KR910006248B1 - Charge transfer device - Google Patents
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Abstract
내용 없음.No content.
Description
제1도는 본 발명에 따른 1실시예의 주요부구성을 도시해 놓은 회로도.1 is a circuit diagram showing the main parts of one embodiment according to the present invention.
제2도는 상기 1실시예를 설명하기 위한 전위관계를 도시해 놓은 도면.2 is a diagram showing a potential relationship for explaining the first embodiment.
제3도는 상기 1실시예를 설명하기 위한 특성곡선도.3 is a characteristic curve diagram for explaining the first embodiment.
제4도는 전하전송소자의 전체구성을 도시해 놓은 블록도.4 is a block diagram showing the overall configuration of the charge transfer element.
제5도는 전하전송소자의 일부단면도.5 is a partial cross-sectional view of the charge transfer device.
제6도는 상기 전하전송소자의 전위프로파일(potential propile)을 도시해 놓은 도면.6 shows a potential propile of the charge transfer device.
제7도는 제4도의 도시된 전하전송소자에 사용되는 승압회로의 구체적인 구성을 도시해 놓은 회로도.FIG. 7 is a circuit diagram showing a specific configuration of a boost circuit used in the charge transfer device shown in FIG.
제8도는 제7도에 도시된 승압회로에 사용되는 제어펄스의 타이밍챠트.8 is a timing chart of a control pulse used in the boosting circuit shown in FIG.
제9도는 제7도에 도시된 승압회로에 사용되는 기준전압 발생회로를 도시해 놓은 회로도이다.FIG. 9 is a circuit diagram showing a reference voltage generating circuit used in the boosting circuit shown in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 전압발생회로 11 : 승압회로10: voltage generating circuit 11: boosting circuit
12 : 디플리이션형 MOS트랜지스터 13 : 정전압원12: deflection type MOS transistor 13: constant voltage source
14 : 정전류원 20 : 승압회로14: constant current source 20: boost circuit
30 : 비교제어회로 31, 32 : 레벨시프트회로30:
32 : 레벨시프트회로 33 : 비교기32: level shift circuit 33: comparator
48 : 입력부 49 : 전하전송부48
50 : 플로우팅확산영역 51 : 출력게이트전극50: floating diffusion region 51: output gate electrode
52 : 드레인영역 53 : 리셋트게이트전극52
53 : 리셋트게이트전극 56 : 출력회로53: reset gate electrode 56: output circuit
본 발명은 고체촬상장치 및 전하전송형의 지연선, 빗살형 필터(comb filter), 트랜스버셜 필터((transversal filter)등에 사용되는 전하전송소자에 관한 것으로, 특히 불필요한 전하를 배출시켜 주게 되는 드레인영역에 소정의 전압을 공급해주는 부분을 개량한 전화전송소자에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체기판상에 집적화된 전하전송소자(이하CTD라함)에 있어서의 출력회로의 출력방식중 하나로서 플로우팅(floating)확산영역을 이용한 것이 있으며, 또 이 출력방식을 채용하고 있는 CTD의 하나로서 출력호의 다이내믹레인저(dynamic range), 즉 동적범위를 넓히기 위해 드레인영역에다 승압회로에 의해 승압된 전압을 공급해주도록 된 것이 있다.One output method of an output circuit in a charge transfer device (hereinafter referred to as CTD) integrated on a semiconductor substrate is to use a floating diffusion region, and one of the CTDs employing this output method is output. In order to widen the dynamic range of the arc, that is, the dynamic range, a voltage boosted by the boost circuit is supplied to the drain region.
제4도는 상기와 같은 승압회로가 구비된 CTD의 전체 구성을 도시해 놓은 블록도이고, 제5도는 제4도에 블록도로서 도시된 CTD가 예컨대 N챈널 매립형인 경우의 그 일부단면을 도시해 놓은 일부단면도로, 제4도 및 제5돼참조부호 41은 입력단자이고, 42는 출력단자, 43은 고전위측의 전원전압(VDD; 이하 전원전압이라 함)이 공급되는 제1전원단자, 44는 저전위측의 전원전압(VSS; 이하 접지전압이라 함)이 공급되는 제2전원단자이며, 참조부호 45는 P형 반도체기판, 46은 이 P형 반도체기판(45)상에 설치된 N형 매립챈널영역, 47은 절연막, 48은 입력단자(41)로부터 입력되는 아날로그신호에 대해서 소정의 직류바이어스전압을 부여하여 입력된 아날로그신호를 신호전하로 변환시켜 주는 입력부, 49는 이 입력부(48)로부터의 전하를 전송시켜 주는 전하전송부, 50은 이 전하전송부(49)의 최종단에 위치하고 있는 출력게이트전극(51)에 인접하게 설치되면서 N형 확산영역으로 이루어진 플로우팅확산영역, 52는 소정의 전위가 인가되게 되는 N형 확산영역으로 이루어진 드레인영역이고, 또한 53은 상기 플로우팅확산영역(50)과 드레인영역(52)간의 기판상에 상기 절연막(47)을 통해서 설치된 리셋트게이트전극으로서, 여기서 리셋트펄스(øR)가 고전압(VRL)과 고전압(VRH)사이로 변화하게 되는 리셋트펄스(øR)가 공급되도록되어 있다. 여기서 리셋트펄스(øR)가 고전압(VRH)일 경우에는 플로우팅확산영역(50)에 축적되어 있던 축적전하가 이 리셋트게이트전극(53)의 아래를 통해서 드레인영역(52)으로 배출되게 된다.FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of a CTD equipped with the boost circuit as described above, and FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the CTD shown as a block diagram in FIG. 4 and 5, reference numeral 41 denotes an input terminal, 42 denotes an output terminal, and 43 denotes a first power terminal to which a power supply voltage (VDD) of the high potential side is supplied. Denotes a second power supply terminal supplied with a low-voltage power supply voltage (VSS; hereinafter referred to as a ground voltage),
또한, 참조부호 54는 상기 플로우팅확산영역(50)에 게이트가 접속되면서 그 드레인이 전원전압(VDD)에 접속된 전하검출용의 엔핸스먼트형(이하 E형이라 칭함) MOS트랜지스터, 이 E형의 MOS트랜지스터(54)의 소오스는 출력단자(42)에 접속되어 있다. 또 참조부호 55는 적어도 1개의 MOS트랜지스터로 구성된 전류원기능을 갖는 회로블록으로서, 이 회로블록(55)은 그 일단이 상기 전하검출용 MOS트랜지스터(54)의 소오스에 접속되면서 그 다른단이 접지전위(VSS)에 접속되어 있는 바, 이와 같은 회로블록(55)과 상기 MOS트랜지스터(54)로 소오스폴로워형의 출력회로(56)가 구성되어 플로우팅확산영역(50)에 출력되는 신호전하가 전압신호로 변환되어 출력되게 된다.
한편, 상기 전하전송부(49)는 제5도에 도시된 바와 같이, 예컨대 2상(相)의 전송클록 (ø1,ø2)를 통해 구동되는 2상구동형 CTD로, 전하전송방향을 정하기 위해 각 상(相)당 각각 다결정실리콘층으로 구성된 2개의 전송전극(57i,58i; i=l∼n)을 갖추고 있고, 그 최종단에는 직류바이어스전압(VB)이 인가되는 출력게이트전극(51)을 갖추고 있다. 또 참조부호 59는 소정의 전압을 승압시켜 주는 승압회로로, 여기에서 승압된 전압은 상기 드레인영역(52)에 리셋트전압(vgg)으로서 인가되게 되는데, 이 전압(VGG)의 값은 통상 전원전압(VDD)보다도 높게 설정되게 된다.Meanwhile, as shown in FIG. 5, the
이와 같은 CTD의 동작을 제6도에 도시된 전위프로파일(potential profile)을 참조해서 설명한다. 입력부(48)가 적절한 직류바이어스를 갖는 아날로그 입력신호를 그 입력레벨에 대응된 양(量)의 신호전하로 변환시키게 되면, 이 신호전하는 전하전송부(49)에 의해 전송되어 플로우팅확산영역(50)에 축적되게 되는바, 이 축적된 전하(q)(제6도에 도시)는 소정순간에 출력회로(56)에 의해 검출되어 전압신호로 변환된후 출력단자(42)에서 전압신호로 출력된다. 그런데, 이때 리셋트펄스(øR)는 저전압(VRL)으로 되어 있으므로 이때의 리셋트게이트전극(53)밑의 전위값(PRL)은 리셋트전압(VGG)의 레벨(PD)을유지하고 있는 드레인영역(52)과 플로우팅확산영역(50)의 사이를 차단시키는 값으로 되게 된다.The operation of such a CTD will be described with reference to the potential profile shown in FIG. When the
다음에, 리셋트펄스(øR)가 고전압(VRH)으로 되게 되면 이때는 리셋트게이트전극(53)아래의 전위값(PRH)이 플로우팅확산영역(50)과 드레인영역(52)과의 사이를 도통시켜 주는 값으로 되게 됨으로써 플로우팅확산영역(50)의 축적전하는 리셋트게이트전극(53)의 하부를 통해서 드레인영역(52)으로 불필요한 전하로서 배출되게 되고, 이것에 의해 플로우팅확산영역(50)의 전위는 리셋트전압(VGG0에 대응된 드레인영역(52)의 값(PD)으로 리셋트되게 된다.Next, when the reset pulse øR becomes the high voltage VRH, the potential value PRH under the
그런데, 상기 출력회로(56)에서 검출되어 전압신호로 변환된 출력신호의 다이내믹레인지(DR)는 드레인영역(52)의 전위값(PD)과 출력게이트전극(51)밑의 전위값(PG)과의 차(PD-PG)로 표시되게 되는데, 이 경우 출력게이트전극(51)의 인가전압(VB)을 최종단전송전극(58n)밑의 전위값(PnL)와의 관계에서 허용할 수 있는 최저 허용한도값으로 설정해 놓게 되면 리셋트전압(VGG)은 (VDD)보다도 높으므로 출력신호의 다이내믹레인저(DR)는 꽤 크게 된다. 다시 말하면, 인가전압(VB)을 VDD보다도 낮은 값으로하고, 승압된 리셋트전압(VGG)이 전원전압(VDD)과 같도록 설정된 경우에도 어느정도 큰 다이내믹레인지(DR)를 얻을 수 있게 된다.However, the dynamic range DR of the output signal detected by the
또한, 상기와 같이 드레인영역(52)의 리셋트전압(VGG)을 전원전압(VDD)보다도 높게 해주면 플로우팅확산영역(50)의 리셋트시에 출력회로(56)내의 MOS트랜지스터(54)의 게이트에 높은 리셋트전압이 인가되게 된다. 또, 신호검출시의 상기 트랜지스터(54)의 게이트전압을 VG(VG"HVGG), 드레인.소오스간 전압을 VDS, 게이트.소오스전압을 VGS, 암계치전압을 VTH, 소오스전압[출력단자(42)의 전압]을 VO로 표시한다면,In addition, as described above, when the reset voltage VGG of the
로된다. 따라서 MOS트랜지스터(54)가 신호검출시에 거의 포화동작을 하기 위해서는Become. Therefore, in order for the
으로되는 것이 필요하게 되므로, 이(3)식에 상기 (1)식와 (2)식을 대입하여Since it is necessary to be, by substituting the formulas (1) and (2) into this formula (3)
로 되는 것이 필요하게 된다. 즉, 출력신호로서 어느 정도 선형성이 좋은 것을 필요로 하는 경우에는 신호검출시에(4)식이 거의 성립되도록 임계치전압관계를 정해 놓을 필요가 있게 된다.It becomes necessary to become. That is, in the case where a linearity is required to some extent as an output signal, it is necessary to define the threshold voltage relationship so that the expression (4) is almost satisfied at the time of signal detection.
제7도는 상기CTD에 사용되는 상기 승압회로(59)의 구체적인 구성을 도시해 놓은 회로도이고, 이 회로에서 사용되는 제어펄스(CP,)는 제8도의 타이밍챠트로 도시해 놓았는바, 즉 제7도에 있어서 참조부호61은 기준전압(VREF)을 출력시켜 주는 기준전압원, 62는 기 기준전압(61)에 일단이 접속된 E형 MOS트랜지스터, 63은 이 E형 MOS트랜지스터(62)의 다른단에 일단이 접속된 E형 MOS트랜지스터, 64는 상기 2개의 MOS트랜지스터(62,63)의 접속점에 일단이 접속된 용량이고, 상기 MOS트랜지스터(63)은 다른 단은 승압된 전압이 출력되게 되는 출력단자(65)로 되어 있다. 그리고, 상기 용랑(64)의 다른 단 및 MOS트랜지스터(63)의 게이트에는 제어펄스()가 인가되고, MOS트랜지스터(62)의 게이트에는 제어펄스(CP)가 잉가되게 되는바, 이에 따라 제어펄스(CP)가 "L"레벨인 타이밍(t1)에서는 MOS트랜지스터(62)가 온되고 MOS트랜지스터(63)가 오프되어 용량(64)에는 MOS트랜지스터(62)를 통하여 기준전압원(61)의 기준전압(VREF)이 충전되게 된다. 다음에 제어펄스(DP)가 "H"레벨인 타이밍(t2)에서는 MOS트랜지스터(62)가 오프되고, MOS프랜지스터(63)가 온되어 출력단자(65)의 전압은 기준전압(VREF)에 대해 제어펄스(CP)의 파고치(波高値)분만큼 승압된 것으로 되게 된다. 즉, 이 승압회로는 2체배(遞培)회로로 동작하게 된다. 또, 상기(4)식을 만족시키기 위해서는 승압회로로서 3체배이상의 구성인 것을 이용하게 될 필요도 있게 된다.FIG. 7 is a circuit diagram showing a specific configuration of the boosting
그런데, 상기와 같은 승밥회로(59)에 사용되는 기준전압원 (61)은 통상 전원전압(VDD)이 그대로 사용되거나, 또는 (MOS)트랜지스터의 조합에 의한 기준전압발생회로가 사용되게 되는바, 즉 종래에는 이 기준전압발생회로로서 예컨대 제9도에 도시된 바와 같은 구성의 것이 사용되고 있었다.By the way, the reference voltage source 61 used in the above-mentioned
이 회로는 전원전압(VDD)의 인가점과 접지전압(VSS)의 인가점간에 2개의 디플리이션형(이하 D형이라 칭함)의 MOS트랜지스터(66,67)가 직렬접속되고, 또 그 각각의 게이트가 그 드레인의 각각 접속되어서 구성되어 있으며, 양 트랜지스터(66,67)의 직렬접속점으로부터 기준전압(VREF)이 출력되도록 되어 있다.In this circuit, two deflation type (hereinafter referred to as D type)
또한, 상기 제9도에 도시된 기준전압발생회로를 구성해 주고 있는 D형 MOS트랜지스터(66,67)는 상기 리셋트게이트전극(53)과 플로우팅확산영역(50) 및 드레인영역(52)으로 구성된 MOS트랜지스터구조와 동일도전형이고, 또 같은 D형의 것이기 때문에, 각각의 임계치전압(VTHD)은 부(-)의 값으로 되는 한편, 출력회로(56)를 구성하고 있는 MOS트랜지스터(54)는 E형이므로 그 임계치전압(VTHE)은 정(+)의 값으로 되게 된다.In addition, the D-
이 때문에, 제9도에 도시된 바와 같은 기준전압발생회로를 상기 제7도에 도시된 승압회로의 기준전압원(61)으로서 사용하게 되면 다음과 같은 불합리한 점이 생기게 된다. 즉, CTD출력신호의 다이내믹레인지(DR)를 넓게 설정하려고 할 때에는 승압회로(59)의 승압전압을 높여서 드레인영역(52)밑에 형성되는 전위(PD)가 높아지도록 해주면, 좋은데, 단 플로우팅확산영역(50)에서의 신호의 바이어스전압(VFD)이 전원전압(VDD)과 상기 트랜지스터(54)의 임계치전압(VTHE)을 합한 전압(VDD+VTHE)을 지나치게 초과하게 되면 트랜지스터(54)가 비포화동작영역으로 들어가서 출력신호의 선형성이 상실되게 된다. 따라서, 승압회로(59)에서의 승압전압의 상한은 상기선형성을 유지시킬 수 있는 최대값과 일치하는For this reason, if the reference voltage generating circuit shown in FIG. 9 is used as the reference voltage source 61 of the boosting circuit shown in FIG. 7, the following unreasonable points arise. In other words, when the dynamic range DR of the CTD output signal is set to be wide, it is good to increase the boost voltage of the
(여기서 VTHE=)로 된다. 또, 프로세스관리상의 상한에 의해 VTHD와 VTHE의 값은 독립적으로 변동하지만, 제9도에 도시된 기준전압발생회로는 동일도전형의 MOS트랜지스터로 구성되어 있으므로 프로세스에 의한 기준전압의 변동은 미미하게 된다. 따라서, 제7도에 도시된 승압회로에서는 승압전압(VGG)의 값이 프로세스의 관계없이 일정하게 되고, 상기(5)식으로부터 바이어스전압(VFD)의 동작범위를 프로세스변동의 영향을 받게 된다. 즉, |VTHD| 가 클때에는 하한(下限)의 마진(margin)이 적게 되고, VTHE가 작을 경우에는 상한(上限)의 마진잉적은 상태로 되게 된다. 따라서 |VTHD| 가 클때에는 다이내믹레인지(DR)가 작게 되고, VTHE가 작을 때 에는 출력회로(56)를 구성하는 MOS트랜지스터(54)를 포화동작시키기 위해 승압전압(VGG)을 낮게 설정할 필요가 있기 때문에 결과적으로 역시 다이내믹레인지(DR)가 작아지게된다.Where VTHE = ). In addition, although the values of VTHD and VTHE fluctuate independently due to the upper limit of process management, the reference voltage generating circuit shown in FIG. 9 is composed of MOS transistors of the same conductivity type, so the variation of the reference voltage by the process is insignificant. do. Therefore, in the boost circuit shown in FIG. 7, the value of the boost voltage VGG is constant regardless of the process, and the operating range of the bias voltage VFD is affected by the process variation from the above expression (5). That is, | VTHD | When is large, the margin of the lower limit becomes small, and when the VTHE is small, the margin of the upper limit becomes low. Thus | VTHD | The dynamic range DR becomes small when is large, and when the VTHE is small, the boost voltage VGG needs to be set low to saturate the
이상 설명한 바와 같이 종래의 출력회로에서는, 출력신호의 신호의 선형성을 유지시키기 위해 필요한 플로우팅확산영역에서의 신호의 최대진폭범위마진이 프로세스의 변동, 특히 디플리이선형MOS트랜지스터의 임계치전압의 영향을 받아서 적어지게 된다는 문제가 있게 된다.As described above, in the conventional output circuit, the maximum amplitude range margin of the signal in the floating diffusion region necessary for maintaining the linearity of the signal of the output signal is affected by the variation of the process, in particular, the threshold voltage of the depleted linear MOS transistor. There is a problem of being written down.
이에 본 발명은 상기한 사정을 고려해서 발명한 것으로어느정도의 플로세스변동이 있는 경우에도 플로우팅확산영역에서의 신호이 최대진폭범위마진을 높여 줄 수 있고, 소정의 전원전압하에서 선형성 및 S/N비가 양호하며 다이내믹레인지가 넓은 출력신호를 얻을 수 있도록 된 전하전송소자를 제공함에 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in consideration of the above-described circumstances. Even in the case of a certain amount of flow fluctuation, the signal in the floating diffusion region can increase the maximum amplitude range margin, and the linearity and S / N ratio under a predetermined power supply voltage are increased. It is an object of the present invention to provide a charge transfer device capable of obtaining a good output signal with a wide dynamic range.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명은 반도체기판상에 형성됨과 더불어 전하전송부로부터의 신호전하가 전송되게 되는 플로우팅확산영역과, 리셋트전압을 인가받아 불필요한 전하를 배출시켜 주는 드레인영역, 리셋트펄스에 따라서 상기 플로우팅확산영역에 축적된 축적전하를 상기 드레인영역으로 배출제어하는 리셋트게이트전극, 상기 플로우팅확산영역에 축적된 축적전하를 상기 드레인영역으로 배출시킬 경우에 상기 리셋트게이트전극밑에 형성되게 되는 전위보다도 소정치α만큼 낮은 전위에 상당하는 전압을 발생시켜 주는 전압발생수단, 소정전압을 승압하고 이 승압전압을 리셋트전압으로서 상기 드레인영역에 공급해주는 승압수단, 상기 전압발생수단의 출력전압과 상기 승압수단에 의해 승압된 전압과의 차에 따라 오차전압을 발생시키고 이 오차전압에 근거해서 상기 승압수단에서의 승압동작을 제어해주는 비교제어수단으로 구성되어 있다.The present invention for realizing the above object is a floating diffusion region which is formed on the semiconductor substrate and the signal charges from the charge transfer unit are transferred, and a drain region, reset which discharges unnecessary charges by applying a reset voltage. A reset gate electrode for controlling the discharge of accumulated charge accumulated in the floating diffusion region to the drain region in response to a pulse, and the reset gate electrode when discharging the accumulated charge accumulated in the floating diffusion region to the drain region. Voltage generating means for generating a voltage corresponding to a potential lower by a predetermined value α than a potential to be formed below; boosting means for boosting a predetermined voltage and supplying the boosted voltage as a reset voltage to the drain region; Generate an error voltage depending on a difference between the output voltage of the output voltage and the voltage boosted by the voltage boosting means. And the comparison control means for controlling the step-up operation in the step-up means based on this error voltage.
상기한 수단들로 구성된 본 발명에 따른 전하전송소자에서는 드레인영역에 리셋트전압으로서 공급되는 승압회로부터의 승압전압의 값이 프로세스변동, 특히 디폴리이선형MOS트랜지스터의 임계치전압의 변동에 따라서 제어되게 됨으로써, 리셋트전압의 프로세스 변동에 대한 연동성이 양호하고 출력이 다이내믹레인지 가 항상 일정하게 유지되며, 선형성 및 S/N비가 양호한 출력신호를 얻을 수 있게 된다.In the charge transfer device according to the present invention composed of the above means, the value of the boosted voltage from the boosted voltage supplied as a reset voltage to the drain region is controlled in accordance with the process variation, in particular the variation of the threshold voltage of the depoly-linear MOS transistor. As a result, the interworkability of the reset voltage with respect to the process variation is good, the output dynamic range is always kept constant, and the output signal with good linearity and S / N ratio can be obtained.
이하 도면을 참조해서 본 발명의 1실시예를 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
본 발명에 따른 전하전송소자(CTD)에서는 상기 제4도중의 승압회로(59)대신에 제1도에 도시 된바와 같은 구성의 회로를 사용하도록 된 것으로, 제1도에서 참조부호 10은 상기 리셋트게이트전극(53)밑의 전위를 등가적으로 검출해서 검출된 전위보다도α값 만큼 낮은 전위에 대응된 전압을 발생시켜 주는 전압발생회로이고, 20은 소정의 전압을 승압해서 이 승압된 승압전압을상기 리셋트전압(VGG)으로서 상기 드레인영역(52)에 공급해주는 승압회로, 30은 상기 전압발생회로(10)에서 발생된 전압과 상기 승압회로(20)로부터의 승압전압과의 차에 대응된 전압을 오차전압으로서 발생시키고 이 오차전압에 따라서 상기 승압회로(20)의 승압동작을 제어해주는 비교제어회로이다.In the charge transfer device CTD according to the present invention, a circuit having the configuration as shown in FIG. 1 is used in place of the
한편, 상기 전압발생회로(10)는 일정전압을 발생시키는 승압회로(11)와, 제5`도의 리셋트게이트전극(53)와 같은 구조로 된 D형 MOS트랜지스터(12), 정전압원(13) 및, 정전류원(14)으로 구성되어 있는바, 여기서 상기 승압회로(11)는 MOS트랜지스터(120의 챈널밑에 형성되는 전위값보다도 약낙높은 값의 일정전압을 발생시켜주는 것으로, 이때 이 승압회로(11에 의해 발생된 일정 전압은 트랜지스터(12)의 드레인에 공급되게 된다. 또 트랜지스터(12)의 게이트에는 상기 리셋트게이트전극(53)에 공급되는 리셋트펄스(øR)의 고전압(VRH)과 같은 값을 갖는 정전압원(13)이 접속되어서 이 트랜지스터(12)는 항시 도통상태로 되게 된다. 또 트랜지스터(12)의 소오스에는 상기 정전류원(14)이 접속되어 있고, 이 소오스와 상기 정전류원(14)과의 접속점에 발생하게 되는 전압이 상기 비교제어회로(30)에 공급되게 된다.On the other hand, the
그리고, 상기 비교제어회로(30)는 상기 전압발생회로(10)에서 발생된 전압을 레벨시프트(levdr shift)시켜주는 레벨시프트회로(31)와, 상기 승압회로(20)로부터의 승압전압을 레벨시프트시켜 주는 레벨시프트회로(32), 이 레벨시프트회로(31,32)로부터의 출력전압차에 대응된 오차전압을 출력시켜 주는 비교기(33)로 구성된 것으로, 여기서 비교기(33)로부터의 출력오차전압이 상기 승압회로(20)에 제어입력으로서 공급되게 되는데, 이때 승압회로(20)는 이 제어입력을 근거로 예컨대 제7도의 기준전압(VREF)값을 변화시켜서 승압을 행하게 된다.In addition, the
다음에, 상기한 구성으로 된 회로의 동작을 제2도에 도시된 전위프로파일을 이용해서 설명한다.Next, the operation of the circuit having the above-described configuration will be described using the potential profile shown in FIG.
전압발생회로(10)에 있어서, MOS트랜지스터(12)의 드레인영역(15)에는 승압회로(11)로부터 일정전압이 인가되고 있으므로 그 하부에는 일정전위(PD)가 발생하게 된다. 더욱이 MOS트랜지스터(12)의 게이트에는 정전압원(13)으로부터의 일정전압(VRH)이 인가되고 있으므로 그 하부에는 상기 제6도에 도시된 리셋트게이트전극(53)의 경우와 마찬가지로 전위(PRH)가 발생하게 된다.In the
한편, 트랜지스터(12)의 소오스영역(16)에는 정전류원(14)이 접속되어 있고 드레인과 소오스영역간에는 이 정전류원(14)에 의해 절류(IO)가 흐르게 되므로 이 트랜지스터(12)의 소오스영역(16)의 전위는 챈널영역하부의 전위(PRH)로부터 전류(IO)에 의한 전위값의 저하분α를 뺀(PRH-α)로 설정되고, 이 값에 대응된 전압이 소오스영역(16)에 발생되게 된다. 또, 이α에 상당하는 값이 상기 제6도에 있어서 리셋트게이트전극(53)밑에 형성되는 높은 레벨의 전위 (PRH)와 드레인영역(52)의 전위(PD)와의 차이인 리셋트시의 마진과 같게 되도록 전류값(IO)이 조정된다. 이 전압발생회로(10)이 조정된다. 이 전압발생회로(20) 및 승압회로(20)로부터의 전압은 승압회로(20)와 비교체저회로(30)에서 사용되는 전원전압보다도 높은 값이기 때문에 양 전압은 레벨시프트회로(3,35)에서 레벨시프트된 후에 비교기(33)에 공급되게 되고, 이어 이 비교기(33)에 의해 상기 양 전압의 차에 대응된 전압이 출력되게 된다. 또 승압회로(20)의 승압동작은 상기 비교기(33)로부터 출력되는 오차전압에 따라서 제어되게 되는바, 상기 레벨시프트회로(31)(32)의 출력이 일치된 시점에서 승압회로(20)의 승압전압(VGG)이 안정하게 된다.On the other hand, since the constant
따라서, 상기 출력게이트전극(51)밑의 전위(PG)와 최종단전송전극(58n)밑의 전위값(PnL)이 거의 같은 값으로 되도록 설계내 놓게 되면, 다이내믹레인지(DR)는 비록 프로세스변동에 의한 PnL이 값, 즉 D형 MOS트랜지스터의 임계치전압 |VTHD| 이 변동하게 될 경우에도 거의 일정치로 유지시킬 수 있게 된다.Therefore, if the potential PG under the
이와 같이 상기 실시예에 의하면, 출력의 다이믹레인지를 넓게 설정하기 위해 드레인영역(52)에 승압된 리셋트전압을 인가해 주게 되므로 소정의 전원전압하에서 선형성 및 S/N비가 양호한 큰 레벨의 출력신호를 얻을 수 있게 된다. 또한, 상기 실시예에 의하면 리셋트게이트전극(53)밑의 전위값을 등가적으로 검출하고 이 검출된 전위값에 따라 프로세스변동, 특히 D형 MOS트랜지스터의 임계치전압 |VTHD| 의 변동에 대해서 리셋트전압 (VGG)을 연동시켜 주도록 함으로써 실질적으로 출력다이내믹레인지(DR)를 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.As described above, according to the above embodiment, the reset voltage boosted to the
제3도는 프로세스변동에 수반되는 임계치전압 (|VTHD|)의 변동에 대한 다이내믹레인지(DR)의 변화를 도시해 놓은 특성곡선도로, 도면에서 곡선(a)은 상기 실시예에 의한 것이고, 곡선(b)은 VGG를 고정시킨 종래의 것을 나타낸다.3 is a characteristic curve showing the change in dynamic range DR with respect to the variation in the threshold voltage (| VTHD |) accompanying the process variation, in which the curve (a) is from the above embodiment, and the curve ( b) shows the conventional thing which fixed VGG.
도면에서 알수 있는 바와 같이, 종래 곡선(b)에서는|VTHD| 의 프로세스변동폭의 범위내에서 다이내믹레인지(DR)가 큰 폭으로 변동되기 때문에 |VTHD| 가 높은 곳에서는 다이내믹레인지(DR)가 부족하게 된다.As can be seen from the figure, in the conventional curve (b), | VTHD | Because the dynamic range (DR) fluctuates significantly within the range of process variation of the | VTHD | At high, the dynamic range DR becomes insufficient.
이것에 대해, 본 발명에 따른 상기 실시예에 의한 곡선(a)에서는 프로세스변동폭의 범위내에서 다이내믹레인지(DR)는 거의 일정하게 유지되게 된다.In contrast, in the curve (a) according to the embodiment according to the present invention, the dynamic range DR is kept substantially constant within the range of the process variation width.
한편 종래곡선(b)에서 |VTHD| 가 낮은 부분에서 다이내믹레인지(DR)가 일정하게 되는 것은 제6도에서의 PRH〈PD로 되는 경우에 해당되는 것으로서, 보통 이 상태에서는 노이즈성분이 증가하게 된다는 것이 알려져 있기 때문에 |VTHD| 가 낮은 부분에서 사용한다는 것은 좋은 방법이 되지 못한다.On the other hand, in the conventional curve (b), | VTHD | The dynamic range DR becomes constant at the lower part of the curve, which corresponds to the case where PRH < PD in FIG. 6 is generally known. In this state, it is known that the noise component increases, so | VTHD | Using in the lower part is not a good idea.
또한, 본발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 여러 가지로 변형실시가 가능한 바, 예컨대 상기 실시예에서는 전압발생회로(10)에 있어서 리셋트게이트전극(53)밑의 전위(PRH)보다도 α만큼 낮은 전위(PRH-α)에 대응된 전압을 발생시키는 경우에 정전류원(14)을 사용하는 것에 대해서 설명했지만, 이것은 MOS트랜지스터(12)의 게이트에 인가되는 정전압원(13)의 값을 실제로 리셋트게이트전극(53)에 인가되는 리셋트펄스(øR)의 고전압(VRH)보다 낮은 값으로 설정해 주어도 좋게 되고, 또한 MOS트랜지스터(12)의 챈널폭(W)의 조정를 통한 실행하는 것도 좋게 된다.In addition, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above embodiment, the
더욱이, 승압회로(20)는 비교제어회로(30)로부터의 오차전압에 의해 승압동작이 제어되도록 된 구성으로 되어 있지만, 본 발명은 이에만 한정되지 않고, 예컨대 기준전압(VREF)을 항시 일정하게 해놓고 비교회로(30)로부터의 오차전압에 의해 제어펄스(CP)의 펄스폭을 변화시키는 것으로 승압출력을 가변시켜 주는 구성으로 된 것이어도 좋게 된다.Further, the
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 어느 정도의 프로세스변동이 있는 경우에도 플로우팅확산영역에서의 신호의 최대진폭범위마진을 높여 줄 수 있고, 소정의 전원전압하에서 선형성 및 S/N비각양호하며, 다이내믹레인지가 넓은 출력신호를 얻을 수 있도록 된 전하전송소자를 제공할 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, even if there is a certain process variation, the maximum amplitude range margin of the signal in the floating diffusion region can be increased, and linearity and S / N ratio are excellent under a predetermined power supply voltage. It is possible to provide a charge transfer device capable of obtaining a wide output signal with a dynamic range.
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