JPH039535A - 電荷検出回路 - Google Patents
電荷検出回路Info
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- JPH039535A JPH039535A JP1143139A JP14313989A JPH039535A JP H039535 A JPH039535 A JP H039535A JP 1143139 A JP1143139 A JP 1143139A JP 14313989 A JP14313989 A JP 14313989A JP H039535 A JPH039535 A JP H039535A
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- transistor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は特に高利得の電荷検出を行なう電荷検出回路に
関する。
関する。
(従来の技術)
従来のCCD (Charge Coupled De
vlce)等に用いられる電荷検出では同一基板上に浮
遊拡散層を形成しリセットパルスと所定の位相関係を保
ちつつ浮遊拡散層に信号電荷を流入させ、この浮遊拡散
層における電位変化を高入力インピーダンスのバッファ
、例えばソースホロワ回路にて検出するという方法が用
いられている。
vlce)等に用いられる電荷検出では同一基板上に浮
遊拡散層を形成しリセットパルスと所定の位相関係を保
ちつつ浮遊拡散層に信号電荷を流入させ、この浮遊拡散
層における電位変化を高入力インピーダンスのバッファ
、例えばソースホロワ回路にて検出するという方法が用
いられている。
電荷検出回路の利得Gを、単位信号電荷に対する出力電
圧の比で定義すると、これは浮遊拡散層の容量をC、ソ
ースホロワ回路の電圧利得をAvとしてG””(1/C
)Avとあられされる。利得Gを大きくするためには容
ff1cを小さくするか、あるいはAvを大きくするか
をしなければならない。
圧の比で定義すると、これは浮遊拡散層の容量をC、ソ
ースホロワ回路の電圧利得をAvとしてG””(1/C
)Avとあられされる。利得Gを大きくするためには容
ff1cを小さくするか、あるいはAvを大きくするか
をしなければならない。
ところで容′mCはデバイスマスクあわせ等の加工精度
や浮遊拡散層の浮遊容量等の制約により限界があり、又
、電圧利得Ayは一般に1を越える値とはならない。こ
のため、電荷検出の利得を大きくするために、オンチッ
プ増幅を付加する方法、すなわちソースホロワ回路の出
力端子にさらに増幅回路を設けることが考えられている
。
や浮遊拡散層の浮遊容量等の制約により限界があり、又
、電圧利得Ayは一般に1を越える値とはならない。こ
のため、電荷検出の利得を大きくするために、オンチッ
プ増幅を付加する方法、すなわちソースホロワ回路の出
力端子にさらに増幅回路を設けることが考えられている
。
以下、従来の電荷検出回路を第2図を用いて説明する。
この回路は、信号電圧を検出するソースホロワ回路(2
15) このソースホロワ回路(215)の負荷MO
Sトランジスタ(210)に印加する電圧を発生するた
めの電圧発生回路(205a)、ソースホロワ回路(2
15)の出力を電圧増幅するインバータ増幅回路(20
5b)の3つから構成されている。各部分の構成を以下
順次説明する。まずソースホロワ回路(215)につい
ては、浮遊拡散層(201a)はリセットスイッチであ
るMOSトランジスタ(202a)のソース側に接続さ
れている。リセットスイッチであるMOS)ランジスタ
(202a)のドレインはリセットドレイン電圧(20
3)に接続され、ゲートはリセットパルス印加端子(2
04a)に接続されている。
15) このソースホロワ回路(215)の負荷MO
Sトランジスタ(210)に印加する電圧を発生するた
めの電圧発生回路(205a)、ソースホロワ回路(2
15)の出力を電圧増幅するインバータ増幅回路(20
5b)の3つから構成されている。各部分の構成を以下
順次説明する。まずソースホロワ回路(215)につい
ては、浮遊拡散層(201a)はリセットスイッチであ
るMOSトランジスタ(202a)のソース側に接続さ
れている。リセットスイッチであるMOS)ランジスタ
(202a)のドレインはリセットドレイン電圧(20
3)に接続され、ゲートはリセットパルス印加端子(2
04a)に接続されている。
次に電圧発生回路(205a)について説明する。浮遊
拡散層(201b)は同様にリセットスイ・ソチである
MOS)ランジスタ(202b)のソース側に接続され
ている。リセットスイッチであるMOSトランジスタ(
202b)のドレインはリセットドレイン電圧(203
)に接続され、ゲートはリセットパルス印加端子(20
4b)に接続されている。
拡散層(201b)は同様にリセットスイ・ソチである
MOS)ランジスタ(202b)のソース側に接続され
ている。リセットスイッチであるMOSトランジスタ(
202b)のドレインはリセットドレイン電圧(203
)に接続され、ゲートはリセットパルス印加端子(20
4b)に接続されている。
この回路は負荷MOSトランジスタ(207) 、及び
ドライバーMOSトランジスタ(208)から構成され
ている。負荷MOSトランジスタ(207)のゲートは
浮遊拡散層(210b)に接続され、ドレインは電源電
圧(20B)に接続されている。ドライバーMOS)ラ
ンジスタ(208)のゲートはドレインと接続され、ま
た、負荷MO3)ランジスタ(2Q7)のソースにも接
続されている。インバータ回路(205a)の入力はド
ライバーMOSトランジスタ(208)のゲートに入力
され、出力はドライバーMOSトランジスタ(20g)
のドレインから出力される。
ドライバーMOSトランジスタ(208)から構成され
ている。負荷MOSトランジスタ(207)のゲートは
浮遊拡散層(210b)に接続され、ドレインは電源電
圧(20B)に接続されている。ドライバーMOS)ラ
ンジスタ(208)のゲートはドレインと接続され、ま
た、負荷MO3)ランジスタ(2Q7)のソースにも接
続されている。インバータ回路(205a)の入力はド
ライバーMOSトランジスタ(208)のゲートに入力
され、出力はドライバーMOSトランジスタ(20g)
のドレインから出力される。
ソースホロワ回路(215)はドライバーMOS)ラン
ジスタ(209) 、及び負荷MOSトランジスタ(2
10)から構成されている。ソースホロワ(215)の
入力はドライバーMOSトランジスタ(209)のゲー
トから入力され、出力はドライバーMOS)ランジスタ
(209)のソースから出力される。ドライバーMOS
トランジスタ(209)のゲートは浮遊拡散層(201
a)に接続され、ドレインは電源電圧(20B)に接続
されている。負荷MOSトランジスタ(210)のゲー
トはインバータ回路(205a)の出力が接続され、ド
レインはドライバーMOSトランジスタ(209)のソ
ースに接続されている。
ジスタ(209) 、及び負荷MOSトランジスタ(2
10)から構成されている。ソースホロワ(215)の
入力はドライバーMOSトランジスタ(209)のゲー
トから入力され、出力はドライバーMOS)ランジスタ
(209)のソースから出力される。ドライバーMOS
トランジスタ(209)のゲートは浮遊拡散層(201
a)に接続され、ドレインは電源電圧(20B)に接続
されている。負荷MOSトランジスタ(210)のゲー
トはインバータ回路(205a)の出力が接続され、ド
レインはドライバーMOSトランジスタ(209)のソ
ースに接続されている。
インバータ回路(205b)は負荷MoSトランジスタ
(211) 、及びドライバーMO3)ランジスタ(2
12)から構成されている。インバータ回路(205b
)の入力はドライバーMOSトランジスタ(112)の
ドレインから入力され、出力は負荷MOSトランジスタ
(211)のソースから出力され出力端子(21B)に
接続されている。負荷MOSトランジスタ(211)の
ゲートはドレインと接続されており、ドレインは電源電
圧(20B)に接続されている。ドライバーMOSトラ
ンジスタ(212)のゲートはソースホロワ回路(21
5)のドライバーMO3)ランジスタ(209)のソー
スに接続されており、ドレインは負荷MOSトランジス
タ(211)のソースに接続されている。
(211) 、及びドライバーMO3)ランジスタ(2
12)から構成されている。インバータ回路(205b
)の入力はドライバーMOSトランジスタ(112)の
ドレインから入力され、出力は負荷MOSトランジスタ
(211)のソースから出力され出力端子(21B)に
接続されている。負荷MOSトランジスタ(211)の
ゲートはドレインと接続されており、ドレインは電源電
圧(20B)に接続されている。ドライバーMOSトラ
ンジスタ(212)のゲートはソースホロワ回路(21
5)のドライバーMO3)ランジスタ(209)のソー
スに接続されており、ドレインは負荷MOSトランジス
タ(211)のソースに接続されている。
いま、それぞれ回路のV 、V 、V におけC
D る電位を等しくするためにMo3)ランジスタの条件を
以下のように設定する。MOSトランジスタのゲート長
さをり、ゲート幅をWとしてMOSトランジスタのW/
Lを求める。例えばインバータ回路(205a)のMO
Sトランジスタ(207)の比をW、/L、、MOS
トランジスタ(2H)の比をW2/L2としてその比(
Wl /Ll ) /(W2 /L2 ) (形成比
)を求める。同様にソースホロワ回路(215) 、及
びインバータ回路(205b)の比を求める。いまこの
値をすべて等しくしてV、V、V、における電位を等し
くする。
D る電位を等しくするためにMo3)ランジスタの条件を
以下のように設定する。MOSトランジスタのゲート長
さをり、ゲート幅をWとしてMOSトランジスタのW/
Lを求める。例えばインバータ回路(205a)のMO
Sトランジスタ(207)の比をW、/L、、MOS
トランジスタ(2H)の比をW2/L2としてその比(
Wl /Ll ) /(W2 /L2 ) (形成比
)を求める。同様にソースホロワ回路(215) 、及
びインバータ回路(205b)の比を求める。いまこの
値をすべて等しくしてV、V、V、における電位を等し
くする。
C
次に動作を説明する。まず、電源電圧(206)とリセ
ットドレイン電圧(203)は同一電圧に設定する。電
荷転送装置(図示せず)から得られた信号電荷はリセッ
トパルスと所定の位相関係を保ちつつ浮遊拡散層(20
1a)に流入し、この浮遊拡散層(201a)における
電位変化がソースホロワ回路(215)のドライバーM
OSトランジスタ(209)に流れる電流を変化させて
電圧の信号として検出される。もう一方の浮遊拡散層(
201b)はリセットパルス印加端子(204a)、(
204b)に発生するリセットノイズを軽減するために
設けられており電荷は流入されず、はとんど変動せずに
リセットドレイン電圧(203)の値をとっている。
ットドレイン電圧(203)は同一電圧に設定する。電
荷転送装置(図示せず)から得られた信号電荷はリセッ
トパルスと所定の位相関係を保ちつつ浮遊拡散層(20
1a)に流入し、この浮遊拡散層(201a)における
電位変化がソースホロワ回路(215)のドライバーM
OSトランジスタ(209)に流れる電流を変化させて
電圧の信号として検出される。もう一方の浮遊拡散層(
201b)はリセットパルス印加端子(204a)、(
204b)に発生するリセットノイズを軽減するために
設けられており電荷は流入されず、はとんど変動せずに
リセットドレイン電圧(203)の値をとっている。
いま、リセットパルス印加端子(204a)にリセット
パルスを印加(このとき、リセットパルス印加端子<2
04b)も同時にリセットパルスが印加−される)して
リセットスイッチであるMOS)ランジスタ(202a
)、(202b)をオン(ON)状態にすると浮遊拡散
層(201a)、(201b)の電位は電源電圧(20
G)と等しくなる。オン状態であるとドライバーMOS
トランジスタ(209)のゲートに電源電圧(208)
及び負荷MOSトランジスタ(210’)のゲートに電
位VBがかかるためソースホロワ回路(215)の出力
における電位Vcとインバータ回路(205a)の出力
における電位VBとが等しくなる。そしてインバータ回
路(205b)の出力における電位VDも負荷MOSト
ランジスタ(211)のゲートに電源電圧。
パルスを印加(このとき、リセットパルス印加端子<2
04b)も同時にリセットパルスが印加−される)して
リセットスイッチであるMOS)ランジスタ(202a
)、(202b)をオン(ON)状態にすると浮遊拡散
層(201a)、(201b)の電位は電源電圧(20
G)と等しくなる。オン状態であるとドライバーMOS
トランジスタ(209)のゲートに電源電圧(208)
及び負荷MOSトランジスタ(210’)のゲートに電
位VBがかかるためソースホロワ回路(215)の出力
における電位Vcとインバータ回路(205a)の出力
における電位VBとが等しくなる。そしてインバータ回
路(205b)の出力における電位VDも負荷MOSト
ランジスタ(211)のゲートに電源電圧。
トイバーMO3hランジスタ(212)のゲートにV
の電位がかかるため電位Vcと等しくなる。
の電位がかかるため電位Vcと等しくなる。
このとき、インバータ回路(205a)、(205b)
、及びソースホロワ回路(215)の形状比をすべて等
しくしているためv 、■ 及びVDの電位が等しくC なりソースホロワ回路(215)の出力をインバータ回
路(205b)の入力ダイナミックレンジ内に入れるこ
とができる。このため、インバータ回路(205b)の
入出力特性を第3図に示した特性とすれば入出力が等し
いため入力と出力とが比例して増加を示している直線領
域におけるある値をとる。
、及びソースホロワ回路(215)の形状比をすべて等
しくしているためv 、■ 及びVDの電位が等しくC なりソースホロワ回路(215)の出力をインバータ回
路(205b)の入力ダイナミックレンジ内に入れるこ
とができる。このため、インバータ回路(205b)の
入出力特性を第3図に示した特性とすれば入出力が等し
いため入力と出力とが比例して増加を示している直線領
域におけるある値をとる。
次にリセットスイッチであるMOS)ランジスタ(20
2a)、(202b)をオフ(OFF)状態にする。
2a)、(202b)をオフ(OFF)状態にする。
このとき電位v 、■ はリセットノイズ分だけC
変動するがこの電位変動は小さいとすればインバータ回
路(205b)の動作点を設定することができる。
路(205b)の動作点を設定することができる。
オフ状態であると、信号電荷が流入した浮遊拡散層(2
01a)における電位は電荷量の増加に対して低下しソ
ースホロワ回路(215)のドライバーMOSトランジ
スタ(209)のゲートにかかる。このドライバーMO
Sトランジスタ(209)のゲート電圧が変化すること
によりソースホロワ回路(215)に流れる電流が変化
しV。の電位が変化する。Vcの電位はインバータ回路
(205b)のドライバーMOSトランジスタ(212
)のゲートにかかり、インバータ回路(205b)に流
れる電流を変化させ、■、の電位が変化して出力端子(
21B)に出力される。
01a)における電位は電荷量の増加に対して低下しソ
ースホロワ回路(215)のドライバーMOSトランジ
スタ(209)のゲートにかかる。このドライバーMO
Sトランジスタ(209)のゲート電圧が変化すること
によりソースホロワ回路(215)に流れる電流が変化
しV。の電位が変化する。Vcの電位はインバータ回路
(205b)のドライバーMOSトランジスタ(212
)のゲートにかかり、インバータ回路(205b)に流
れる電流を変化させ、■、の電位が変化して出力端子(
21B)に出力される。
上記の構成によれば、増幅段としてインバータ回路(2
05b)を設けて高利得の電荷検出を行なうこができる
が、インバータ回路(205b)の負荷MOSトランジ
スタ(211)のゲートに電源電圧(20B)を印加し
ているため、電源電圧(20B)が変動を起こすと、■
、の電位が変動してしまう。電源電圧(20B)はノイ
ズ等が混入される場合がありこれにより電源変動が起こ
る。このため、浮遊拡散層(201a)に流入した信号
電荷による電位変化に、この電源電圧(20B)の変動
が加わる場合があり安定した電位を得ることができなく
なるという問題が起こる。
05b)を設けて高利得の電荷検出を行なうこができる
が、インバータ回路(205b)の負荷MOSトランジ
スタ(211)のゲートに電源電圧(20B)を印加し
ているため、電源電圧(20B)が変動を起こすと、■
、の電位が変動してしまう。電源電圧(20B)はノイ
ズ等が混入される場合がありこれにより電源変動が起こ
る。このため、浮遊拡散層(201a)に流入した信号
電荷による電位変化に、この電源電圧(20B)の変動
が加わる場合があり安定した電位を得ることができなく
なるという問題が起こる。
また、この問題を解決するためにインバータ回路(20
5b)の負荷MOSトランジスタ(211)のゲートに
接続される電源と、ドレインに接続される電源とを別に
する方法が考えられるが、電源をさらに別に設けなけれ
ばならないということや、またそれの製造コストがかか
つてしまう。尚、MOSトランジスタ(207)、(2
09)、(211,) (7)しきい値”Tl+は各々
同一とし、vTHの極めて小さいEトランジスタとする
。MOSトランジスタ(208) 、 (210) 。
5b)の負荷MOSトランジスタ(211)のゲートに
接続される電源と、ドレインに接続される電源とを別に
する方法が考えられるが、電源をさらに別に設けなけれ
ばならないということや、またそれの製造コストがかか
つてしまう。尚、MOSトランジスタ(207)、(2
09)、(211,) (7)しきい値”Tl+は各々
同一とし、vTHの極めて小さいEトランジスタとする
。MOSトランジスタ(208) 、 (210) 。
(212)のしきい値vTHは各々同一とじVT■1が
中程度(2〜3V)のEトランジスタとする。MOSト
ランジスタ(201a)、(201b)はDトランジス
タとする。
中程度(2〜3V)のEトランジスタとする。MOSト
ランジスタ(201a)、(201b)はDトランジス
タとする。
(発明が解決しようとする課題)
従来の電荷検出回路においては、増幅段の動作点設定が
自動的に行なわれるが、増幅段とじて設けた第1の反転
型増幅器の負荷MOS)ランジスタのゲートに電源電圧
を印加しているため、この電源電圧に変動がある場合、
出力にこの変動が現われ、安定した電荷検出ができくな
るという問題があった。
自動的に行なわれるが、増幅段とじて設けた第1の反転
型増幅器の負荷MOS)ランジスタのゲートに電源電圧
を印加しているため、この電源電圧に変動がある場合、
出力にこの変動が現われ、安定した電荷検出ができくな
るという問題があった。
本発明においては、第1の反転型増幅器の後段に第2の
反転型増幅器を付加することにより、増幅段の動作点設
定を自動的に行ない、さらに電源電圧による出力の変動
を軽減させ、安定した電荷検出を行なうことを目的とす
る。
反転型増幅器を付加することにより、増幅段の動作点設
定を自動的に行ない、さらに電源電圧による出力の変動
を軽減させ、安定した電荷検出を行なうことを目的とす
る。
[発明の構成コ
(課題を解決するための手段)
本発明においては半導体基板上に形成された浮遊拡散層
と、 前記浮遊拡散層の電位をリセットするリセットスイッチ
と、 前記浮遊拡散層の電位を第1のドライバーMOSトラン
ジスタのゲート側から入力とするソースホロワ回路と、 このソースホロワ回路の出力を第2のドライバーMOS
トランジスタのゲート側から入力とする第1の反転型増
幅器と、 前記第1の反転型増幅器の出力を第3のドライバーMO
Sトランジスタのゲート側から入力とする第2の反転型
増幅器と、 前記ソースホロワ回路の負荷MO3)−ランジスタのゲ
ート側を入力及び出力とする第3の反転型増幅器とを具
備したことを特徴とする電荷検出回路を提供する。
と、 前記浮遊拡散層の電位をリセットするリセットスイッチ
と、 前記浮遊拡散層の電位を第1のドライバーMOSトラン
ジスタのゲート側から入力とするソースホロワ回路と、 このソースホロワ回路の出力を第2のドライバーMOS
トランジスタのゲート側から入力とする第1の反転型増
幅器と、 前記第1の反転型増幅器の出力を第3のドライバーMO
Sトランジスタのゲート側から入力とする第2の反転型
増幅器と、 前記ソースホロワ回路の負荷MO3)−ランジスタのゲ
ート側を入力及び出力とする第3の反転型増幅器とを具
備したことを特徴とする電荷検出回路を提供する。
(作 用)
本発明の電荷検出回路においては増幅段の動作点設定を
自動的に行ない、さらに第1の反転型増幅器の後段に第
2の反転型増幅器を設けたことにより、第1の反転型増
幅器の負荷MO3)ランジスタのゲートに電荷電圧を印
加しているために起こる第1の反転型増幅器の出力の変
動を反転させて電源電圧の変動に対して安定した出力を
得られるようにする。
自動的に行ない、さらに第1の反転型増幅器の後段に第
2の反転型増幅器を設けたことにより、第1の反転型増
幅器の負荷MO3)ランジスタのゲートに電荷電圧を印
加しているために起こる第1の反転型増幅器の出力の変
動を反転させて電源電圧の変動に対して安定した出力を
得られるようにする。
(実施例)
以下、本発明の実施例を第1図を用いて説明する。浮遊
拡散層(101a)はリセットスイッチであるMOS)
ランジスタ(102a)のソース側に接続されている。
拡散層(101a)はリセットスイッチであるMOS)
ランジスタ(102a)のソース側に接続されている。
リセットスイッチであるMOS)ランジスタ(LO2a
)のドレインはリセットドレイン電圧(103)に接続
され、ゲートはリセットパルス印加端子(104a)に
接続されている。又、一方の浮遊拡散層(+otb>は
同様にリセットスイッチであるMOSトランジスタ(1
02b)のソース側に接続されている。リセットスイッ
チであるMOS)ランジスタ(1,02b)のドレイン
はリセットドレイン電圧(ioa)に接続され、ゲート
はリセットパルス印加端子(104b)に接続されてい
る。
)のドレインはリセットドレイン電圧(103)に接続
され、ゲートはリセットパルス印加端子(104a)に
接続されている。又、一方の浮遊拡散層(+otb>は
同様にリセットスイッチであるMOSトランジスタ(1
02b)のソース側に接続されている。リセットスイッ
チであるMOS)ランジスタ(1,02b)のドレイン
はリセットドレイン電圧(ioa)に接続され、ゲート
はリセットパルス印加端子(104b)に接続されてい
る。
インバータ回路(105a)は負荷MOS)ランジスタ
(107) 、及びドライバーMOSトランジスタ(1
0g)から構成されている。負荷MOSトランジスタ(
107)のゲートは浮遊拡散層(lOlb)に接続され
、ドレインは電源電圧(106)に接続されている。
(107) 、及びドライバーMOSトランジスタ(1
0g)から構成されている。負荷MOSトランジスタ(
107)のゲートは浮遊拡散層(lOlb)に接続され
、ドレインは電源電圧(106)に接続されている。
ドライバーMOSトランジスタ(108)のゲートはド
レインと接続され、また、負荷MOSトラジスタ(10
7)のソースにも接続されている。インバータ回路(1
05a)の入力はドライバーMOSトランジスタ(10
g)のゲートから人力され、出力はドライバーMOSト
ランジスタ(101i)のドレインから出力される。
レインと接続され、また、負荷MOSトラジスタ(10
7)のソースにも接続されている。インバータ回路(1
05a)の入力はドライバーMOSトランジスタ(10
g)のゲートから人力され、出力はドライバーMOSト
ランジスタ(101i)のドレインから出力される。
ソースホロワ回路(115)はドライバーMOSトラン
ジスタ(109) 、及び負荷MOSトランジスタ(1
10)から構成されている。ソースホロワ回路(115
)の入力はドライバーMOSトランジスタ(109)の
ゲートから入力され、出力はドライバーMOSトランジ
スタ(109)のソースから出力される。ドライバーM
OSトランジスタ(1口9)のゲートは浮遊拡散層(l
Ola)に接続され、ドレインは電源電圧(10B)に
接続されている。負荷MO3)ランジスタ(110)の
ゲートはインバータ回路(105a)の出力に接続され
、ドレインはドライバーMOSトランジスタ(109)
のソースに接続されている。
ジスタ(109) 、及び負荷MOSトランジスタ(1
10)から構成されている。ソースホロワ回路(115
)の入力はドライバーMOSトランジスタ(109)の
ゲートから入力され、出力はドライバーMOSトランジ
スタ(109)のソースから出力される。ドライバーM
OSトランジスタ(1口9)のゲートは浮遊拡散層(l
Ola)に接続され、ドレインは電源電圧(10B)に
接続されている。負荷MO3)ランジスタ(110)の
ゲートはインバータ回路(105a)の出力に接続され
、ドレインはドライバーMOSトランジスタ(109)
のソースに接続されている。
インバータ回路(105b)は負荷MOSトランジスタ
(111)、及びドライバーMOSトランジスタ(11
2)から構成されている。インバータ回路(105b)
の入力はドライバーMOSトランジスタ(112>のド
レインから入力され、出力は負荷MOSトランジスタ(
ill、)のソースから出力されている。負荷MOSト
ランジスタ(111)のゲートはドレインと接続されて
おり、ドレインは電源電圧(106)に接続されている
。ドライバーMOSトランジスタ(112)のゲートは
ソースホロワ回路(H5)のドライバーMOS)ランジ
スタ(109)のソースに接続されており、ドレインは
負荷MOSトランジスタ(l11)のソースに接続され
ている。
(111)、及びドライバーMOSトランジスタ(11
2)から構成されている。インバータ回路(105b)
の入力はドライバーMOSトランジスタ(112>のド
レインから入力され、出力は負荷MOSトランジスタ(
ill、)のソースから出力されている。負荷MOSト
ランジスタ(111)のゲートはドレインと接続されて
おり、ドレインは電源電圧(106)に接続されている
。ドライバーMOSトランジスタ(112)のゲートは
ソースホロワ回路(H5)のドライバーMOS)ランジ
スタ(109)のソースに接続されており、ドレインは
負荷MOSトランジスタ(l11)のソースに接続され
ている。
付加インバータ回路(105c)は付加MOSトランジ
スタ(113) 、及びドライバーMOSトランジスタ
(114)から構成されている。付加インバータ回路(
105c)の入力はドライバーMOSトランジスタ(1
14)のゲートから入力され、出力は負荷MOSトラン
ジスタ(113)のソースから出力され、出力端子(t
te)に接続されている。負荷MOSトランジスタ(1
13)のゲートは電源電圧(10B)に接続され、また
ドレインも同様に電源電圧(10B)に接続されている
。ドライバーMOSトランジスタ(114)のゲートは
インバータ回路(105b)の負荷MO3)ランジスタ
(ILL)のソースに接続されドレインは負荷MO3)
ランジスタ(113)のソースに接続されている。
スタ(113) 、及びドライバーMOSトランジスタ
(114)から構成されている。付加インバータ回路(
105c)の入力はドライバーMOSトランジスタ(1
14)のゲートから入力され、出力は負荷MOSトラン
ジスタ(113)のソースから出力され、出力端子(t
te)に接続されている。負荷MOSトランジスタ(1
13)のゲートは電源電圧(10B)に接続され、また
ドレインも同様に電源電圧(10B)に接続されている
。ドライバーMOSトランジスタ(114)のゲートは
インバータ回路(105b)の負荷MO3)ランジスタ
(ILL)のソースに接続されドレインは負荷MO3)
ランジスタ(113)のソースに接続されている。
いま、それぞれの回路のV 、V 、V におり
CD ける電位を等しくするためにMOS)ランジスタの条件
を以下のように設定する。MOS)ランジスタのゲート
長さをり、ゲート幅をWとしてMOSトランジスタのW
/Lを求める。例えばインバータ回路(105a)のM
OSトランジスタ(107)の比をW3 /L3 、M
OS )う:/ジスタ(108) (7)比をW4/、
[,4としてその比(W3/L3)/(W4 / L
4 )を求める。同様にソースホロワ回路(115)
、及びインバータ回路(105b)の比を求める。いま
、この値をすべて等しくしてV 、 Vc■、にお
ける電位を等しくする 次に動作を説明する。まず電源電圧(10B)とリセッ
トドレイン電圧(103)は同一電圧に設定する。
CD ける電位を等しくするためにMOS)ランジスタの条件
を以下のように設定する。MOS)ランジスタのゲート
長さをり、ゲート幅をWとしてMOSトランジスタのW
/Lを求める。例えばインバータ回路(105a)のM
OSトランジスタ(107)の比をW3 /L3 、M
OS )う:/ジスタ(108) (7)比をW4/、
[,4としてその比(W3/L3)/(W4 / L
4 )を求める。同様にソースホロワ回路(115)
、及びインバータ回路(105b)の比を求める。いま
、この値をすべて等しくしてV 、 Vc■、にお
ける電位を等しくする 次に動作を説明する。まず電源電圧(10B)とリセッ
トドレイン電圧(103)は同一電圧に設定する。
電荷転送装置(図示せず)から得られた信号電荷はリセ
ットパルスと所定の位相関係を保ちつつ浮遊拡散層(1
01a)に流入し、この浮遊拡散層(iota)におけ
る電位変化がソースホロワ回路(115)のドライバー
MO3)ランジスタ(109)に流れる電流を変化させ
て電圧の信号とし、て検出される。もう一方の浮遊拡散
層(lOLb)はリセットパルス印加端子(104a)
、(104b)に発生するリセットノイズを軽減するた
めに設けられており電荷は流入されず、はとんど変動せ
ずにリセットドレイン電圧(103)の値をとっている
。
ットパルスと所定の位相関係を保ちつつ浮遊拡散層(1
01a)に流入し、この浮遊拡散層(iota)におけ
る電位変化がソースホロワ回路(115)のドライバー
MO3)ランジスタ(109)に流れる電流を変化させ
て電圧の信号とし、て検出される。もう一方の浮遊拡散
層(lOLb)はリセットパルス印加端子(104a)
、(104b)に発生するリセットノイズを軽減するた
めに設けられており電荷は流入されず、はとんど変動せ
ずにリセットドレイン電圧(103)の値をとっている
。
いま、リセットパルス印加端子(104a)にリセット
パルスを印加(このとき、リセットパルス印加端子(L
O4b)も同時にリセットパルスが印加される)してリ
セットスイッチであるMOS)ランジスタ(LO2a)
、(102b)をオン(ON)状態にすると浮遊拡散層
(101a)、(101b)の電位は電源電圧(10B
)と等しくなる。オン(ON)状態であるとドライバー
MO3)ランジスタ(109)のゲートに電源電圧(1
0B) 、及び負荷MOS)ランジスタ(110)のゲ
ートに電位VBがかかるためソースホロワ回路(l15
)の出力における電位V。とインバータ回路(105a
)の出力における電位VBとが等しくなる。
パルスを印加(このとき、リセットパルス印加端子(L
O4b)も同時にリセットパルスが印加される)してリ
セットスイッチであるMOS)ランジスタ(LO2a)
、(102b)をオン(ON)状態にすると浮遊拡散層
(101a)、(101b)の電位は電源電圧(10B
)と等しくなる。オン(ON)状態であるとドライバー
MO3)ランジスタ(109)のゲートに電源電圧(1
0B) 、及び負荷MOS)ランジスタ(110)のゲ
ートに電位VBがかかるためソースホロワ回路(l15
)の出力における電位V。とインバータ回路(105a
)の出力における電位VBとが等しくなる。
このとき、インバータ回路(L(15a)、(105b
)、及びソースホロワ回路(115)の形状比をすべて
等しくしているためV 、■ 及びVDの電位が等しく
C なりソースホロワ回路(115)の出力をインバータ回
路(105b)の入力ダイナミックレンジ内に入れるこ
とができる。このため、インバータ回路(105b)の
入出力特性を第3図に示した特性とすれば入出力が等し
いため人力と出力とが比例して増加を示している直線領
域におけるある値をとる。
)、及びソースホロワ回路(115)の形状比をすべて
等しくしているためV 、■ 及びVDの電位が等しく
C なりソースホロワ回路(115)の出力をインバータ回
路(105b)の入力ダイナミックレンジ内に入れるこ
とができる。このため、インバータ回路(105b)の
入出力特性を第3図に示した特性とすれば入出力が等し
いため人力と出力とが比例して増加を示している直線領
域におけるある値をとる。
次にリセットスイッチであるMOS)ランジスタ(10
2a)、(102b)をオフ(OFF)状態にする。
2a)、(102b)をオフ(OFF)状態にする。
このとき電位V 、■ はリセットノイズ分だけG
変動するがこの電位変動は小さいとすればインバータ回
路(105b)、(105c)の動作点を設定すること
ができる。
路(105b)、(105c)の動作点を設定すること
ができる。
オフ状態であると、信号電荷が流入した浮遊拡散層(1
01a)における電位は電荷量の増加に対して低下しソ
ースホロワ回路(115)のドライバーMOS)ランジ
スタ(109)のゲートにかかる。このドライバーMO
Sトランジスタ(109)のゲ−ト電圧が変化すること
によりソースホロワ回路(115)に流れる電流が変化
しV。の電位が変化する。Vcの電位はインバータ回路
(LO5b)のドライバーMOSトランジスタ(IL2
)のゲートにかかり、インバータ回路(105b)に流
れる電流を変化させ、■ の電位を変化させる。Vpの
電位はインバータ回路(105e)によりV、の電位が
反転された電位となり、これが出力端子(11B)に出
力される。
01a)における電位は電荷量の増加に対して低下しソ
ースホロワ回路(115)のドライバーMOS)ランジ
スタ(109)のゲートにかかる。このドライバーMO
Sトランジスタ(109)のゲ−ト電圧が変化すること
によりソースホロワ回路(115)に流れる電流が変化
しV。の電位が変化する。Vcの電位はインバータ回路
(LO5b)のドライバーMOSトランジスタ(IL2
)のゲートにかかり、インバータ回路(105b)に流
れる電流を変化させ、■ の電位を変化させる。Vpの
電位はインバータ回路(105e)によりV、の電位が
反転された電位となり、これが出力端子(11B)に出
力される。
上記の構成によれば、増幅段としてインバータ回路(1
05b)を設けて高利得の電荷検出を行なうこができる
が、インバータ回路(105b)の出力であるVDの電
位は負荷MO3)ランジスタ(iit)のゲートに電源
電圧(tOa)を印加しているため、電源電圧(toe
)が変動を起こすと、V、の電位が変動してしまう。し
かしながら、インバータ回路(105b)の後段に付加
インバータ回路(105c)を設けたことによりVDの
電位の変動が反転される。そして、付加インバータ回路
(tosc)の負荷MOSトランジスタ(113)のゲ
ート及びドレインにかかる電圧にインバータ回路(10
5b)と同じ電源を用いているため、VBの電位も同様
に変動する。
05b)を設けて高利得の電荷検出を行なうこができる
が、インバータ回路(105b)の出力であるVDの電
位は負荷MO3)ランジスタ(iit)のゲートに電源
電圧(tOa)を印加しているため、電源電圧(toe
)が変動を起こすと、V、の電位が変動してしまう。し
かしながら、インバータ回路(105b)の後段に付加
インバータ回路(105c)を設けたことによりVDの
電位の変動が反転される。そして、付加インバータ回路
(tosc)の負荷MOSトランジスタ(113)のゲ
ート及びドレインにかかる電圧にインバータ回路(10
5b)と同じ電源を用いているため、VBの電位も同様
に変動する。
いま、インバータ回路(105b)の電圧利得を01、
付加インバータ回路(LO5c)電圧利得を02M08
)ランジスタのゲート下のポテンシャル井戸の印加電圧
に対する比(変調度)をm1電源電圧をV 、E−型
MO3)ランジスタのしきいVD 値をv SS−型MOSトランジスタのしきい値11 を0とすると、第3図に示すようなV 、V 。
付加インバータ回路(LO5c)電圧利得を02M08
)ランジスタのゲート下のポテンシャル井戸の印加電圧
に対する比(変調度)をm1電源電圧をV 、E−型
MO3)ランジスタのしきいVD 値をv SS−型MOSトランジスタのしきい値11 を0とすると、第3図に示すようなV 、V 。
VD
VEの特性における関係は線型動作範囲内で、v −
mVc)o−Gl (Vc −vTH) −−−−−
−−−・−・−C1)V −mVoD−02(VD−v
TH)・・・・・・・・・・・・(2)と表わすここと
ができる。(1)式、(2)式からV、を消去すると VE−m (1−G2 ) VoD+GI G2 (V
C−VT、、) +G2 VTl、−(3)となる。こ
のため、電源電圧変動がΔVあるとすると、その変動は
m(1−02)ΔVとなるが付加インバータ回路(10
5c)の電圧利得G2を1に近い値と設定することによ
り変動を十分小さくすることができる。
mVc)o−Gl (Vc −vTH) −−−−−
−−−・−・−C1)V −mVoD−02(VD−v
TH)・・・・・・・・・・・・(2)と表わすここと
ができる。(1)式、(2)式からV、を消去すると VE−m (1−G2 ) VoD+GI G2 (V
C−VT、、) +G2 VTl、−(3)となる。こ
のため、電源電圧変動がΔVあるとすると、その変動は
m(1−02)ΔVとなるが付加インバータ回路(10
5c)の電圧利得G2を1に近い値と設定することによ
り変動を十分小さくすることができる。
従って、電源電圧の変動による出力の変動を軽減するこ
とができ安定して高利得の電荷検出を行なうことができ
る。また、電源を別に設ける必要がなくなる。尚、MO
S)ランジスタ(107) 。
とができ安定して高利得の電荷検出を行なうことができ
る。また、電源を別に設ける必要がなくなる。尚、MO
S)ランジスタ(107) 。
(109)、(111)、(113) ノしきい値vT
Hは各々同一とし、vTHの極めて小さいEトランジス
タとする。
Hは各々同一とし、vTHの極めて小さいEトランジス
タとする。
MOSトランジスタ(108)、(110)、(H2)
、(114)のしきい値VTHは各々同一としVTHが
中程度(2〜3V)のEトランジスタとする。MOS)
ランジスタ(102a)、(102b)はDトランジス
タとする。
、(114)のしきい値VTHは各々同一としVTHが
中程度(2〜3V)のEトランジスタとする。MOS)
ランジスタ(102a)、(102b)はDトランジス
タとする。
[発明の効果]
本発明によれば増幅段の動作点設定を自動的に行なうこ
とができ、さらに増幅段の後段に反転型増幅器を設ける
ことにより、電源電圧の変動による出力の変動を軽減し
安定した電荷検出を行なうことができる。
とができ、さらに増幅段の後段に反転型増幅器を設ける
ことにより、電源電圧の変動による出力の変動を軽減し
安定した電荷検出を行なうことができる。
第1図は本発明の実施例における電荷検出回路を示す回
路図、第2図は従来例の電荷検出回路を示す回路図、第
3図は電荷検出回路を説明するためのインバータ回路の
特性図である。 浮遊拡散層・・・・・・・・・・・・・・・・・・10
1a、101b、201a、201b 。 リセットスイッチであるMOSトランジスタ−−−−−
−・・−・−−−−・−1(12a、 1(12b、
202a、 202b 。 リセットドレイン電圧・103.203、リセットパル
ス印加端子 −−−−−−104a、104b、204a、204b
。 インバータ回路−−−−・・−・−105a、 105
b、 205a、 205b 。 電源電圧・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
106,208、MOSトランジスタ・・・・・・10
7.1(18,109,110,111゜L12.11
3,114,207.208,209,210,211
,212、ソースホロワ回路・・・・・・・・・115
,215、出力端子・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・liB、21B。
路図、第2図は従来例の電荷検出回路を示す回路図、第
3図は電荷検出回路を説明するためのインバータ回路の
特性図である。 浮遊拡散層・・・・・・・・・・・・・・・・・・10
1a、101b、201a、201b 。 リセットスイッチであるMOSトランジスタ−−−−−
−・・−・−−−−・−1(12a、 1(12b、
202a、 202b 。 リセットドレイン電圧・103.203、リセットパル
ス印加端子 −−−−−−104a、104b、204a、204b
。 インバータ回路−−−−・・−・−105a、 105
b、 205a、 205b 。 電源電圧・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
106,208、MOSトランジスタ・・・・・・10
7.1(18,109,110,111゜L12.11
3,114,207.208,209,210,211
,212、ソースホロワ回路・・・・・・・・・115
,215、出力端子・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・liB、21B。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体基板上に形成された浮遊拡散層と、 前記浮遊拡散層の電位をリセットするリセットスイッチ
と、 前記浮遊拡散層の電位を第1のドライバーMOSトラン
ジスタのゲート側から入力とするソースホロワ回路と、 このソースホロワ回路の出力を第2のドライバーMOS
トランジスタのゲート側から入力とする第1の反転型増
幅器と、 前記第1の反転型増幅器の出力を第3のドライバーMO
Sトランジスタのゲート側から入力とする第2の反転型
増幅器と、 前記ソースホロワ回路の負荷MOSトランジスタのゲー
ト側を入力及び出力とする第3の反転型増幅器とを具備
したことを特徴とする電荷検出回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143139A JP2695005B2 (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 電荷検出回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143139A JP2695005B2 (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 電荷検出回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH039535A true JPH039535A (ja) | 1991-01-17 |
| JP2695005B2 JP2695005B2 (ja) | 1997-12-24 |
Family
ID=15331839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1143139A Expired - Lifetime JP2695005B2 (ja) | 1989-06-07 | 1989-06-07 | 電荷検出回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2695005B2 (ja) |
-
1989
- 1989-06-07 JP JP1143139A patent/JP2695005B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2695005B2 (ja) | 1997-12-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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