JPH0319754B2 - - Google Patents

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JPH0319754B2
JPH0319754B2 JP59185753A JP18575384A JPH0319754B2 JP H0319754 B2 JPH0319754 B2 JP H0319754B2 JP 59185753 A JP59185753 A JP 59185753A JP 18575384 A JP18575384 A JP 18575384A JP H0319754 B2 JPH0319754 B2 JP H0319754B2
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JP
Japan
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bipolar transistor
switch
transistor
terminal
resistor
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JP59185753A
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Japanese (ja)
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JPS6162284A (en
Inventor
Shuhei Iwade
Natsuo Tsubochi
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、バイポーラトランジスタにより構
成される固体撮像素子に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Technical Field of the Invention] The present invention relates to a solid-state image sensing device composed of bipolar transistors.

〔従来技術〕[Prior art]

従来の固体撮像素子として第1図aに示すもの
がある。第1図b〜eは第1図aの種々の状態を
示す説明図である。
A conventional solid-state image sensing device is shown in FIG. 1a. FIGS. 1b to 1e are explanatory diagrams showing various states of FIG. 1a.

第1図において、TはNPN型バイポーラトラ
ンジスタ(以下、単にトランジスタという)、R
は抵抗体、CBCはトランジスタTのベース・コレ
クタ間の接合容量、Sはスイツチ、1は接地端
子、4は出力端子、5は電源端子、7,8は接続
点をあらわす端子である。
In Figure 1, T is an NPN bipolar transistor (hereinafter simply referred to as a transistor), R
is a resistor, C BC is a junction capacitance between the base and collector of the transistor T, S is a switch, 1 is a ground terminal, 4 is an output terminal, 5 is a power supply terminal, and 7 and 8 are terminals representing connection points.

次に、動作について説明する。 Next, the operation will be explained.

初期状態として第1図aにおけるスイツチS
が、第1図bに示すように電源端子5に接続され
ている定常状態を考える。抵抗体Rには電流が流
れないので出力端子4の電位は0〔V〕、また、端
子7の電位はトランジスタTの順方向のベース・
エミツタ間電圧(以下VBEという)になる。他
方、端子8は電源電圧VCCになる。従つて、接合
容量CBCには、VCC−VBEだけの電圧がかかり、
CBC×(VCC−VBE)だけの電荷量が貯えられる。
As an initial state, the switch S in FIG.
Consider a steady state in which the power supply is connected to the power supply terminal 5 as shown in FIG. 1b. Since no current flows through the resistor R, the potential of the output terminal 4 is 0 [V], and the potential of the terminal 7 is the forward base of the transistor T.
It becomes the emitter voltage (hereinafter referred to as V BE ). On the other hand, terminal 8 becomes the power supply voltage V CC . Therefore, a voltage equal to V CC −V BE is applied to the junction capacitance C BC , and
The amount of charge equal to C BC × (V CC − V BE ) can be stored.

次に、第1図cに示すように、スイツチSを接
地すると、接合容量CBCに貯えられた電荷量はス
イツチSの切換えに対し不変であるので、端子7
の電位は−VCC+VBEとなる。
Next, as shown in FIG .
The potential of is −V CC +V BE .

次に、この第1図cの状態において、光をトラ
ンジスタTに照射すると、第1図dの状態にな
り、接合容量CBCに貯えられていた電荷量が放出
される。この放出された電荷量をΔQとすると、
照射後の接合容量CBCに存在する電荷量はCBC(VCC
−VBE)−ΔQとなる。
Next, when the transistor T is irradiated with light in the state shown in FIG. 1c, it becomes the state shown in FIG. 1d, and the amount of charge stored in the junction capacitance C BC is released. If this amount of released charge is ΔQ, then
The amount of charge present in the junction capacitance C BC after irradiation is C BC (V CC
−V BE )−ΔQ.

したがつて、接合容量CBC間の電圧は、(VCC
VBE−ΔQ/CBC)となり、端子7の電位は、−
(VCC−VBE−ΔQ/CBC)となる。
Therefore, the voltage across the junction capacitance C BC is (V CC
V BE −ΔQ/C BC ), and the potential of terminal 7 is −
(V CC −V BE −ΔQ/C BC ).

次に、第1図eに示すように、スイツチSを再
び電源端子5に接続すると、端子7,8の電位は
電源電圧VCCだけ高くなるので、端子7の電位
は、VBE+ΔQ/CBEとなり、出力端子4にΔQ/
CBEだけの電圧があらわれる。
Next, as shown in Figure 1e, when switch S is connected to power supply terminal 5 again, the potential at terminals 7 and 8 increases by the power supply voltage V CC , so the potential at terminal 7 becomes V BE +ΔQ/C BE and output terminal 4 has ΔQ/
C BE voltage only appears.

従来の固体撮像素子は以上のように構成されて
いるので、出力端子4はエミツタフオロアで出力
されるため、電圧利得が1であり、感度の向上が
望めないという欠点がある。また、第1図eの状
態で、端子8を流れる電流は増幅されているが、
電流出力にしたとき、外部での信号処理が複雑に
なる等の欠点がある。
Since the conventional solid-state image sensor is configured as described above, the output terminal 4 is outputted as an emitter follower, so the voltage gain is 1, and there is a drawback that no improvement in sensitivity can be expected. Furthermore, in the state shown in Figure 1e, the current flowing through the terminal 8 is amplified;
When using current output, there are drawbacks such as the complexity of external signal processing.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

この発明は、上記のような従来のものの欠点を
除去するためになされたもので、光信号による電
圧を差動増幅することにより、増幅された電圧信
号を取り出すことのできる固体撮像素子を提供す
るものである。以下、この発明の図面について説
明する。
The present invention was made to eliminate the drawbacks of the conventional devices as described above, and provides a solid-state imaging device that can extract an amplified voltage signal by differentially amplifying the voltage generated by an optical signal. It is something. Hereinafter, the drawings of this invention will be explained.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第2図aはこの発明の一実施例を示す回路図で
あり、第2図b〜eは第2図aの種々の状態を説
明するための回路路である。
FIG. 2a is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention, and FIGS. 2b to 2e are circuit paths for explaining various states of FIG. 2a.

第2図において、T1,T2,T3はNPN型バイ
ポーラトランジスタ(以下第1、第2、第3のト
ランジスタという)、R1およびR2は第1、第2の
抵抗体、S1およびS2は第1、第2のスイツチ、
CBCは第1のトランジスタT1のベース・コレクタ
間の接合容量である。また、1は接地端子、2,
3は入力端子、4は出力端子、5は電源端子、
6,7,8は接続点を示す端子であり、入力端子
3には第1の基準電圧Vref1が、また、第2のス
イツチS2の一方の端子には第2の基準電圧Vref2
が印加されている。
In FIG. 2, T 1 , T 2 , and T 3 are NPN bipolar transistors (hereinafter referred to as first, second, and third transistors), R 1 and R 2 are first and second resistors, and S 1 and S 2 are the first and second switches,
C BC is the base-collector junction capacitance of the first transistor T1 . In addition, 1 is a ground terminal, 2,
3 is an input terminal, 4 is an output terminal, 5 is a power supply terminal,
6, 7, and 8 are terminals indicating connection points, the input terminal 3 receives the first reference voltage V ref1 , and one terminal of the second switch S 2 receives the second reference voltage V ref2.
is applied.

次に、動作について説明する。 Next, the operation will be explained.

第2図aにおいて、第1のスイツチS1が閉じて
電源端子5が接続され、第2のスイツチS2が開い
ている場合、第2図bに示すように電流は流れな
いので、端子6を介して、入力端子3の電位と端
子7の電位はともに第1の基準電圧Vref1に等し
くなる。したがつて、接合容量CBC間の電圧は
VCC−Vref1となり、貯えられる電荷量はCBC(VCC
−Vref1)となる。
In Figure 2a, if the first switch S1 is closed and the power supply terminal 5 is connected, and the second switch S2 is open, no current flows and the terminal 6 is closed, as shown in Figure 2b. , the potential of the input terminal 3 and the potential of the terminal 7 both become equal to the first reference voltage V ref1 . Therefore, the voltage across junction capacitance C BC is
V CC −V ref1 , and the amount of charge stored is C BC (V CC
−V ref1 ).

次に、第2図aにおいて、第1のスイツチS1
接地された場合、第2図cに示す回路が形成さ
れ、端子7の電位は−CBC/CBC+CBEVCC+Vref1とな る。
Next, in Fig. 2a, if the first switch S1 is grounded, the circuit shown in Fig. 2c is formed, and the potential of terminal 7 is -C BC /C BC +C BE V CC +V ref1 . Become.

ここで、CBEは第1のトランジスタT1のベー
ス・エミツタ間の接合容量である。
Here, C BE is the base-emitter junction capacitance of the first transistor T1 .

次に、この第1のスイツチS1が接地された状態
において光を第1のトランジスタT1に照射する
と、第2図dの状態になり、接合容量CBCに貯え
られていた電荷量が放出される。放出された電荷
量をΔQとすると、照射後、接合容量CBCに存在す
る電荷量はCBC(CBC/CBC+CBEVCC−Vref1)−ΔQとな る。したがつて、接合容量CBC間の電圧は
CBC/CBC+CBEVCC-Vref1−ΔQ/CBCとなり、端子7の 電位は−CBC/CBC+CBEVCC+Vref1−ΔQ/CBCとなる。
Next, when light is irradiated to the first transistor T1 with the first switch S1 grounded, the state shown in Figure 2d is created, and the amount of charge stored in the junction capacitance C BC is released. be done. If the amount of charge released is ΔQ, the amount of charge existing in the junction capacitance C BC after irradiation is C BC (C BC /C BC +C BE V CC −V ref1 )−ΔQ. Therefore, the voltage across junction capacitance C BC is
C BC /C BC +C BE V CC- V ref1 -ΔQ/C BC , and the potential at terminal 7 becomes -C BC /C BC +C BE V CC+ V ref1 -ΔQ/C BC .

次に、第2図aにおいて、第2のスイツチS2
閉じて、第2の基準電圧Vref2に接続すると、第
2図eに示すように、第1の抵抗体R1および第
2のトランジスタT2に電流が流れる。この電流
をI2とすると、端子7の電位は端子6の電位より
低いので、第1のトランジスタT1には電流が流
れない。したがつて、出力端子4にはVCC−R1×
I2の電位があらわれる。
Next, in FIG. 2a, when the second switch S 2 is closed and connected to the second reference voltage V ref2 , the first resistor R 1 and the second resistor R 1 are connected as shown in FIG. 2e. Current flows through transistor T2 . If this current is I2 , the potential of the terminal 7 is lower than the potential of the terminal 6, so no current flows through the first transistor T1 . Therefore, output terminal 4 has V CC −R 1 ×
The potential of I 2 appears.

次に、第2図eの状態から、第1のスイツチS1
を電源端子5に接続すると、端子7の電位は
CBC/CBC+CBEVCC+Vref1+ΔQ/CBCとなり、入力端 子3の電位よりも高くなる。このため、第1のト
ランジスタT1にも電流が流れ、逆に第2のトラ
ンジスタT2を流れる電流が減る。このときの電
流変化をΔI2とすると、出力端子4の電位はVCC
−R1(I2−ΔI2)となる。
Next, from the state shown in Fig. 2 e, the first switch S 1
When connected to power supply terminal 5, the potential of terminal 7 is
C BC /C BC +C BE V CC +V ref1 +ΔQ/C BC , which is higher than the potential of input terminal 3. Therefore, current also flows through the first transistor T1 , and conversely, the current flowing through the second transistor T2 decreases. If the current change at this time is ΔI 2 , the potential of output terminal 4 is V CC
−R 1 (I 2 −ΔI 2 ).

したがつて、R1×ΔI2だけの電圧変化が出力端
子4にあらわれることになる。このΔI2は第2の
トランジスタT2の増幅率hfeにより電流増幅され
ているため、電圧変化は従来の方法に比較すると
はるかに大きくなる。
Therefore, a voltage change of R 1 ×ΔI 2 will appear at the output terminal 4. Since this ΔI 2 is current amplified by the amplification factor h fe of the second transistor T 2 , the voltage change is much larger than in the conventional method.

また、第1の抵抗体R1を大きくすることによ
り、電圧変化をさらに大きくすることも可能であ
る。
Further, by increasing the size of the first resistor R1 , it is possible to further increase the voltage change.

第3図は、第2図の回路を複数個組合わせて2
次元アレイを構成したイメージセンサの応用例を
示すものである。この例では列ごとにトランジス
タT1,T2,T3、第1、第2の抵抗体R1,R2、第
1、第2の基準電圧Vref1,Vref2を設けてある。
Figure 3 shows a combination of two or more circuits in Figure 2.
This is an example of an application of an image sensor configured as a dimensional array. In this example, transistors T 1 , T 2 , T 3 , first and second resistors R 1 , R 2 , and first and second reference voltages V ref1 and V ref2 are provided for each column.

また、上記実施例では、第2のトランジスタ
T2のコレクタを出力端子4としたが、第1の抵
抗体R1が大きいため、駆動能力が低下する場合
がある。この駆動能力が低下する場合は他の実施
例として第4図に示すように、第4のトランジス
タT4を用いてエミツタフオロワとして出力を増
幅すればよい。
Further, in the above embodiment, the second transistor
Although the collector of T 2 is set as the output terminal 4, since the first resistor R 1 is large, the driving ability may be reduced. If this driving ability decreases, as another embodiment, as shown in FIG. 4, the output may be amplified by using a fourth transistor T4 as an emitter follower.

また、S1,S2は第1、第2のスイツチとしてい
るが、MOSトランジスタやバイポーラトランジ
スタに置換することもできる。
Further, although S 1 and S 2 are used as first and second switches, they can also be replaced with MOS transistors or bipolar transistors.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、この発明は、3つのバイ
ポーラトランジスタと2つの抵抗体と2つのスイ
ツチからなる固体撮像素子であつて、第1のトラ
ンジスタのエミツタが第2のトランジスタのエミ
ツタおよび第3のトランジスタのコレクタと接続
され、前記第1のトランジスタのコレクタが、電
源またはアースと切換え可能な第1のスイツチに
接続され、前記第2のトランジスタのベースに第
1の基準電圧が与えられ、この第2のトランジス
タのコレクタは第1の抵抗体を介して電源端子に
接続され、第3のトランジスタのエミツタは第2
の抵抗体を介して接地され、この第3のトランジ
スタのベースは第2のスイツチを介して第2の基
準電圧に接続され、前記第2のトランジスタのコ
レクタから出力を取り出す構成としたので、光電
変換された信号を差動増幅して、出力は増幅され
た電圧信号となる。したがつて、固体撮像素子の
外部で増幅する必要がないため、増幅のための周
辺回路や、電流−電圧変換器等は一切必要としな
いという利点がある。
As explained above, the present invention provides a solid-state imaging device consisting of three bipolar transistors, two resistors, and two switches, in which the emitter of the first transistor is connected to the emitter of the second transistor and the emitter of the third transistor. , the collector of the first transistor is connected to a first switch that can be switched to a power supply or ground, a first reference voltage is applied to the base of the second transistor, and the second transistor is connected to a first reference voltage. The collector of the transistor is connected to the power supply terminal via the first resistor, and the emitter of the third transistor is connected to the second
The base of the third transistor is connected to the second reference voltage via the second switch, and the output is taken out from the collector of the second transistor. The converted signal is differentially amplified, and the output is an amplified voltage signal. Therefore, since there is no need for amplification outside the solid-state image sensor, there is an advantage that no peripheral circuits for amplification, current-voltage converters, etc. are required.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図aは従来の固体撮像素子の回路図、第1
図b〜eは第1図aの種々の状態を説明する回路
図、第2図aはこの発明の一実施例の回路図、第
2図b〜eは第2図aの種々の状態を説明する回
路図、第3図は第2図の回路を複数個組合わせた
イメージセンサの回路図、第4図はこの発明の他
の実施例の固体撮像素子の回路図である。 図中、T1,T2,T3,T4はそれぞれ第1、第
2、第3、第4のトランジスタ、R1,R2は第1、
第2の抵抗体、S1,S2は第1、第2のスイツチ、
1は接地端子、2,3は入力端子、4は出力端
子、5は電源端子、6,7,8は端子、CBCは第
1のトランジスタT1のベース・コレクタ間の接
合容量、Vref1,Vref22は第1、第2の基準電圧
である。なお、図中の同一符号は同一または相当
部分を示す。
Figure 1a is a circuit diagram of a conventional solid-state image sensor;
Figures b to e are circuit diagrams explaining various states of Figure 1a, Figure 2a is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and Figures 2b to e are circuit diagrams explaining various states of Figure 2a. FIG. 3 is a circuit diagram of an image sensor in which a plurality of the circuits shown in FIG. 2 are combined, and FIG. 4 is a circuit diagram of a solid-state image sensor according to another embodiment of the present invention. In the figure, T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 are the first, second, third, and fourth transistors, respectively, and R 1 and R 2 are the first,
the second resistor, S 1 and S 2 are the first and second switches;
1 is the ground terminal, 2 and 3 are the input terminals, 4 is the output terminal, 5 is the power supply terminal, 6, 7, and 8 are the terminals, C BC is the junction capacitance between the base and collector of the first transistor T 1 , V ref 1, V ref22 are the first and second reference voltages. Note that the same reference numerals in the figures indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 3つのバイポーラトランジスタと2つの抵抗
体と2つのスイツチからなる固体撮像素子であつ
て、第1のバイポーラトランジスタのエミツタが
第2のバイポーラトランジスタのエミツタおよび
第3のバイポーラトランジスタのコレクタと接続
され、前記第1のバイポーラトランジスタのコレ
クタが、電源またはアースと切換え可能な第1の
スイツチに接続され、前記第2のバイポーラトラ
ンジスタのベースに第1の基準電圧が与えられ、
この第2のバイポーラトランジスタのコレクタが
第1の抵抗体を介して電源端子に接続され、第3
のバイポーラトランジスタのエミツタが第2の抵
抗体を介して接地され、前記第3のバイポーラト
ランジスタのベースが第2のスイツチを介して第
2の基準電圧に接続され、前記第2のバイポーラ
トランジスタのコレクタと前記第1の抵抗体の接
続点に出力端子を設け、前記第1のバイポーラト
ランジスタのベース・コレクタ間で光電変換を行
うことを特徴とする固体撮像素子。 2 第1のスイツチおよび第2のスイツチとし
て、MOSトランジスタを用いたことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の固体撮像素子。 3 第1のスイツチおよび第2のスイツチとし
て、バイポーラトランジスタを用いたことを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の固体撮像素
子。
[Scope of Claims] 1. A solid-state imaging device consisting of three bipolar transistors, two resistors, and two switches, in which the emitter of the first bipolar transistor is connected to the emitter of the second bipolar transistor and the emitter of the third bipolar transistor. , the collector of the first bipolar transistor is connected to a first switch that can be switched to a power supply or ground, and a first reference voltage is applied to the base of the second bipolar transistor,
The collector of this second bipolar transistor is connected to the power supply terminal via the first resistor, and the collector of the second bipolar transistor is connected to the power supply terminal via the first resistor.
The emitter of the bipolar transistor is grounded via a second resistor, the base of the third bipolar transistor is connected to a second reference voltage via a second switch, and the collector of the second bipolar transistor is grounded via a second resistor. An output terminal is provided at a connection point between the first bipolar transistor and the first resistor, and photoelectric conversion is performed between the base and collector of the first bipolar transistor. 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein MOS transistors are used as the first switch and the second switch. 3. The solid-state image sensor according to claim 1, wherein bipolar transistors are used as the first switch and the second switch.
JP59185753A 1984-09-03 1984-09-03 solid-state image sensor Granted JPS6162284A (en)

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JPS63161780A (en) * 1986-12-25 1988-07-05 Hamamatsu Photonics Kk Solid-state image pickup element
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