Vout) 변화에 반대 방향으로 변화시킨다. 예컨대, 상기 출력 단자 (4)의 전압 (Vout)이 증가되면 (또는, 감소되면), 상기 로드 트랜지스터 (M2)의 게이트에 제공되는 상기 제어 전압 (Vg)은 감소된다 (또는, 증가된다). 이것은 상기 로드 트랜지스터를 통해서 흐르는 로드 전류가 감소되게 (또는, 증가되게) 한다. 그러므로, 입력 단자 (2)에 제공되는 입력 전압 (Vin)의 관점에서 출력 전압 (Vout)의 이득 (AC 이득)이 증가될 수 있다.
(제 2 실시예)
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 3단 소오스 팔로워 회로의 상세 회로도이다. 도 2에서, 앞서 설명된 제 1 실시예와 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호들로 표기되고 그리고 그것의 설명은 생략된다. 제 2 실시예에 있어서, 소오스 팔로워 회로 (10)는 입력 단자 (2)와 출력 단자 (4) 사이에 연결되는 직렬로 연결된 3단 소오스 팔로워들 (10), (12) 및 (14)으로 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 3단 소오스 팔로워들 (10), (12), 그리고 (14)에 있어서, 이전 단의 출력은 다음 단의 입력에 연결된다. 제 2 실시예에 따른 소오스 팔로워 회로 (10) 역시 제 1 실시예의 그것과 동일한 효과를 얻을 수 있고 그리고 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예들이 소오스 팔로워 회로가 사용되는 모든 장치에 적용될 수 있음은 자명하다. 그러한 응용 분야들 중 일예로서 CCD 기술을 이용한 고체 촬상 장치의 출력 회로가 도 3에 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 출력 회로를 가지는 고체 촬상 장치의 구성 단면도 (diagrammatic section view)가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 CCD를 이용한 고체 촬상 장치 (300)는 절연막 (202)으로 덮여진 주 표면을 가지는 P형 반도체 기판 (201)을 포함한다. 상기 절연막 (202) 상에는, 복수 개의 전달 게이트 전극들 (204)이 다상 클럭들 (본 실시예의 경우, Φ1, Φ2, Φ3의 3상 클럭)에 의해서 구동되는 수평 전달부 (horizontal transfer section) (200)을 구성하는 어레이 형태로 배열된다. 상기 전달 게이트 전극들 (204) 중 마지막 전극에 인접한 출력 게이트 전극 (206)은 상기 절연막 (202) 상에 형성되고, N형 불순물 영역 (208)이 상기 출력 게이트 전극 (206)에 인접한 기판 (201)의 표면 영역에 형성된다. N형 불순물 영역 (208)은 소위 플로팅 확산 영역 (so called floating diffusion region)을 구성한다. 게다가, 리셋 게이트 전극 (212)이 상기 플로팅 확산 영역 (208)에 인접한 절연막 (202) 상에 형성되고, 그리고 리셋 게이트 전극 (212)이 상기 플로팅 확산 영역 (208)과 N형 불순물 영역 (210) 사이에 배열되는 방법으로 다른 N형 불순물 영역 (210)이 리셋 게이트 전극 (212)에 인접한 기판 (201)의 표면 영역에 형성되고, 그 결과 플로팅 확산 영역 (208)과 N형 불순물 영역 (210) 사이의 리셋 게이트 전극 (212) 아래의 기판 (201) 표면 영역에는, 채널이 형성된다. 즉, 플로팅 확산 영역 (208), N형 불순물 영역 (210) 및 리셋 게이트 전극 (212)은 전계 효과 트랜지스터 (field effect transistor) 즉, 리셋 트랜지스터 (reset transistor) (120) (도 4 참조)로서 기능한다.
상술한 배열 자체는 이 분야에 숙련된 자들에게 잘 알려져 있고, 그러므로 그것의 상세한 설명은 생략된다. 전달 게이트 전극들 (204)은, 도면에 도시된 바와 같이, 서로 다른 위상을 가지는 3 개의 클럭들 (Φ1), (Φ2) 및 (Φ3)을 공급받는다. 상기 전달 게이트 전극들 (204)에 의해서 형성되는 전달 웰 구조 (transfer well structure)가 출력 게이트 전극 (206) 방향으로 이동되도록 상기 3 개의 클럭들 (Φ1), (Φ2) 및 (Φ3)은 상기 전달 게이트 전극들 (204)에 각각 주기적으로 인가된다. 상기 출력 게이트 전극 (206)은 출력 게이트 전압 (VOG)을 제공받고, 그리고 리셋 게이트 전극 (212)은 리셋 클럭 (ΦR)을 제공받는다. N형 불순물 영역 (210)은 드레인 전압 (VOD)으로 바이어스된다. 전달 게이트 전득들 (204), 출력 게이트 전극 (206), 리셋 게이트 전극 (212) 및 N형 불순물 영역 (210)에 인가된 클럭들 및 전압들은 이 분야에 숙련된 자들에게 잘 알려져 있고, 그러므로 그것의 부가적인 설명은 생략된다.
상기 플로팅 확산 영역 (208)에는, 소오스 팔로워 회로 (a source follower circuit) (140)가 연결된다. 상기 회로 (140)는 수평 전달부 (200)로부터 제공되는 즉, 출력 게이트 전극 (206)이 전압 (VOG)에 의해서 바이어스될 때 그것을 통해서 상기 플로팅 확산 영역 (208)에 전달되는 신호 전하들 (signal charges) (또는, 정보 전하들(information charges))를 신호 전압 (signal voltage)으로 변환하고 그리고 상기 신호 전압을 출력 전압 (Vout)으로서 출력한다. 여기서, 상기 리셋 트랜지스터 (120)와 상기 소오스 팔로워 회로 (140)는 CCD 기술을 이용한 고체 촬상 장치의 출력 회로 (output circuit)를 구성한다. 소오스 팔로워 회로 (140)의 동작은 이후 상세히 설명된다.
상술한 고체 촬상 장치에서, 신호 전하 (또는, 정보 전하)가 이 분야에 잘 알려진 방법으로 3 개의 다른 클럭들에 의해서 생성되는 이동 또는 쉬프트 전위 우물 구조 (moving or shifting potential well structure)를 통해서 전달되고, 상기 전달 게이트 전극들 (204)에 의해서 전달되는 신호 전하는 상기 플로팅 확산 영역 (208)으로 주입된다. 이때, N형 불순물 영역 (210)이 전압 (VOD)을 공급받기 때문에, 상기 플로팅 확산 영역 (208)은 상기 리셋 클럭 (ΦR)을 상기 리셋 게이트 전극 (212)에 인가함으로써 상기 전압 (VOD)의 전위로 리셋되고, 그리고 그 다음에, 상기 리셋 클럭 (ΦR)이 로우 레벨이 된 후 즉, 상기 리셋 게이트 (212)가 차단된 후, 상기 전달 게이트 전극들 (204)에 의해서 전달된 신호 전하 (또는, 정보 전하)는 플로팅 확산 영역 (208)으로 흐르고, 그 결과 상기 플로팅 확산 영역 (208)의 전위는 전압 (VOD)의 전위로부터 상기 신호 전하 (또는, 정보 전하)의 양만큼 변한다. 상기 플로팅 확산 영역 (208)의 전위 변화는 소오스 팔로워 회로 (140)에 인가되고, 그 결과 대응하는 신호 전압 (Vout)이 소오스 팔로워 회로 (140)로부터 출력된다.
도 4는 도 3에 도시된 소오스 팔로워 회로의 상세 회로도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고체 촬상 장치의 출력 회로 (output circuit) (300)는 리셋 트랜지스터 (120) 및 소오스 팔로워 회로 (source follower circuit) (140)를 포함한다. 상기 리셋 트랜지스터 (120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, N형 불순물 영역 즉, 소오스 (source)로서 기능하는 플로팅 확산 영역 (208), 드레인 (drain)으로서 기능하는 다른 N형 불순물 영역 (210), 그리고 리셋 게이트 전극 (212)으로 구성된다. 상기 리셋 트랜지스터 (120)의 소오스는 수평 전달부 (200)에 연결되며, 상기 수평 전달부 (200)로부터 제공되는 정보 전하들 (또는, 신호 전하들)을 받아들여서 일시적으로 저장한다.
도 4에 도시된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소오스 팔로워 회로 (140)는 도 2의 그것과 동일하다. 그러므로, 설명의 중복을 피하기 위해서, 그것에 대한 설명은 생략된다. 도 2에 도시된 출력 단자 (6), 제어 단자 (4) 및 입력 단자 (2)는 단자들 (141), (143) 및 (145)에 각각 대응한다.
다시 도 4를 참조하면, 상기 로드 제어 전압 가변부 (148)는 상기 소오스 팔로워들 (142), (144) 및 (146)에 의해서 변환된, 수평 전달부 (200)로부터 제공되는 신호 전하에 상응하는, 신호 전압 (Vout)을 출력하는 출력 단자 (141)와 상기 각 소오스 팔로워 (142), (144) 및 (146)의 NMOS 트랜지스터들 (M14), (M16) 및 (M18)에 공통으로 제공되는 로드 제어 전압 (Vg)을 받아들이는 제어 단자 (143) 사이 (149)에 연결된다. 입력 단자 (145)는 리셋 트랜지스터 (120)의 소오스에 연결된다. 상기 로드 제어 전압 가변부 (148)는 출력 단자 (141)의 전압 (Vout) 변화 또는 입력 단자 (145)의 전압 (Vin) 변화와 반대 방향으로 상기 연결점 (149)의 전압을 가변 시킴으로써 입력 단자 (145)의 전압 (이후, 입력 전압이라 칭함)의 관점에서 출력 전압 (Vout)의 AC 이득이 향상되게 한다. 결과적으로, 고감도의 CCD 고체 촬상 장치가 그러한 출력 회로에 의해서 구현될 수 있다.
이하 본 발명에 따른 동작이 도 3 및 도 4에 의거하여 상세히 설명된다. 상술한 고체 촬상 장치의 출력 회로 (300)에서, 수평 전달부 (200)로부터 제공되는 신호 전하들이 리셋 트랜지스터 (120)의 소오스 즉, 도 1의 플로팅 확산 영역 (208)에 일시적으로 저장된다. 상기 제공된 신호 전하들에 의한 상기 소오스의 전위 변화 (이후, 입력 전압 (Vin)이라 칭함)가 첫 번째 단의 소오스 팔로워 (142)의 구동 트랜지스터 (M13)의 게이트에 인가된다. 상기 전위 변화의 파형 즉, 입력 전압 (Vin)과 출력 전압 (Vout)의 관계를 보여주는 파형이 도 5a에 도시되어 있다. 도 5b는 일반적인 경우 및 본 발명의 경우를 비교하여 위해 도 5a에서 출력 전압의 파형 부분을 확대한 도면이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 입력 전압 (Vin)의 레벨이 증가함에 따라 첫 번째 단 (142)의 구동 트랜지스터 (M13)의 소오스 즉, 출력 역시 입력 전압 (Vin)에 비례해서 증가한다. 두 번째 및 세 번째 단들 (144) 및 (146)의 구동 트랜지스터들 (M15) 및 (M17)의 각 소오스 단자의 전압 레벨 역시 앞서 설명된 바와 같이 그것의 입력 전압에 비례해서 증가된다. 그러므로, 출력 전압 (Vout)은 도 5a에 도시된 바와 같이 입력 전압 (Vin)에 비례해서 증가된다.
하지만, 전술한 회로 배열을 가지는 즉, 본 발명에 따른 로드 제어 전압 가변 회로 (148)를 구비하지 않은 일반적인 경우에 있어서, 입력 전압 (Vin)의 관점에서 출력 전압 (Vout)의 이득 즉, AC 이득이 본 발명에 비해서 상대적으로 낮다. 일반적인 소오스 팔로워 배열을 사용하는 경우, 로드 트랜지스터(들)가 일정하게 유지되는 로드 제어 전압 (Vg)에 의해서 제어되기 때문에, 상기 로드 트랜지스터(들)는 입력/출력 전압에 관계없이 대응하는 구동 트랜지스터(들)의 소오스 (예를 들면, 출력 단자)로부터 접지로 일정한 로드 전류를 흘려준다.
이와 반대로, 본 발명에 따른 출력 회로의 경우에 있어서, 전술한 바와 같이, 출력 전압 (Vout)은 입력 전압 (Vin)이 증가 (또는, 감소) (즉, AC 성분)할 때 그것에 비례해서 증가한다 (또는, 감소한다). 이때, 출력 단자 (141)에 연결된 본 발명의 로드 제어 전압 가변 회로 (148)가 동작한다.
상기 출력 단자 (141)의 전압 레벨이 일정하게 (DC 성분) 유지될 때, NMOS 트랜지스터 (M20)는 턴 오프된다. 그 결과, 다이오드 결선된 NMOS 트랜지스터 (M19)를 통해서 출력 단자 (147)의 전압으로 대략 전원 전압 (VDD)의 레벨로 일정하게 유지된다. 이때, 전압 커플링 커패시터 (C2)는 상기 출력 단자 (147)의 전압 레벨이 일정하게 (DC 성분) 유지되기 때문에 오픈 상태 (open state)로 유지된다. 이후, 입력 전압 (Vin)이, 도 5a에 도시된 바와 같이, 증가(또는, 감소)함에 따라 전술한 일련의 동작 (3-단 소오스 팔로워들)에 의해서 출력 단자 (141)의 전압 레벨 역시 증가한다 (감소한다).
그 다음에, NMOS 트랜지스터들 (M19) 및 (M20)으로 구성되는 인버터의 출력 단자 (147)는 대략 전원 전압 (VDD)에서 상기 가변하는 출력 단자 (141)의 전압 (Vout) 레벨에 따라 낮아진다. 이때, 전압 커플링 커패시터 (C2)는 가변하는 출력 단자 (147)의 전압 레벨에 의해서 단락 상태 (short state)가 된다. 저항 (R2)을 통해서 3단 소오스 팔로워들 (142), (144) 및 (146)의 로드 트랜지스터들 (M14), (M16) 및 (M18)의 게이트들에 인가되는 로드 제어 전압 (Vg)은 전압 커플링 커패시터 (C2) 및 NMOS 트랜지스터 (M20)를 통해서 흐르는 전류의 양만큼 낮아지고, 상기 로드 트랜지스터들 (M14), (M16) 및 (M18)을 통해서 흐르는 전류의 양이 감소되게 한다. 그러므로, 출력 회로 (300)의 출력 단자 (141)의 전압 레벨은, 도 5a에 도시된 바와 같이, 일반적인 경우에 비해서 상대적으로 높아진다. 즉, 소오스 팔로워 회로 (140)의 이득 (또는, AC 이득)이 일반적으로 사용되는 소오스 팔로워 회로 (도 4에서 148을 제외한 나머지 소오스 팔로워 회로)에 비해서 상대적으로 향상된다. 그러므로, 고감도 고체 촬상 장치가 구현될 수 있다.
상기한 바와 같이, 소오스 팔로워의 로드 트랜지스터에 인가되는 전압이 입력/출력 전압의 변화에 반대 방향으로 변화되도록 로드 제어 전압 가변부가 소오스 팔로워 회로에 제공된다. 그 결과, 입력 전압의 관점에서 출력 전압의 이득이 개선된다. 그러한 소오스 팔로워 회로를 고체 촬상 장치의 출력 회로에 적용하면, 고집적화에 따른 촬상 소자의 감소에도 불구하고 고감도 고체 촬상 장치가 구현 가능하다.
Claims (8)
- 정보 전압 신호를 주기적으로 발생하는 전하 결합 장치와;제어 단자 및 일단이 제 1 전원에 연결되는 전류 통로를 가지는 트랜지스터, 상기 트랜지스터의 제어 단자에 연결되고 상기 정보 전압 신호를 받아들이는 입력 단자, 상기 트랜지스터의 전류 통로의 타단과 제 2 전원 사이에 연결되고 정격 전류 바이어스 전압에 비례하는 정격 전류를 가지는 전류원, 그리고 상기 트랜지스터의 전류 통로의 상기 타단에 연결되고 증폭된 정보 전압 신호를 출력하는 출력 단자를 가지는 전압 증폭 회로 및;상기 증폭된 정보 전압 신호에 기초하여 상기 정격 전류 바이어스 전압을 제어함으로써 상기 전압 증폭 회로의 전압 이득을 가변시키는 수단을 포함하는 고체 촬상 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 전하 결합 장치는,정보 전하들을 수평적으로 전달하는 전하 전달 회로 및;상기 전하 전달 회로로부터 공급된 상기 정보 전하들을 저장하여 상기 저장된 정보 전하들에 상응하는 상기 정보 전압 신호를 발생하는 플로팅 확산 영역을 가지며, 리셋 제어 신호에 응답해서 상기 플로팅 확산 영역을 리셋하는 리셋 회로를 포함하는 고체 촬상 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 전압 증폭 회로는, 소오스 팔로워 회로를 포함하는 고체 촬상 장치.
- 제 1 항에 있어서,상기 증폭 회로는, 저항이 상기 정격 전류 바이어스 전압에 따라 변하는 액티브 로드로서 동작하는 전계 효과 트랜지스터를 포함하는 고체 촬상 장치.
- 정보 전압 신호를 주기적으로 발생하는 전하 결합 장치와;a) 상기 정보 전압 신호를 받아들이는 입력 단자, b) 정격 전류 바이어스 전압에 비례하는 정격 전류를 가지는 전류원, c) 제 1 전원 전압에 연결된 드레인, 상기 전류원과 제 2 전원 전압 사이에 연결된 소오스 그리고 상기 입력 단자에 연결된 게이트, d) 증폭된 정보 전압 신호를 출력하는 출력 단자를 가지는 소오스 팔로워 증폭 회로 및;상기 정보 전압의 발생 동안에 상기 전류원의 정격 전류가 변화되도록 상기 증폭된 정보 전압 신호를 사용하여 상기 정격 전류 바이어스 전압을 가변시키는 수단을 포함하는 고체 촬상 장치.
- 제 5 항에 있어서,정격 전류가 상기 정격 전류 바이어스 전압에 의해서 제어되는 적어도 하나의 소오스 팔로워 회로를 부가적으로 포함하며, 상기 소오스 팔로워 회로들은 상기 입력 및 출력 단자들 사이에 직렬로 연결되는 고체 촬상 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 정격 전류 바이어스 전압을 가변시키는 수단은, 상기 제 1 전원 전압에 연결된 액티브 로드 트랜지스터, 상기 액티브 로드 트랜지스터와 상기 제 2 전원 전압 사이에 연결되며 상기 출력 단자에 연결된 제어 단자를 가지는 스위칭 트랜지스터, 그리고 상기 액티브 로드 및 스위칭 트랜지스터들의 접속점과 상기 입력 단자 사이에 연결된 커플링 커패시터를 포함하는 고체 촬상 장치.
- 제 5 항에 있어서,상기 전하 결합 장치는,정보 전하들을 수평적으로 전달하는 전하 전달 회로 및;상기 전하 전달 회로로부터 공급된 상기 정보 전하들을 저장하여 상기 저장된 정보 전하들에 상응하는 상기 정보 전압 신호를 발생하는 플로팅 확산 영역을 가지며, 리셋 제어 신호에 응답해서 상기 플로팅 확산 영역을 리셋하는 리셋 회로를 포함하는 고체 촬상 장치.
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