KR100719189B1

KR100719189B1 - 반도체 장치 및 카메라

Info

Publication number: KR100719189B1
Application number: KR1020050068739A
Authority: KR
Inventors: 료이치 나가요시
Original assignee: 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2005-07-28
Publication date: 2007-05-16
Also published as: KR20060066612A; JP4520241B2; US20060022708A1; EP1622259A1; JP2006042139A; US7274224B2

Abstract

본 발명은 소스 폴로워 앰프 전단(全段)으로서, 적응적으로 대역을 넓히거나 좁히거나, 소비 전류를 증가시키거나 감소시키거나 하는 것이 가능한 반도체 장치를 제공한다.

반도체 장치는, 로드 트랜지스터(L1)와, 이 로드 트랜지스터(L1)에 접속되어, 입력 신호에 따라서 로드 트랜지스터(L1)를 구동하는 드라이브 트랜지스터(D1)로 이루어지는 소스 폴로워 앰프를 갖고, 로드 트랜지스터(L1)의 게이트에는, 가변의 바이어스 전압이 인가된다. 또, 반도체 장치(1)는, 또한 부하 회로(로드 트랜지스터(L2))와, 이 로드 트랜지스터(L2)에 접속되어, 드라이브 트랜지스터(D1)의 출력에 따라서 로드 트랜지스터(L2)를 구동하는 드라이브 트랜지스터(D2)로 이루어지는 종단의 제2 소스 폴로워 앰프를 갖고, 로드 트랜지스터(L2)의 게이트에는, 로드 트랜지스터(L2)의 저항값을 변화시키기 위한 가변의 바이어스 전압이 인가된다.

Description

반도체 장치 및 카메라{SEMICONDUCTOR DEVICE AND CAMERA}

도 1은, 종래의 반도체 장치를 도시하는 회로도,

도 2는, 도 1에 도시되는 반도체 장치(900)의 2단째와 3단째의 로드 트랜지스터의 게이트 바이어스(LG)를 -5∼0V까지 변화시킨 경우의 출력을 도시하는 도면,

도 3은, 도 1에 도시되는 반도체 장치(900)의 2단째 소비 전류를 도시하는 도면,

도 4는, 도 1에 도시되는 반도체 장치(900)의 3단째 소비 전류를 도시하는 도면,

도 5는, 도 1에 도시되는 반도체 장치(900)의 3㏈ 다운 주파수를 도시하는 도면,

도 6은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 반도체 장치의 구성을 도시하는 회로도,

도 7은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 반도체 장치의 구성을 도시하는 회로도,

도 8은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 반도체 장치의 변형예의 구성을 도시하는 회로도,

도 9는, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 반도체 장치의 구성을 도시하는 회로 도,

도 10은, 도 9에 도시되는 저항(R1)의 구성예를 도시하는 회로도,

도 11은, 도 9에 도시되는 저항(R1)의 다른 구성예를 도시하는 회로도,

도 12는, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 반도체 장치의 구성을 도시하는 회로도,

도 13은, 상술한 실시 형태 1∼4의 반도체 장치를 이용한 카메라의 구성을 도시하는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1, 2, 3, 4, 5 : 반도체 장치 10 : 주변 회로

11 : 정전류 회로 12 : 셀렉터

D1, D2 : 드라이브 트랜지스터

L1, L2, L2a, L2b : 로드 트랜지스터

LG, LG1, LG2, LGa, LGb : 바이어스 전압

SW1∼SWn : 스위치 트랜지스터

Q1 : 바이폴라 트랜지스터 R1 : 저항

r1∼rn : 저항 소자

본 발명은, 고체 촬상 소자의 앰프 장치 등에 알맞은 소스 폴로워 앰프를 갖 는 반도체 장치 및 카메라에 관한 것이다.

최근, 휴대 전화기 등의 휴대 단말 장치에서는, CCD 이미지 센서나, MOS 이미지 센서 등에 의해 구성되는 디지털 카메라가 탑재되어 있고, 이 디지털 카메라에 의해, 정지화상이나 동화상을 촬영할 수 있게 되어 있다. 이 경우, 동화상 촬영시의 화소 신호에 대해서는, 복수의 화상을 연속적으로 촬영하기 위해서 그 화소 신호의 주파수를 높게 하는 것이 요구되지만, 정지화상 촬영시에 있어서는, 그 화소 신호의 주파수는 낮아도 된다. 그 때문에, 예를 들면, 동일 CCD에서 구동 주파수를 가변으로 하는 경우에, 앰프 노이즈와 소비 전력의 관점에서 소스 폴로워 앰프에서의 주파수 대역폭을 필요한 최소한으로 억제하는 것이 바람직하다. 이 때문에, 최종단을 포함하는 후단의 로드 트랜지스터의 게이트 전극에 인가하는 바이어스를 가변으로 함으로써 컨덕턴스를 변화시켜, 주파수 대역폭을 조정하는 반도체 장치가 종래로부터 생각되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1).

도 1은, 종래의 반도체 장치를 도시하는 회로도이다.

도 1에 도시되는 바와 같이, 종래의 반도체 장치(900)는, 3단의 소스 폴로워 앰프로 구성된다. 1단째(초단) 소스 폴로워 앰프는, 드라이브 트랜지스터(D1)와, 로드 트랜지스터(L1)로 구성되고, 2단째(종단의 1개 앞의 단) 소스 폴로워 앰프는, 드라이브 트랜지스터(D2)와, 로드 트랜지스터(L2)로 구성되고, 3단째(종단) 소스 폴로워 앰프는, 드라이브 트랜지스터(D3)와, 로드 트랜지스터(L3)로 구성된다. 또한, 이들 드라이브 트랜지스터(D1, D2, D3) 및 로드 트랜지스터(L1, L2, L3)는, MOS 트랜지스터로 구성된다.

각 단 소스 폴로워 앰프에서의 드라이브 트랜지스터(D1, D2, D3)의 드레인은, 전원 공급 단자(VDD)에 각각 접속된다. 또, 각 단 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트랜지스터(L1, L2, L3)의 소스는, 접지 단자(GND)에 각각 접속된다.

1단째 소스 폴로워 앰프에서의 드라이브 트랜지스터(D1)의 소스는, 로드 트랜지스터(L1)의 드레인에 접속되는 동시에, 2단째 소스 폴로워 앰프에서의 드라이브 트랜지스터(D2)의 게이트에 접속된다. 드라이브 트랜지스터(D1)의 게이트는, 동화상 촬영시 및 정지화상 촬영시에 있어서의 화소 신호가 입력되는 입력 단자(Vin)에 접속된다.

2단째 소스 폴로워 앰프에서의 드라이브 트랜지스터(D2)의 소스는, 로드 트랜지스터(L2)의 드레인과 접속되는 동시에, 3단째 소스 폴로워 앰프에서의 드라이브 트랜지스터(D3)의 게이트에 접속된다.

3단째 소스 폴로워 앰프에서의 드라이브 트랜지스터(D3)의 소스는, 로드 트랜지스터(L3)의 드레인과 접속되는 동시에, 신호를 외부로 추출하기 위해서 출력 단자(Vout)에 접속된다.

또, 1단째 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트랜지스터(L1)의 게이트는, 접지 단자(GND)에 접속된다. 이것에 대해서, 2단째, 3단째 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트랜지스터(L2, L3)의 게이트에는, 입력 단자(Vin)에 입력되는 신호의 주파수 대역에 따른 가변의 바이어스 전압(LG)이 공통으로 인가된다. 이것에 의해, 소비 전력과 대역을 연속적으로 변경할 수 있게 되어 있다.

여기에서, 1단 소스 폴로워 앰프에서, 드라이브 트랜지스터(D)의 이동도를 μD, 게이트 폭을 WD, 게이트 길이를 LD, 게이트 용량을 CoxD, 임계값 전압을 VtD, 입력 전압을 Vi, 출력 전압을 Vo로 하면, 드라이브 트랜지스터(D)의 상호 컨덕턴스(gmD)는, (1)식으로 표현된다.

gmD = μD·CoxD·(WD/LD)·(Vi-Vo-VtD) …(1)

또, 소스 폴로워 앰프의 출력의 부하 용량을 C로 하면, 증폭율이 직류 성분의 증폭율과 비교하여 3㏈ 저하하는 주파수로서 정의되는 대역(ft)은, (2)식으로 표현된다.

ft = 2·π·gmD/C …(2)

또한, 부하 용량(C)은, 다음단 드라이브 트랜지스터 입력 용량이나, 배선 용량 등으로 이루어져 있다. 또, 최종단은 외부 회로와 접속되기 때문에, 타단보다 부하 용량이 커진다.

또, 로드 트랜지스터(L)의 이동도를 μL, 게이트 폭을 WL, 게이트 길이를 LL, 게이트 용량을 CoxL, 임계값 전압을 VtL, 게이트 소스간의 전압을 VgsL로 하면, 소비 전류(I)는, 정전류원으로서 기능하고 있는 로드 트랜지스터(L)에 의해 결정되며, (3)식으로 표현된다.

I = (1/2)·μL·CoxL·(WL/LL)·(VgsL-VtL)² …(3)

또, 드라이브 트랜지스터(D)의 백 게이트의 상호 컨덕턴스를 gmb, 드라이브 트랜지스터(D)의 컨덕턴스를 gdsD, 로드 트랜지스터(L)의 컨덕턴스를 gdsL로 하면, 게인(G)은, (4)식으로 표현된다.

G = gmD/(gmD+gmb+gdsD+gdsL) …(4)

또한, (4)식에 (1)식, (3)식을 대입할 때에, 분모의 WD의 계수를 a, WL의 계수를 b, 분자의 WD의 계수를 c로 하면, 게인(G)은, (5)식으로 나타낼 수 있다.

G = (c·WD)/(a·WD+b·WL) …(5)

또, 소스 폴로워 앰프의 출력 전압(Vo)의 동작점은, 드라이브 트랜지스터(D)와 로드 트랜지스터(L)의 저항비로 결정된다.

일반적으로, 소스 폴로워 앰프는, 출력 임피던스 저감을 위해서, 출력 신호의 외부 추출부에 몇 단인가 겹쳐서 이용된다.

이와 같은 다단 소스 폴로워 앰프에서는, 가장 앞단으로부터 순차적으로 드라이브 트랜지스터(D)의 WD/LD를 크게 하는 것에 의해 (1)식에 나타내는 gmD를 크게 함으로써, 후단으로 갈수록 부하 용량이 커진다는 사실에 대해서, (2)식에 나타내는 대역이 거의 일정하게 되도록 한다(대역 일정화 기술).

단, 그 경우에는, 드라이브 트랜지스터(D)의 WD/LD만 커지면, 동작점이 어긋나기 때문에, 로드 트랜지스터(L)의 WL/LL도 증가시키므로, (3)식보다도 소비 전류가 증가한다. 또, 소비 전류는 후단으로 갈수록 커져 간다.

따라서, 정지화상을 촬상하는 경우에는, 여분인 전류는 후단 부근에서 절약하는 것이 효율적이다.

그런데, 소비 전류를 저감하는 방법의 하나로서, 후단의 로드 트랜지스터의 게이트 바이어스를 가변으로 함으로써, 소비 전류와 대역을 조절하는 방법이 있다.

소비 전류는, (3)식에 따라서 게이트 바이어스에 의해 변경할 수 있는 것을 알 수 있다. 대역은, 전류가 변화하면 소스 폴로워 앰프의 출력의 동작점(Vo)이 변화하여, 상호 컨덕턴스가 변화하기 때문에, (2)식으로부터 변경할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 경우에는, 게인과 동작점도 변화하기 때문에, 양자의 변화가 허용 범위 내에서 가변이 되지만, 뒤에 도 2∼도 5에서 나타내는 바와 같이 이 변화는 작기 때문에, 상당히 넓은 범위에 걸쳐서 가변이 된다. 또, 선형성에 관해서는, 동작점이 너무 낮거나 너무 높으면, 입출력 특성의 선형 영역이 감소하지만, 다단 앰프의 동작점은 일반적으로 후단으로 갈수록 낮아지기 때문에, 후단 근처의 로드 트랜지스터 게이트를 가변으로 한 경우에, 동작점이 높은 쪽의 선형성의 리미트를 고려할 필요는 없다. 낮은 쪽의 리미트는, 전술한 바와 같이 동작점의 변화가 작기 때문에, 상당히 넓은 범위에서 가변할 수 있다. 이 때문에, 3단 소스 폴로워 앰프로서 대역을 저하시킨 경우에는, 같은 대역의 앰프를 2단으로 구성하는 것보다도 소비 전류를 작게 할 수 있다.

이것은, 3단으로 하면, 최후단이 아닌 2단째의 부하 용량이 작아지기(최후단의 부하 용량은 외부 용량이 되기 때문에 크다) 때문에, 2단째의 소비 전류를 작게 할 수 있는 것에 의한다.

또한, 3단째의 드라이브 트랜지스터의 상호 컨덕턴스가, 대역 일정화 기술의 기재 내용으로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 2단째의 드라이브 트랜지스터보다도 큰 것, 즉, 전술한 (2)식에서 결정되는 대역이 2단으로 구성한 경우보다도 커짐으로써, 그 여유분 소비 전류를 작게 할 수 있기 때문이다.

여기에서, 종래의 반도체 장치(900)의 특성을 검증한다. 각 트랜지스터의 게이트 폭(㎛)/게이트 길이(㎛)는, 드라이브 트랜지스터에 대해서는 1단째로부터 8/4, 80/4 및 800/4.5, 로드 트랜지스터에 대해서는 1단째로부터 10/26, 110/10, 및 150/10이다.

2단째와 3단째의 로드 트랜지스터의 게이트 바이어스(LG)를 -5∼0V까지 변화시킨 경우의 출력을 도 2에, 2단째 소비 전류를 도 3에, 3단째 소비 전류를 도 4에, 3㏈ 다운 주파수를 도 5에 나타낸다.

3㏈ 다운 주파수는, 도 5을 참조하면, -5V일 때에 43㎒이고, 0V일 때에 145㎒이다. 그 때 소비 전류는 각각, 1㎃, 10㎃로 되어 있다. 게인이나 동작점의 변동은, 허용 범위이다. 또, 2단의 소스 폴로워 앰프의 특성과 비교하면, 동일 대역에서 소비 전류가 5㎃에서 1㎃로 저감하고 있는 것을 알 수 있다.

(특허문헌 1) 일본 특허 제2795314호 공보(제1-10페이지, 제5도)

그런데, 최근에는 이미지 센서의 고화소화가 진행되어, 고화소수에서의 동화상 촬영 등에 의해 화소 신호의 주파수가 더욱 높아지고 있다.

그러나, 종래의 반도체 장치에서는, 후단 소스 폴로워 앰프에서의 대역 및 소비 전류의 조정을 행할 수 있지만, 초단 소스 폴로워 앰프의 대역을 변화시키거나, 소비 전류를 변화시킬 수 없기 때문에, 소스 폴로워 앰프 전단(全段)에서의 대역 및 소비 전류의 조정을 행할 수 없다. 이 결과, 초단 소스 폴로워 앰프의 대역을 통상의 동화상 촬영에 맞추어 두면, 고화소수에서의 동화상 촬영 등으로 화소 신호의 주파수가 더욱 높아지는 것과 같은 경우, 이 화소 신호를 정상으로 전송할 수 없다. 이 반대로, 초단 소스 폴로워 앰프의 대역이 고화소수에서의 동화상 촬 영 등의 높은 주파수에 맞추어 두면, 통상의 동화상 촬영시나, 정지화상 촬영시에 있어서의 초단 소스 폴로워 앰프에서의 소비 전류의 낭비가 많다.

즉, 종래의 반도체 장치에서는, 소스 폴로워 앰프 전단으로서, 적응적으로 대역을 넓히거나 좁히거나, 소비 전류를 증가시키거나 감소시키거나 할 수 없다는 문제가 있다.

그래서, 상술한 기술적 과제를 해결하여, 소스 폴로워 앰프 전단으로서, 적응적으로 대역을 넓히거나 좁히거나, 소비 전류를 증가시키거나 감소시키거나 하는 것이 가능한 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 제1 로드 트랜지스터와, 상기 제1 로드 트랜지스터에 접속되어, 상기 제1 로드 트랜지스터를 입력 신호에 따라서 구동하는 제1 드라이브 트랜지스터로 이루어지는 초단 소스 폴로워 앰프와, 부하 회로와, 상기 부하 회로에 접속되어, 상기 제1 드라이브 트랜지스터의 출력에 따라서 상기 부하 회로를 구동하기 위한 제2 드라이브 트랜지스터로 이루어지는 종단 소스 폴로워 앰프를 구비하며, 상기 제1 로드 트랜지스터의 게이트에는, 가변의 바이어스 전압이 인가되고, 상기 부하 회로에는, 상기 부하 회로의 동작 저항값을 변화시키기 위한 가변의 제어 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 소스 폴로워 앰프 전단으로서, 적응적으로 대역을 넓히거나 좁히거나, 소비 전류를 증가시키거나 감소시키거나 하는 것이 가능해진다.

또, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 상기 부하 회로는, 제2 로드 트랜지스터이고, 상기 제2 로드 트랜지스터의 게이트에는, 상기 제2 로드 트랜지스터의 저항값을 변화시키기 위한 가변의 바이어스 전압이 인가되는 것을 특징으로 할 수 있다. 또, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 상기 부하 회로는, 병렬 접속되는 복수의 제2 로드 트랜지스터이고, 상기 각 제2 로드 트랜지스터의 게이트에는, 상기 제2 로드 트랜지스터의 저항값을 변화시키기 위한 가변의 바이어스 전압이 각각 인가되는 것을 특징으로 할 수도 있다.

이것에 의해, 각 제2 로드 트랜지스터의 일부의 ON/OFF로 전류를 증가시킬 수 있기 때문에, 예를 들면 각 제2 로드 트랜지스터의 바이어스 전압이 같다고 하면, 각 제2 로드 트랜지스터에 대해서는 드레인 컨덕턴스는 증대하지 않고, 게인 저하를 적게 할 수 있다. 또, 일부의 제2 로드 트랜지스터의 바이어스 전압을 고정으로 하고, 나머지의 제2 로드 트랜지스터의 바이어스 전압을 가변으로 함으로써, 다양한 주파수 대역에 대응할 수 있다. 또, 2개의 제2 로드 트랜지스터의 트랜지스터 사이즈를 다르게 설정하면, 각 바이어스 전압의 ON/OFF의 조합에 의해, 주파수 대역폭의 4값 전환이 가능하다. 또, 각 바이어스 전압의 상승/하강에 의해 그 이상도 가능하다.

또, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 상기 부하 회로는, 병렬 접속되는 제2 로드 트랜지스터 및 정전류 회로이고, 상기 제2 로드 트랜지스터의 게이트에는, 상기 제2 로드 트랜지스터의 저항값을 변화시키기 위한 가변의 바이어스 전압이 인가되며, 상기 정전류 회로에는, 상기 정전류 회로의 동작 저항값을 변화시키 기 위한 가변의 제어 전압이 인가되는 것을 특징으로 할 수도 있다.

이것에 의해, 정전류 회로의 정전류성이 좋기 때문에, 내장 로드 트랜지스터보다도 컨덕턴스 증대폭이 억제되어, 게인 저하를 적게 할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 상기 정전류 회로는, 반도체 장치의 외부에 설치되는 것을 특징으로 할 수도 있다.

또, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 상기 정전류 회로는, 정전류 소자와, 상기 정전류 소자에 접속되는 저항으로 이루어지고, 상기 정전류 소자에는, 상기 정전류 회로의 동작 저항값을 변화시키기 위한 가변의 제어 전압이 인가되는 것을 특징으로 할 수도 있다.

또, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 상기 정전류 소자는, 바이폴라 트랜지스터인 것을 특징으로 할 수도 있다.

또, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 상기 정전류 소자는, MOS 트랜지스터인 것을 특징으로 할 수도 있다.

또, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 상기 저항은, 복수의 저항 소자로 구성되고, 상기 각 저항 소자 중 어느 하나를 선택함으로써 저항값을 변화시키는 것을 특징으로 할 수도 있다.

또, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 상기 부하 회로는, 정전류 회로이고, 상기 정전류 회로에는, 상기 정전류 회로의 동작 저항값을 변화시키기 위한 가변의 제어 전압이 인가되는 것을 특징으로 할 수 있다.

이것에 의해서도, 정전류 회로의 정전류성이 좋기 때문에, 내장 로드 트랜지 스터보다도 컨덕턴스 증대폭이 억제되어, 게인 저하를 적게 할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 반도체 장치에서는, 상기 초단 소스 폴로워 앰프와 상기 종단 소스 폴로워의 사이에 배치되어, 상기 제1 드라이브 트랜지스터의 출력에 따라서 상기 종단 소스 폴로워를 구동하는 소스 폴로워 앰프를 더 구비하는 것을 특징으로 할 수도 있다.

또한, 상기에 기재한 반도체 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라로서 구성해도 된다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 이용하게 상세하게 설명한다.

(실시 형태 1)

도 6은, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 반도체 장치의 구성을 도시하는 회로도이다. 또한, 상기 도면에서, 종래예와 동일 혹은 같은 부분에는, 동일 부호가 붙여져 있다.

도 6에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시 형태 1에 따른 반도체 장치(1)는, 2단의 소스 폴로워 앰프로 구성된다.

1단째(초단) 소스 폴로워 앰프는, 드라이브 트랜지스터(D1)와, 로드 트랜지스터(L1)로 구성되고, 제2단(종단) 소스 폴로워 앰프는, 드라이브 트랜지스터(D2)와, 로드 트랜지스터(L2)로 구성된다. 또한, 이들의 드라이브 트랜지스터(D1, D2) 및 로드 트랜지스터(L1, L2)는, MOS 트랜지스터로 구성된다.

각 단 소스 폴로워 앰프에서의 드라이브 트랜지스터(D1, D2)의 드레인은, 전원 공급 단자(VDD)에 각각 접속된다. 또, 각 단 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트 랜지스터(L1, L2)의 소스는, 접지 단자(GND)에 각각 접속된다.

2단째 소스 폴로워 앰프에서의 드라이브 트랜지스터(D2)의 소스는, 로드 트랜지스터(L2)의 드레인과 접속되는 동시에, 출력 단자(Vout)에 접속된다.

로드 트랜지스터(L1)의 게이트에는, 입력 단자(Vin)에 입력되는 신호의 주파수 대역에 따른 가변의 바이어스 전압(LG1)이 인가된다. 또한, 로드 트랜지스터(L2)의 게이트에는, 입력 단자(Vin)에 입력되는 신호의 주파수 대역에 따른 가변의 바이어스 전압(LG2)이 인가된다. 이 바이어스 전압(LG1, LG2)에 의해, 소비 전력과 대역을 연속적으로 변경할 수 있게 되어 있다.

즉, 이 반도체 장치(1)를 종래의 반도체 장치(900)와 비교하면, 소스 폴로워 앰프가 3단으로부터 2단으로 변경되었을 뿐만 아니라, 초단 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트랜지스터의 바이어스 전압(LG1)이 가변이고, 또한 초단과 2단째 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트랜지스터(L1, L2)의 바이어스 전압(LG1, LG2)이 개별적으로 가변인 점이 크게 다르다. 또한, 이 바이어스 전압(LG1, LG2)은, 반도체 장치(1) 외부에서 생성하여 인가해도 되고, 반도체 장치(1) 내부에서 생성하여 인가해도 된다.

이 때문에, 본 반도체 장치(1)에 의하면, 후단 소스 폴로워 앰프에서의 대역 및 소비 전류의 조정뿐만 아니라, 초단 소스 폴로워 앰프에 대해서도 대역을 변화시키거나, 소비 전류를 변화시킬 수 있고, 소스 폴로워 앰프 전단에서의 대역 및 소비 전류의 조정을 행할 수 있다.

즉, 고화소수에서의 동화상 촬영 등으로 화소 신호의 주파수가 더욱 높아지는 것과 같은 경우, 바이어스 전압(LG1, LG2)을 상승시키고, 로드 트랜지스터(L1, L2)의 상호 컨덕턴스를 크게 하여, 1단째 및 2단째 소스 폴로워 앰프의 대역 및 소비 전류를 상승시킨다. 또, 통상의 동화상 촬영시에는, 그 동화상의 주파수에 맞추어 바이어스 전압(LG1, LG2)을 하강시키고, 로드 트랜지스터(L1, L2)의 상호 컨덕턴스를 작게 하여, 1단째 및 2단번째 소스 폴로워 앰프의 대역 및 소비 전류를 하강시킨다. 또한, 정지화상 촬영시에는, 그 정지화상의 전송 주파수에 맞추어 바이어스 전압(LG1, LG2)을 더 하강시키고, 로드 트랜지스터(L1, L2)의 상호 컨덕턴스를 더욱 작게 하여, 1단째 및 2단째 소스 폴로워 앰프의 대역 및 소비 전류를 더 하강시킨다. 또한, LG1≥LG2인 것이 바람직하다.

따라서, 반도체 장치(1)에 의하면, 종래와 같이 화소 신호를 정상으로 전송할 수 없는 것과 같은 사태의 발생이나, 통상의 동화상 촬영시나, 정지화상 촬영시에 있어서의 초단 소스 폴로워 앰프에서의 소비 전류의 낭비의 발생을 방지할 수 있고, 바이어스 전압(LG1, LG2)을 적절히 변화시킴으로써, 소스 폴로워 앰프 전단으로서, 적응적으로 대역을 넓히거나 좁히거나, 소비 전류를 증가시키거나 감소시키거나 할 수 있다.

또한, 상기 실시 형태 1에서는, 로드 트랜지스터(L1과 L2)의 바이어스 전압을 개별적으로 가변할 수 있도록 하였지만, 로드 트랜지스터(L1, L2)의 상승 하강의 경향이 같기 때문에, 바이어스 전압 공통으로 가변할 수 있도록 해도 된다.

또, 상기 실시 형태 1에서는 반도체 장치(1)를 2단의 소스 폴로워 앰프로 구성하였지만 1단의 소스 폴로워 앰프로 구성해도 되고, 3단 이상의 소스 폴로워 앰프로 구성해도 된다.

(실시 형태 2)

이어서, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 반도체 장치에 대해서 설명한다.

도 7은, 본 발명의 실시 형태 2에 따른 반도체 장치의 구성을 도시하는 회로도이다. 또한, 상기 도면에서, 종래예 및 실시 형태 1과 동일 혹은 같은 부분에는, 동일 번호가 붙여져 있다.

이 실시 형태 2의 반도체 장치(2)가 실시 형태 1과 상이한 점은, 2단째 소스 폴로워형 앰프의 로드 트랜지스터가 복수(도시 2개)개로 구성되어 있는 점에 있다. 즉, 제2단(종단) 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트랜지스터가 로드 트랜지스터(L2a)와, 이 로드 트랜지스터(L2a)에 병렬로 접속되는 로드 트랜지스터(L2b)로 구성된다.

즉, 도 7에 도시되는 바와 같이, 반도체 장치(2)는, 2단의 소스 폴로워 앰프와, 2단째 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트랜지스터(L2a)에 병렬로 접속되는 로드 트랜지스터(L2b)로 구성된다.

1단째(초단) 소스 폴로워 앰프는, 드라이브 트랜지스터(D1)와, 로드 트랜지 스터(L1)로 구성되고, 2단째 소스 폴로워 앰프는, 드라이브 트랜지스터(D2)와, 로드 트랜지스터(L2a, L2b)로 구성된다.

각 단 소스 폴로워 앰프에서의 드라이브 트랜지스터(D1, D2)의 드레인은, 전원 공급 단자(VDD)에 각각 접속된다. 또, 각 단 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트랜지스터(L1, L2a, L2b)의 소스는, 접지 단자(GND)에 각각 접속된다.

2단째 소스 폴로워 앰프에서의 드라이브 트랜지스터(D2)의 소스는, 로드 트랜지스터(L2a, L2b)의 드레인과 각각 접속되는 동시에, 신호를 외부로 추출하기 위한 출력 단자(Vout)에 접속된다.

로드 트랜지스터(L1, L2a)의 게이트에는, 입력 단자(Vin)에 입력되는 신호의 주파수 대역에 따른 가변의 바이어스 전압(LGa)이 인가된다. 또, 로드 트랜지스터(L2b)의 게이트에는, 입력 단자(Vin)에 입력되는 신호의 주파수 대역에 따른 가변의 바이어스 전압(LGb)이 인가된다.

즉, 이 실시 형태 2의 반도체 장치(2)가 종래예와 다른 점은, 소스 폴로워 앰프가 2단이고, 2단째 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트랜지스터(L2a)에 병렬로 접속되는 로드 트랜지스터(L2b)를 구비하고, 초단과 2단째 소스 폴로워 앰프에서의 로드 트랜지스터(L1, L2a)의 바이어스 전압(LGa)이 공통으로 가변이고, 로드 트랜지스터(L2b)의 바이어스 전압이 초단 및 2단째의 로드 트랜지스터의 바이어스 전압과 독립적으로(개별적으로) 가변인 것이다.

이 때문에, 본 반도체 장치 2에 의하면, 후단 소스 폴로워 앰프에서의 대역 및 소비 전류의 조정뿐만 아니라, 초단 소스 폴로워 앰프에 대해서도 대역을 변화시키거나, 소비 전류를 변화시킬 수 있고, 소스 폴로워 앰프 전단에서의 대역 및 소비 전류의 조정을 행할 수 있다.

또한, 로드 트랜지스터(L2a, L2b)의 상호 컨덕턴스를 변경하지 않고 2단째 소스 폴로워 앰프의 소비 전류를 변화시킬 수 있고, 로드 트랜지스터(L2a, L2b)의 합성 저항을 작게 할 수 있기 때문에, 종래예보다도 게인의 저하가 적은 채로, 신호의 하강 특성을 개선할 수 있다는 별도의 효과를 얻을 수도 있다.

또한, 실시 형태 2에서는, 로드 트랜지스터(L1, L2a)의 게이트에는, 가변의 바이어스 전압(LGa)이 공통으로 인가되어 있었지만, 도 8에 도시되는 바와 같이, 로드 트랜지스터(L1)의 게이트에 가변의 바이어스 전압(LG1)을, 로드 트랜지스터(L2a)의 게이트에 가변의 바이어스 전압(LGa)를, 각각 개별적으로 인가하도록 하여, 반도체 장치(3)를 구성해도 된다. 이것에 의해, 소스 폴로워 앰프 전단에서의 대역 및 소비 전류의 조정이나, 신호의 상승 특성의 개선을 치밀하게 행할 수 있다.

(실시 형태 3)

이어서, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 반도체 장치에 대해서 설명한다.

도 9는, 본 발명의 실시 형태 3에 따른 반도체 장치의 구성을 도시하는 회로도이다. 또한, 상기 도면에서, 종래예 및 실시 형태 1, 2와 동일 혹은 같은 부분에는, 동일 번호가 붙여져 있다.

여기에서, 실시 형태 2에서는, 내장된 로드 트랜지스터(L2b)에 의해 드라이브 트랜지스터(D2)에 대한 부하를 조정하고 있었지만, 이 실시 형태 3에 따른 반도체 장치(4)에서는, 이 반도체 장치(3)의 출력 외부에 접속되는 주변 회로(10)의 정전류 회로(11)를 이용하여 전체로서 드라이브 트랜지스터(D2)에 대한 부하를 조정할 수 있도록 하고 있다.

즉, 반도체 장치(4)는, 반도체 장치(1)와 동일하게, 2단의 소스 폴로워 앰프로 구성되어 있다.

한편, 주변 회로(10)의 정전류 회로(11)는, 바이폴라 트랜지스터(Q1)와, 저항(R1)으로 구성된다. 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 컬렉터는, 입력 단자(Cin)를 통해서, 출력 단자(Vout)에 접속된다. 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 이미터는 저항(R1)의 한쪽 단에 접속된다. 저항(R1)의 다른쪽 단은 접지된다. 바이폴라 트랜지스터(Q1)의 베이스에는, 제어 전압(Vcont)이 인가된다.

이 때문에, 본 반도체 장치(4)에 의하면, 바이어스 전압(LG) 및 제어 전압(Vcont)을 가변함으로써, 후단 소스 폴로워 앰프에서의 대역 및 소비 전류의 조정뿐만 아니라, 초단 소스 폴로워 앰프에 대해서도 대역을 변화시키거나, 소비 전류를 변화시킬 수 있고, 소스 폴로워 앰프 전단에서의 대역 및 소비 전류의 조정을 행할 수 있다.

또한, 로드 트랜지스터(L2a)의 상호 컨덕턴스를 변경하지 않고 2단째 소스 폴로워 앰프의 소비 전류를 변화시킬 수 있고, 로드 트랜지스터(L2a) 및 정전류 회로(11)의 합성 저항을 더욱 작게 할 수 있기 때문에, 신호의 상승 특성을 더욱 개선할 수 있다는 별도의 효과를 얻을 수도 있다.

여기에서, 정전류 회로(11)의 저항(R1)의 값을 가변으로 하여, 정전류 회로(11)의 합성 저항을 변화시키도록 해도 된다.

이 경우, 저항(R1)을, 도 10에 도시되는 바와 같이, n개의 저항 소자(r1, r2, …, rn)와, n개의 스위치 트랜지스터(SW1, SW2, …, SWn)로 구성하여, 스위치 트랜지스터(SW1, SW2, …, SWn)를 적절히 ON시킴으로써 저항값을 변화시키도록 해도 된다.

또, 도 11에 도시되는 바와 같이, 저항(R1)을 n개의 저항 소자(r1, r2, …, rn)와, 셀렉터(12)로 구성하여, 적절히 저항 소자(r1, r2, …, rn)를 선택함으로써 저항값을 변화시키도록 해도 된다.

이 경우에는, 제어 전압(Vcont)의 값을 일정하게 하고 있어도, 저항(R1)의 값을 변화시킴으로써, 후단 소스 폴로워 앰프에서의 대역 및 소비 전류의 조정뿐만 아니라, 초단 소스 폴로워 앰프에 대해서도 대역을 변화시키거나, 소비 전류를 변화시킬 수 있고, 소스 폴로워 앰프 전단에서의 대역 및 소비 전류의 조정을 행할 수 있다. 또한, 로드 트랜지스터(L2a)의 상호 컨덕턴스를 변경하지 않고 2단째 소스 폴로워 앰프의 소비 전류를 변화시킬 수 있고, 로드 트랜지스터(L2a) 및 정전류 회로(11)의 합성 저항을 더욱 작게 할 수 있기 때문에, 종래예보다도 게인의 저하 가 적은 채로, 신호의 하강 특성을 더욱 개선할 수 있다는 별도의 효과를 얻을 수도 있다.

(실시 형태 4)

이어서, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 반도체 장치에 대해서 설명한다.

도 12는, 본 발명의 실시 형태 4에 따른 반도체 장치의 구성을 도시하는 회로도이다. 또한, 상기 도면에서, 종래예 및 실시 형태 1, 2, 3과 동일 혹은 같은 부분에는, 동일 번호가 붙여져 있다.

여기에서, 실시 형태 3에서는, 내장된 로드 트랜지스터(L2)와, 외부의 정전류 회로(11)에 의해 드라이브 트랜지스터(D2)에 대한 부하를 조정하고 있었지만, 이 실시 형태 4에 따른 반도체 장치(5)에서는, 이 반도체 장치(5)의 출력 외부에 접속되는 주변 회로(10)의 정전류 회로(11)를 이용하여 전체로서 드라이브 트랜지스터(D2)에 대한 부하를 조정할 수 있도록 하고 있다.

즉, 반도체 장치(5)는, 반도체 장치(4)로부터 로드 트랜지스터(L2)를 삭제한 구성이다. 구체적으로는, 반도체 장치(5)는, 1단 소스 폴로워 앰프와, 이 소스 폴로워 앰프의 출력을 구동하는 드라이브 트랜지스터(D2)로 구성된다.

이 때문에, 본 반도체 장치(5)에 의하면, 바이어스 전압(LG) 및 제어 전압(Vcont)을 가변함으로써, 후단 소스 폴로워 앰프에서의 대역 및 소비 전류의 조정뿐만 아니라, 초단 소스 폴로워 앰프에 대해서도 대역을 변화시키거나, 소비 전류를 변화시킬 수 있고, 소스 폴로워 앰프 전단에서의 대역 및 소비 전류의 조정을 행할 수 있다.

또한, 정전류 회로(11)에 의해 2단째 소스 폴로워 앰프의 소비 전류를 변화시켜, 정전류 회로(11)의 내부 저항을 더욱 작게 할 수 있기 때문에, 신호의 상승 특성을 더욱 개선할 수 있다는 별도의 효과를 얻을 수도 있다. 또한, 실시 형태 3의 경우와 동일하게, 정전류 회로(11)의 저항(R1)의 값을 가변으로 하여, 정전류 회로(11)의 합성 저항을 변화시키도록 해도 된다.

또한, 상기한 반도체 장치 1∼5 중 어느 하나를 촬상 소자 등의 전자 부품에 실장하여, 상기 전자 부품을 이용하여 카메라를 구성하고, 반도체 장치(1, 2)와 동일한 작용, 효과를 얻도록 해도 된다.

도 13에 도시되는 바와 같이 카메라(400)는, 피사체의 광학상을 촬상 소자에 결상시키는 렌즈(401)와, 렌즈(401)를 통과한 광학상의 광학 처리를 행하는 미러나, 셔터 등의 광학계(402)와, 상기한 반도체 장치를 실장한 MOS형 촬상 소자(403)와, 신호 처리부(410)와, 타이밍 제어부(411) 등을 구비한다. 타이밍 제어부(411)는, MOS형 촬상 소자(403)로부터 출력되는 필드 스루의 신호와 출력 신호의 차분을 취하는 CDS 회로(404)와, CDS 회로(404)로부터 출력되는 OB 레벨의 신호를 검출하는 OB 클램프 회로(405)와, OB 레벨과 유효 화소의 신호 레벨의 차분을 취해, 그 차분의 게인을 조정하는 GCA(406)와, GCA(406)로부터 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(407) 등으로 구성된다. 타이밍 제어부(411)는, ADC(407)로부터 출력된 디지털 신호에 신호 처리를 행하는 동시에, 구동 타이밍의 제어를 행하는 DSP(408)와, DSP(408)의 지시에 따라서, MOS형 촬상 소자(403)에 대해서 여러 가지의 구동 펄스를 여러 가지의 타이밍으로 발생시키는 TG(409) 등으로 구성된다.

이와 같이 구성된 카메라(400)에 의하면, 상기의 반도체 장치를 실장한 MOS형 촬상 소자(403)에 의해서, 동화상 촬영시에는, 전류를 증가시키지 않고, 대역을 확대하고, 또한, 정지화상 촬영시에는, 대역을 좁히면서, 증폭율을 향상시킨 카메라를 실현할 수 있다. 즉, 소스 폴로워 앰프 전단으로서, 적응적으로 대역을 넓히거나 좁히거나, 소비 전류를 증가시키거나 감소시키거나 하는 것이 가능한 카메라를 실현할 수 있다.

또한, 여기에서는 촬상 소자로서 MOS형을 이용한 경우에 대해서 설명하였지만, CCD형이어도 된다.

(산업상 이용가능성)

본 발명은, 소스 폴로워 앰프를 갖는 반도체 장치 및 상기 반도체 장치를 구비하는 카메라에 적합하고, 예를 들면, 이미지 센서, 디지털 스틸 카메라, 카메라가 부착된 휴대 전화기, 노트 퍼스널 컴퓨터에 구비되는 카메라, 정보 처리 기기에 접속되는 카메라 유닛 등에 적합하다.

이상의 설명으로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 장치에 의하면, 종래와 같이 화소 신호를 정상으로 전송할 수 없는 것과 같은 사태의 발생이나, 통상의 동화상 촬영시나, 정지화상 촬영시에 있어서의 초단 소스 폴로워 앰프에서의 소비 전류의 낭비의 발생을 방지할 수 있고, 바이어스 전압(LG1 LG2)을 적절히 변화시킴으로써, 소스 폴로워 앰프 전단으로서, 적응적으로 대역을 넓히거나 좁히거나, 소비 전류를 증가시키거나 감소시키거나 할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의해, 고화질의 동화상 촬영시로부터 정지화상 촬영시까지 광범위하게 적응적으로 대응할 수 있으며, 디지털 카메라를 구비한 휴대 단말이 보급되어 온 오늘날에 있어서의 본원 발명의 실용적 가치는 대단히 높다.

Claims

제1 로드 트랜지스터와, 상기 제1 로드 트랜지스터에 접속되어, 상기 제1 로드 트랜지스터를 입력 신호에 따라서 구동하는 제1 드라이브 트랜지스터로 이루어지는 초단 소스 폴로워 앰프와,

부하 회로와, 상기 부하 회로에 접속되어, 상기 제1 드라이브 트랜지스터의 출력에 따라서 상기 부하 회로를 구동하기 위한 제2 드라이브 트랜지스터로 이루어지는 종단 소스 폴로워 앰프를 구비하며,

상기 제1 로드 트랜지스터의 게이트에는, 가변의 바이어스 전압이 인가되고, 상기 부하 회로에는, 상기 부하 회로의 동작 저항값을 변화시키기 위한 가변의 제어 전압이 인가되며,

상기 제1 및 제2 드라이브 트랜지스터의 드레인이 동일한 전원 공급 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항에 있어서, 상기 부하 회로는, 제2 로드 트랜지스터이고,

상기 제2 로드 트랜지스터의 게이트에는, 상기 제2 로드 트랜지스터의 저항값을 변화시키기 위한 가변의 바이어스 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항에 있어서, 상기 부하 회로는, 병렬 접속되는 복수의 제2 로드 트랜지스터이고,

상기 각 제2 로드 트랜지스터의 게이트에는, 상기 제2 로드 트랜지스터의 저 항값을 변화시키기 위한 가변의 바이어스 전압이 각각 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항에 있어서, 상기 부하 회로는, 병렬 접속되는 제2 로드 트랜지스터 및 정전류 회로이고,

상기 제2 로드 트랜지스터의 게이트에는, 상기 제2 로드 트랜지스터의 저항값을 변화시키기 위한 가변의 바이어스 전압이 인가되며,

상기 정전류 회로에는, 상기 정전류 회로의 동작 저항값을 변화시키기 위한 가변의 제어 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제4항에 있어서, 상기 정전류 회로는, 반도체 장치의 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제4항에 있어서, 상기 정전류 회로는, 정전류 소자와, 상기 정전류 소자에 접속되는 저항으로 이루어지고,

상기 정전류 소자에는, 상기 정전류 회로의 동작 저항값을 변화시키기 위한 가변의 제어 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제6항에 있어서, 상기 정전류 소자는, 바이폴라 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제6항에 있어서, 상기 정전류 소자는, MOS 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제6항에 있어서, 상기 저항은, 복수의 저항 소자로 구성되고,

상기 각 저항 소자 중 어느 하나를 선택함으로써 저항값을 변화시키는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항에 있어서, 상기 부하 회로는, 정전류 회로이고,

상기 정전류 회로에는, 상기 정전류 회로의 동작 저항값을 변화시키기 위한 가변의 제어 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
제1항에 있어서, 상기 초단 소스 폴로워 앰프와 상기 종단 소스 폴로워의 사이에 배치되어, 상기 제1 드라이브 트랜지스터의 출력에 따라서 상기 종단 소스 폴로워를 구동하는 소스 폴로워 앰프를 더 구비하는 것을 특징으로 반도체 장치.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라.