JPH043600B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は半導体基板に形成される電荷転送装置
に関し、特にその出力増幅部に改良を施したもの
に使用される。

〔発明の技術的背景およびその問題点〕

電荷転送装置はアナログシフトレジスタとして
使用することが可能で、遅延線あるいはイメージ
センサ等に広く利用されている。一般に、電荷転
送装置の出力回路はソースフオロワ回路で構成さ
れている。このソースフオロワ回路は出力インピ
ーダンスを小さくできるという利点がある反面、
その増幅度が常に１より小さいという欠点があ
る。

そこで、増幅度が１より大きく、かつ増幅回路
が常に直線領域で働く反転増幅器を利用した出力
回路が提案されている。そのような出力回路とし
て、例えば特公昭60−3716号公報の回路があり、
以下添付図面の第３図および第４図を参照してこ
れを説明する。

第３図は上記特公昭60−3716号公報に示された
電荷転送装置の構成図であり、第４図はその動作
を説明するための特性図である。例えばｐ型の半
導体基板１の表面には絶縁膜２が形成され、そこ
には電荷を転送するためのCCDレジスタ３が設
けられている。CCDレジスタ３によつて図中の
矢印の方向に転送された信号電荷は、半導体基板
１に形成された拡散領域４に蓄積される。拡散領
域４の電位変化は信号Vinとして取り出され、反
転増幅器５に与えられる。反転増幅器５はドライ
バMOSFET６と負荷MOSFET７により構成さ
れ、その出力Voutが電荷転送装置の出力信号と
して外部に取り出される。また、反転増幅器５の
入力端子１０１と出力端子１０２の間には、スイ
ツチのための信号Vsをゲートに入力するスイツ
チMOSFET８が接続されている。

次に、第４図を参照して動作を説明する。第４
図において、横軸Vinは反転増幅器５の入力端子
１０１の電位をとつてあり、縦軸Voutは出力端
子１０２の電位をとつてある。また、曲線ａは反
転増幅器５の入出力特性曲線である。

信号電荷はCCDレジスタ３によつて、第３図
中の矢印方向に転送されてくる。ここで、信号電
荷が拡散領域４に流入する前に、反転増幅器５は
その動作点にリセツトされる必要がある。このリ
セツトはクロツクに同期するスイツチ信号Vsに
よつてオンおよびオフされるFET８により行な
われ、FET８がオン（導通）したときに反転増
幅器５は第４図のＰ点にリセツトされる。

反転増幅器８がＰ点にリセツトされた後に
FET８がオフ（遮断）すると拡散領域４は浮遊
（フローテイング）状態になり、次いでそこに信
号電荷が流入すると拡散領域４の電位がΔVinだ
け低下する。この入力電位Vinの低下に対し、出
力電位VoutはΔVoutだけ上昇する。このとき、
反転増幅器５は第４図に示すように、常に直線領
域で動作するように構成することができる。上記
の動作は、信号電荷が拡散領域４に流入する前ご
とに繰り返される。

しかしこのような回路構成では、拡散領域４の
リセツト時の電位が反転増幅器の動作点で決つて
しまうため、拡散領域４の電位の自由度が制限さ
れるという欠点がある。特にこの欠点は、埋込チ
ヤネル型のCCDで拡散領域の電位が十分に大き
い必要があるときに著しくなる。またこの回路構
成では、電荷転送装置の出力を反転増幅器の出力
端子から直接に取り出すようにしているため、出
力インピーダンスを小さくすることが難しくなる
という欠点がある。

〔発明の目的〕 本発明は上記の従来技術の欠点を克服するため
になされたもので、信号電荷を蓄積する蓄積部の
リセツト電位を動作上最適な値に設定することが
容易な電荷転送装置を提供することを目的とす
る。さらに本発明は、蓄積部のリセツト電位を容
易に最適値に設定でき、かつ出力インピーダンス
を小さくすることも可能な電荷転送装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため本発明は、信号電荷
の蓄積部の信号出力端子と反転増幅器との間に、
例えばキヤパシタとインピーダンス変換器で構成
される回路（切断手段）を接続し、これによつて
蓄積部と反転増幅器とを直流的に切断するように
した電荷転送装置を提供するものである。さらに
本発明は、蓄積部と反転増幅器との間を直流的に
切断すると共に、反転増幅器の出力側に例えばソ
ースフオロワ回路で構成されるインピーダンス変
換器を接続した電荷転送装置を提供するものであ
る。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面の第１図および第２図を参照し
て、本発明のいくつかの実施例を説明する。第１
図は本発明の一実施例の構成図である。例えばｐ
型のシリコン基板１０には埋込チヤネルを形成す
るためのｎ型拡散領域１１が設けられ、このｎ型
拡散領域１１には電荷転送部に電位の段差をつけ
るためのn^-型拡散領域１２が設けられている。
CCDレジスタ１３によつてチヤネルを矢印方向
に転送された信号電荷は、直流電圧が印加される
出力ゲート１４の下を通つて浮遊拡散領域１５に
送られ、ここで蓄積される。リセツトゲート１６
は浮遊拡散領域１５の電荷をリセツトするための
もので、リセツトされた電荷はリセツト電位が印
加された拡散領域１７に送られる。

信号電荷が流入することによる浮遊拡散領域１
５の電位変化は、信号出力としてソースフオロワ
回路１８およびキヤパシタＣを介して反転増幅器
２０に取りこまれる。ここで、正の直流電源と接
地端子の間に直列接続される２つのMOS型FET
で構成されるソースフオロワ回路１８はインピー
ダンス変換器として働き、キヤパシタＣと共働し
て回路を直流的に切断する役割を果たす。反転増
幅器２０は正の直流電源と接地端子の間に直流接
続される２つのMOSFETで構成され、その出力
端子１０８と入力端子１０７の間にはスイツチ信
号VsでオンおよびオフされるスイツチMOSFET
２４が設けられている。また、スイツチFET２
４と直列に、抵抗として機能するよう定電圧Vo
の印加されたMOSFET２５，２６が接続されて
いる。反転増幅器２０の出力端子１０８には、出
力インピーダンス変換器として働くソースフオロ
ワ回路２３が接続される。ソースフオロワ回路２
３は正の直流電源と接地端子の間に直列接続され
た２つのMOSFETにより構成される。

次に、上記実施例の動作を説明する。まず、信
号電荷が出力ゲート１４を通つて浮遊拡散領域１
５に流入する前に、反転増幅器２０をリセツトす
る。このリセツトは、リセツト信号Vsによつて
スイツチFET２４を導通させ、反転増幅器２０
の入力端子１０７と出力端子１０８を電気的に接
続することにより行う。このとき、反転増幅器２
０と浮遊拡散領域１５の間は、インピーダンス変
換器（ソースフオロワ回路１８）とキヤパシタＣ
の直列回路により直流的に切断されているため、
反転増幅器２０のリセツトによつて浮遊拡散領域
１５の電位が影響されることはない。

次いで、反転増幅器２０のリセツト後であつて
信号電荷が浮遊拡散領域１５に流入する前に、浮
遊領域１５の電位をリセツトゲート１６でリセツ
トする。このとき、反転増幅器２０と浮遊拡散領
域１５は前述のように直流的に切断されているの
で、浮遊拡散領域１５の電位は反転増幅器２０の
動作点電位に影響されず、拡散領域１７に印加さ
れるリセツト電位によつて独立に設定できる。従
つて、浮遊拡散領域１５の設定電位を、電荷転送
装置の動作上で最適な値に設定することが容易に
できる。

このように反転増幅器２０および浮遊拡散領域
１５のリセツトが終了したのち、信号電荷が流入
すると浮遊拡散領域１５の電位が低下し、これが
インピーダンス変換器であるソースフオロワ回路
１８とキヤパシタＣを介して反転増幅器２０の入
力端子１０７に与えられる。このため、反転増幅
器２０の出力端子１０８の電位は上昇し、出力イ
ンピーダンス変換器であるソースフオロワ回路２
３を介して外部に出力される。従つて、ソースフ
オロワ回路２３の働きにより出力インピーダンス
を小さくすることが容易になる。

なお、上記の実施例については種々の変形が可
能である。例えば、反転増幅器２０と浮遊拡散領
域１５を直流的に切断する回路は、キヤパシタＣ
のみによつて構成してもよい。但しこの場合に
は、キヤパシタＣの容量を大きくする必要がある
ため、蓄積部すなわち浮遊領域１５の容量も大き
くする必要があり、従つて信号感度をあまり高く
することができない。また、出力インピーダンス
変換器としてのソースフオロワ回路２３を設けな
いで、反転増幅器２０の出力をそのまま装置の出
力信号としてもよい。この場合には出力インピー
ダンスを小さくすることは難しくなるが、浮遊拡
散領域１５のリセツト電位は独立に設定すること
ができる。さらに上記実施例では、スイツチ
FET２４と直列に抵抗として働くFET２５，２
６を接続し、これによつてスイツチFET２４に
印加されるパルスのクロツク結合を減少させてい
るが、FET２５，２６を省略してもよいことは
言うまでもない。

一方、動作に関しては、反転増幅器２０のリセ
ツトは実施例のように信号電荷の１回の流入につ
き１回づつ行なう必要はない。キヤパシタＣによ
る電圧保持期間によつて異なるが、一般的には数
ビツトごとにリセツトを行えば十分である。

第２図は本発明の他の実施例の構成図である。
そして、この実施例が第１図のものと異なる点
は、電荷蓄積部の構造が異なつていることであ
る。すなわち、転送された信号電荷は浮遊電極３
１の下に蓄積され、ソースフオロワ回路１８はこ
の浮遊電極３１に接続される。そして、浮遊電極
３１にはリセツトゲート３２を介してリセツト電
位VRが与えられるようになつている。

この実施例においても、信号電荷を蓄積する浮
遊電極３１と反転増幅器２０は直流的に切断され
ているので、浮遊電極３１の電位を反転増幅器
２０の動作点電位とは独立に設定できる。またこ
の構造の電荷転送装置では、信号電荷は第１図の
実施例のようにリセツトされて捨てられることが
なく、従つて信号電荷を非破壊的に検出すること
ができる。

本発明が上記の実施例に限定されるものではな
く、種々変更できることは言うまでもない。

〔発明の効果〕

上記の如く本発明では、蓄積部と反転増幅器の
間を直流的に切断するようにしたので、蓄積部の
リセツト電位を反転増幅器の動作点電位とは独立
に設定でき、従つて蓄積部のリセツト電位を電荷
転送動作にとつて最適な値に設定することが容易
な電荷転送装置を得ることができる。また、反転
増幅器の出力側に出力インピーダンス変換器（例
えばソースフオロワ回路）を設けたので、出力イ
ンピーダンスを小さくすることが容易な電荷転送
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は
本発明の他の実施例の構成図、第３図は従来装置
の一例の構成図、第４図は第３図の構成例の動作
を説明する特性図である。 １０……ｐ型シリコン基板、１１……ｎ型拡散
領域、１２……n^-型拡散領域、１３……CCDレ
ジスタ、１４……出力ゲート、１５……浮遊拡散
領域、１６，３２……リセツトゲート、１７……
拡散領域（リセツトドレイン）、１８，２３……
ソースフオロワ回路、２０……反転増幅器、２４
……スイツチMOSFET、３１……浮遊電極、
VR……リセツト電位。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 信号電荷を転送する電荷転送部と、この転送
   された信号電荷を蓄積する蓄積部と、この蓄積部
   の信号出力を反転増幅する反転増幅回路と、前記
   蓄積部の信号出力端子と前記反転増幅回路の入力
   端子との間に接続されこれらの間を直流的に切断
   する切断手段と、前記蓄積部に信号電荷が流入す
   る前ごと又は所定回数だけ流入する前ごとに前記
   反転増幅回路の入力端子と出力端子を電気的に接
   続するスイツチ手段とを備える電荷転送装置。 ２ 前記蓄積部は信号電荷が流入するごとにすで
   に蓄積されている電荷をリセツトするリセツト手
   段を有する特許請求の範囲第１項記載の電荷転送
   装置。 ３ 前記切断手段は前記蓄積部の信号出力端子と
   前記反転増幅回路の入力端子の間に接続されたキ
   ヤパシタを有する特許請求の範囲第１項もしくは
   第２項に記載の電荷転送装置。 ４ 前記切断手段は前記蓄積部の信号出力端子と
   前記反転増幅回路の入力端子の間に接続されたキ
   ヤパシタとインピーダンス変換回路の直列回路を
   有する特許請求の範囲第１項もしくは第２項に記
   載の電荷転送装置。 ５ 信号電荷を転送する電荷転送部と、この転送
   された信号電荷を蓄積する蓄積部と、この蓄積部
   の信号出力を反転増幅する反転増幅回路と、前記
   蓄積部の信号出力端子と前記反転増幅回路の入力
   端子との間に接続されこれらの間を直流的に切断
   する切断手段と、前記蓄積部に信号電荷が流入す
   る前ごと又は所定回数だけ流入する前ごとに前記
   反転増幅回路の入力端子と出力端子を電気的に接
   続するスイツチ手段と、前記反転増幅器の出力端
   子に接続された出力インピーダンス変換部とを備
   える電荷転送装置。 ６ 前記蓄積部は信号電荷が流入するごとにすで
   に蓄積されている電荷をリセツトするリセツト手
   段を有する特許請求の範囲第５項記載の電荷転送
   装置。 ７ 前記切断手段は前記蓄積部の信号出力端子と
   前記反転増幅回路の入力端子の間に接続されたキ
   ヤパシタを有する特許請求の範囲第５項もしくは
   第６項に記載の電荷転送装置。 ８ 前記切断手段は前記蓄積部の信号出力端子と
   前記反転増幅回路の入力端子の間に接続されたキ
   ヤパシタとインピーダンス変換回路の直列回路を
   有する特許請求の範囲第５項もしくは第６項に記
   載の電荷転送装置。 ９ 前記スイツチ手段と前記反転増幅回路の入力
   端子との間および出力端子との間に、それぞれ抵
   抗手段を接続した特許請求の範囲第５項乃至第８
   項のいずれかに記載の電荷転送装置。 １０ 前記蓄積部は信号電荷を蓄積する浮遊拡散
   領域と、この浮遊拡散領域の電位をリセツトする
   ためこれに隣接して設けられたリセツトゲート
   と、このリセツトゲートに隣接して設けられリセ
   ツト電位が印加される拡散領域とを有し、前記切
   断手段の入力端子は前記浮遊拡散領域に接続され
   ている特許請求の範囲第５項乃至第９項のいずれ
   かに記載の電荷転送装置。 １１ 前記蓄積部は信号電荷を蓄積する電位の井
   戸の上に形成される浮遊電極と、この浮遊電極の
   電位をリセツトするリセツトゲートとを有し、前
   記切断手段の入力端子は前記浮遊電極に接続され
   ている特許請求の範囲第５項乃至第９項のいずれ
   かに記載の電荷転送装置。 １２ 前記出力インピーダンス変換部はソースフ
   オロワ回路を有する特許請求の範囲第５項乃至第
   １１項のいずれかに記載の電荷転送装置。