JP4299697B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
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Description
ここで、CFDは、検出容量の値を示す。Gは、ソースフォロワ回路のゲインを示し、ほぼ0.8〜0.9程度の値である。
上記ソースフォロワ回路104では、ゲインGは0.8〜0.9程度であり、ソースフォロワ回路構成である限りゲイン1以上は実現出来ない。したがって、電荷電圧変換効率ηを大きくするには、上記検出容量103の値CFDを小さくする必要がある。このCFDは、上記リセットトランジスタ105のソース接合容量、上記増幅トランジスタ106のゲート容量、および、基板へのジャンクション容量の総和であるが、上記増幅トランジスタ106のゲート容量の値が、支配的あるため、この増幅トランジスタ106のゲート容量を小さくするために、この増幅トランジスタ106のサイズをできるだけ小さくするように設計される。
1/f雑音電力∝1/(CoxLW) (式4)
すなわち、上記増幅トランジスタ106のサイズを小さくすると、相対的に上記雑音が大きくなる傾向にある。ここで、gmは、上記増幅トランジスタ106のトランスコンダクタンスを示し、Wは、上記増幅トランジスタ106のゲート幅を示し、Lは、上記増幅トランジスタ106のゲート長を示し、Coxは、単位面積当たりのゲート酸化膜容量である。
複数の光電変換素子と、
この複数の光電変換素子で発生した光電荷を転送する複数の電荷転送素子と、
この複数の電荷転送素子によって転送された光電荷を検出する検出ダイオードと、
この検出ダイオードを入力側とするスイッチトキャパシタアンプと
を備え、
上記スイッチトキャパシタアンプは、
上記検出ダイオードが入力側に接続された反転増幅器と、
この反転増幅器の入力と出力の間に接続されたリセットトランジスタと、
上記反転増幅器の入力と出力の間に、上記リセットトランジスタと並列して、接続された容量と
を有し、
上記反転増幅器は、ゲート接地型反転増幅器であることを特徴としている。
上記ゲート印加パルス発生回路は、
上記スイッチトキャパシタアンプの上記反転増幅器と同一構造の他の反転増幅器と、
上記スイッチトキャパシタアンプの上記リセットトランジスタと同一構造の他のリセットトランジスタと
を有する。
上記他の反転増幅器の入力と出力が接続され、
上記他のリセットトランジスタのドレインとゲートが接続され、
上記他のリセットトランジスタのドレインとソースが高抵抗を介して接続され、
上記他の反転増幅器の出力と、上記他のリセットトランジスタのソースとが、接続され、
上記スイッチトキャパシタアンプの上記リセットトランジスタのゲートと、上記他のリセットトランジスタのドレインとが、接続されている。
図1は、この発明の固体撮像装置の一実施形態である回路図を示している。この固体撮像装置は、CCD型イメージセンサであり、(図示しない)複数の光電変換素子と、この複数の光電変換素子で発生した光電荷(信号電荷)を転送する(電荷転送素子の一例である)水平CCD1と、この水平CCD1により転送された電荷を検出容量3により電圧変換する検出ダイオード2と、この検出ダイオード2を入力側とするスイッチトキャパシタアンプ4とを備える。
CFDは、上記検出ダイオード2の検出容量3の値であり、CFBは、上記フイードバック容量9の値である。
gmは、上記増幅トランジスタ6のトランスコンダクタンスであり、ropは、上記増幅トランジスタ6の出力抵抗であり、ronは、上記定電流負荷トランジスタ7の出力抵抗である。
そして、上記電荷電圧変換効率ηは、次の(式8)となる。
すなわち、出力される上記信号Vsigは、上記検出容量値CFDに依存しないことが示され、上記電荷電圧変換率ηを上げるために、上記検出容量値CFDを小さくする必要が無くなる。これにより、アンプ設計の自由度が増し、ひいては熱雑音や1/f雑音などを考慮したアンプ設計が可能となる。もちろん、上記検出容量値CFDを小さくして、上記電荷電圧変換率ηを向上させることもできる。
図6は、この発明の固体撮像装置の第2の実施形態を示す回路図である。この第2の実施形態では、図1に示す上記第1の実施形態とは、反転増幅器の構成が相違し、その他の回路および駆動パルスのタイミングチャートは同一である。すなわち、図6において、図1と同一の構造は、同一の符号を付し、その説明を省略する。
gm1は、上記増幅トランジスタ26のトランスコンダクタンスであり、gm2は、上記Pchカスコードトランジスタ21のトランスコンダクタンスであり、gm3は、上記Nchカスコードトランジスタ22のトランスコンダクタンスである。また、rop1は、上記増幅トランジスタ26の出力抵抗であり、rop2は、上記Pchカスコードトランジスタ21の出力抵抗であり、ron3は、上記Nchカスコードトランジスタ22の出力抵抗であり、ron4は、上記定電流負荷トランジスタ27の出力抵抗である。
図7は、この発明の固体撮像装置の第3の実施形態を示す回路図である。この第3の実施形態では、図1に示す上記第1の実施形態とは、反転増幅器の構成が相違し、その他の回路および駆動パルスのタイミングチャートは同一である。すなわち、図7において、図1と同一の構造は、同一の符号を付し、その説明を省略する。
この反転増幅器38のゲインAの値は、図1に示される定電流負荷ソース接地型の反転増幅器のゲインより低いが、新たにPchトランジスタを作る必要が無いことが利点である。
2 検出ダイオード
3 検出容量
4 スイッチトキャパシタアンプ
5 リセットトランジスタ
6 増幅トランジスタ
7 定電流負荷トランジスタ
8 反転増幅器
9 フィードバック容量
10 ゲート印加パルス発生回路
14 高抵抗
15 他のリセットトランジスタ
16 他の増幅トランジスタ
17 他の定電流負荷トランジスタ
18 他の反転増幅器
21 Pchカスコードトランジスタ
22 Nchカスコードトランジスタ
26 増幅トランジスタ
27 定電流負荷トランジスタ
28 反転増幅器
36 増幅トランジスタ
37 負荷トランジスタ
38 反転増幅器
101 水平CCD
102 検出ダイオード
103 検出容量
104 ソースフォロワ回路
105 リセットトランジスタ
106 増幅トランジスタ
107 定電流負荷トランジスタ
Claims (7)
- 複数の光電変換素子と、
この複数の光電変換素子で発生した光電荷を転送する複数の電荷転送素子と、
この複数の電荷転送素子によって転送された光電荷を検出する検出ダイオードと、
この検出ダイオードを入力側とするスイッチトキャパシタアンプと
を備え、
上記スイッチトキャパシタアンプは、
上記検出ダイオードが入力側に接続された反転増幅器と、
この反転増幅器の入力と出力の間に接続されたリセットトランジスタと、
上記反転増幅器の入力と出力の間に、上記リセットトランジスタと並列して、接続された容量と
を有し、
上記反転増幅器は、ゲート接地型反転増幅器であることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1に記載の固体撮像装置において、
上記反転増幅器の負荷側素子は、定電流負荷トランジスタであることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1に記載の固体撮像装置において、
上記反転増幅器の負荷側素子は、高抵抗であることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1に記載の固体撮像装置において、
上記反転増幅器の負荷側素子は、ゲートとドレインが接続されている負荷トランジスタであることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1に記載の固体撮像装置において、
上記リセットトランジスタのゲートの印加パルスを発生するゲート印加パルス発生回路を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項5に記載の固体撮像装置において、
上記ゲート印加パルス発生回路は、
上記スイッチトキャパシタアンプの上記反転増幅器と同一構造の他の反転増幅器と、
上記スイッチトキャパシタアンプの上記リセットトランジスタと同一構造の他のリセットトランジスタと
を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項6に記載の固体撮像装置において、
上記他の反転増幅器の入力と出力が接続され、
上記他のリセットトランジスタのドレインとゲートが接続され、
上記他のリセットトランジスタのドレインとソースが高抵抗を介して接続され、
上記他の反転増幅器の出力と、上記他のリセットトランジスタのソースとが、接続され、
上記スイッチトキャパシタアンプの上記リセットトランジスタのゲートと、上記他のリセットトランジスタのドレインとが、接続されていることを特徴とする固体撮像装置。
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