JPH07154532A - 制御フィードバック型電荷/電圧変換器 - Google Patents
制御フィードバック型電荷/電圧変換器Info
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- JPH07154532A JPH07154532A JP6180856A JP18085694A JPH07154532A JP H07154532 A JPH07154532 A JP H07154532A JP 6180856 A JP6180856 A JP 6180856A JP 18085694 A JP18085694 A JP 18085694A JP H07154532 A JPH07154532 A JP H07154532A
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- G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
- G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
- G11C19/282—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
- G11C19/285—Peripheral circuits, e.g. for writing into the first stage; for reading-out of the last stage
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- Facsimile Heads (AREA)
- Amplifiers (AREA)
Abstract
を提供する。 【構成】 読み取りダイオード(D)と無負荷ゲインG
0 の読み取りトランジスター(T2 )を含む電荷/電圧
変換器であり、読み取り期間中にはG0 より大きい変換
ゲインを確保し、その他の時には変換ゲインをほぼ0と
する、補償回路を含んでいる。
Description
る。これらは、たとえば、電荷転送素子に使用される。
読取り増幅器を備えている。ダイオードは拡散キャパシ
タンスCdを有しており、増幅器はゲインGを有してい
る。当分野の技術者には、電荷/電圧変換器の特性パラ
メータが、入力電圧と出力電荷とを関連づけるいわゆる
換算係数であることは周知である。
る。
並列に作用する寄生キャパシタンス(ダイオードの重な
りキャパシタンスCr、及び増幅器の入力にフィードバ
ックされるミラー・キャパシタンスCm)が存在するた
め、より正確な換算係数は次の関係式で与えられる。
る構成要素の外部の抵抗Rを使用して調節される。この
抵抗は読取り連鎖(chain)のゲイン、帯域幅及び
雑音を固定するものであり、この連鎖は電荷/電圧変換
器に加えて、他の増幅器を含んでおり、この増幅器には
低域フィルタがつながれ、このフィルタには2重相関サ
ンプリング回路(double correlated sampling circui
t)がつながれている。
まざまな欠点がある。詳細にいえば、変換段でのゲイン
が低いため、連鎖全体の雑音特性は最適なものではな
い。これは増幅のほとんどが読取り増幅後に行われるか
らである。この問題は振幅の低い信号の処理を伴う用途
では重大なものとなる。
る。
イオードと読取り増幅器を含んでいる電荷/電圧変換器
であり、読取り増幅器はゲート電極が読取りダイオード
に接続されており、ソースが素子の出力電圧が現れる点
を備えているトランジスタを含んでいる。このトランジ
スタはゲートの電圧とソースの電圧の間の無負荷ゲイン
G0 を確保する。変換器は、読取り増幅器が読取りフェ
ーズ中にG0 よりも大きなゲインGをもたらすことを可
能とする補助手段を含んでいることを特徴とする。
て制御される電流発生器を備えている。
り連鎖の雑音指数が低下することである。
面を参照して行う好ましい実施例の以下の説明から明ら
かとなろう。
読取り連鎖を示す。この図は領域I及びIIに分割され
ている。
電荷転送素子に組み込まれている。領域IIの回路は電
荷発生部品とは別な外部部品である。
ず)からの電荷Qを電圧Vsに変換する。この電圧Vs
は電荷転送素子の出力Aに現れる。
りダイオードと読取り増幅器を備えている。
ドDに接続されており、ドレインが供給電圧Vddにな
っており、ソースが電荷転送素子の出力接点Aに接続さ
れているMOSトランジスタT2 の形態となっている。
の間におかれた抵抗Rを使用して調節される。
T1 がゲートにおける制御信号C1の影響の下で、電荷
Qの到着前にダイオードDのコンデンサCdの事前充電
を可能とすることが認識されよう。このトランジスタの
ドレインは供給電圧Vrに接続されており、ソースは電
荷Qの到着個所、すなわちダイオードの陰極とトランジ
スタT2 のゲートに接続されている。
接点Aに接続されている高ゲインの増幅器1、入力が増
幅器1の出力に接続されている低域フィルタ2、ならび
に入力がフィルタ2の出力に接続されている2重照合サ
ンプリング回路3を備えている。
必ずしも、外部読取り連鎖に含まれるものではない。し
かしながら、これらはきわめて低周波数の用途では必要
なものである。
わめて低い。一般に、これは無負荷ゲインG0 の半分で
あり、たとえば、約0.85になる。
幅後に生じるので、性能が並のものとなるようなもので
ある。この問題は信号が弱い用途では深刻なものとな
る。
Cl及びCpcは点線の記号で示されている。
とする全ての重なりキャパシタンスを表し、キャパシタ
ンスClはトランジスタT2 のソース−ゲート・キャパ
シタンスを表す。この場合、ゲインGの読取り増幅器の
入力へフィードバックされるミラー・キャパシタンスは
Cm=Cl(1−G)によって与えられる。キャパシタ
ンスCpcはトランジスタT1 のソース−ゲート・キャ
パシタンスを表す。寄生キャパシタンスCr及びCmが
存在することにより、換算係数Fcが低下する。後述す
るように、本発明はこのような寄生キャパシタンスの効
果を考慮することを可能とするという利点を有する。
電荷/電圧変換器が検出した電圧Vsを示す。
定することができる。これらは図2においてt1 、t2
及びt3 という符号がつけられている。
の事前充電の期間であり、この期間の間、トランジスタ
T1 は導通している。この間隔t1 中に受け取る電圧V
sは読取り増幅器の出力に現れるものである。
り、電荷が流れることができる。
信号が発生する。従来技術によれば、読取り連鎖は3つ
の間隔t1 、t2 及びt3 の間に、トランジスタT2 の
ゲートに現れる信号を増幅する。
が高ければ、増幅された電圧は飽和することがある。
の緩和率のため、間隔t2 及びt3 の間、高いレベルの
雑音が残存する。この場合、飽和を回避するために連鎖
のゲインを制限するか(この場合、希望する信号が対応
して弱くなる)、増幅を抑制するために間隔t3 の間各
種の増幅器の供給電圧を排除するか(この場合、補足回
路が必要となる)が必要となる。
/電圧変換を示す。図1と同様に、図3は2つの領域I
及びIIに分割されている。領域Iの回路は電荷発生部
品に組み込まれており、領域IIの回路は電荷発生部品
とは別の部品である。しかしながら、本発明は領域II
の回路も電荷発生部品に組み込まれている他の実施例に
も関連している。
ンジスタT2 は、上述と同様に接続されている。
ランジスタT3 のドレインはトランジスタT2 のソース
に接続されており、ソースは装置のアースに接続されて
いる。装置外部の独立した部品の形態であることが好ま
しい、ゲインがKの増幅器4の入力はトランジスタT2
のソースに接続されており、出力はトランジスタT3の
ゲートに接続されている。
点AはトランジスタT2 のソース及び図に示されていな
い外部増幅連鎖に接続されている。
ンG0 を備えている。トランジスタT3 はインバータと
して働く。このトランジスタは値がそのゲートに印加さ
れる電圧によって調節できる利点を有する電流源として
機能する。これによって、出力電圧Vsの動特性を最適
に調節することができる。インバータとして取り付けら
れているトランジスタT3 は−G1 (G1 は正の値であ
る)に等しい無負荷ゲインを有している。電圧Vdはダ
イオードDの接点における電圧であり、電圧Vkはゲイ
ンがKの増幅器4の出力に現れるものである。したがっ
て、 Vk=K・Vs 及び Vs=G0 ・Vd−G1 ・Vk であり、 Vs=G0 ・Vd/(1+G1 ・K) となる。
によって与えられる。
く、その場合には、G1 とG0 も同一となる。
れが増幅を行う時間間隔によって左右される。増幅器4
はゲインを制御信号C2の関数として変更することを可
能とする、本明細書で説明する必要がない回路を含んで
いる。
い実施例による電荷/電圧変換器が検出した電圧を示
す。
正の値、たとえば、K=10を有している。この場合、
ゲインGはほぼ1/Kに等しくなり、これはゼロに近
い。変換器の出力接点Aで検出される電圧Vsも、した
がって、きわめて低くなる。
のように制限されなくなる。
GをゲインG0 よりも大きくするために、若干負の値と
なる。Gは1よりも大きいことが好ましい。Kの値は、
たとえば、−0.2とすることができる。この場合、検
出される値Vsは従来技術よりもはるかに高く有利であ
る。
くことができる。
キャパシタンスCmの本発明による効果によっても改善
される。GがG0 と1の間の値の場合、Cmは減少し、
G=1の場合、Cmは打ち消され、G>1の場合、Cm
は負の値を取り、キャパシタンスCd及びCrの効果を
補償することが可能となる。
ラー・キャパシタンスCmを使用して、換算係数を増加
できることである。
スの効果は換算係数を減少させる。したがって、このキ
ャパシタンスを減少させることが必要である。当分野の
技術者には、これを達成するには、このトランジスタT
2 を小さいサイズのものとしなければならないことが周
知である。しかしながら、これを行うと、トランジスタ
の制御ゲートで印加される電位の直線性が劣化すること
となり、これによって、出力電圧Vsの特性が劣化する
こととなる。本発明はこの欠点を解決する。
パシタンスClが従来技術による読取りトランジスタの
ものよりも大きい読取りトランジスタT2 を使用できる
ことである。この場合、このようなトランジスタの寸法
は従来技術で使用されていたトランジスタのものよりも
大きくすることができ、したがって、出力電圧Vsの動
特性を改善することができる。
鎖の図である。
として検出した電圧の図である。
の図である。
器が時間の関数として検出した電圧の図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 両端に第1電圧が現れる読取りダイオー
ドと、無負荷ゲインがG0 で、ゲートが前記読取りダイ
オードに接続されていて、前記第1電圧が該ゲートに印
加されるようになっており、ソースが変換器の出力電圧
が発生する個所である読取りトランジスタを含んでいる
電荷/電圧変換器において、ダイオードのキャパシタン
スの事前充電が行われる第1の間隔、ダイオードが浮動
状態である第2の間隔、電荷/電圧変換によって得られ
た信号が読み取られる第3の間隔という3つの時間間隔
で該電荷/電圧変換が行われ、前記変換器が前記第1電
圧に対して前記出力電圧のゲインGを、ゲインGが第1
間隔の間ゼロにほぼ等しく、かつ第2及び第3間隔の間
ゲインG0 よりも大きくなるようにゲインGを制御する
手段をさらに含んでいることを特徴とする、電荷/電圧
変換器。 - 【請求項2】 前記ゲインGを制御する手段がゲインが
Kの増幅器、及びインバータとして接続され、無負荷ゲ
インを−G1 に等しくするトランジスタであり、この増
幅器の入力は出力電圧が収集される個所に接続され、出
力はインバータとして接続された前記トランジスタのゲ
ートに接続されており、このトランジスタのドレインは
増幅器の入力に接続され、ソースは装置の接地に接続さ
れており、装置のゲインGが G=G0 /(1+K・G1 ) で与えられることを特徴とする、請求項1に記載の装
置。 - 【請求項3】 前記ゲインがKの増幅器が、制御信号の
効果により、このゲインKを第2及び第3間隔の間負に
して、ゲインGがG0 より大きくなるようにし、かつこ
のゲインKを第1の間隔の間正にして、ゲインGがゼロ
にほぼ等しくなるようにすることを可能とする回路を含
んでいることを特徴とする、請求項2に記載の装置。 - 【請求項4】 前記読取りトランジスタ及び前記インバ
ータとして接続されているトランジスタがMOSトラン
ジスタであることを特徴とする、請求項3に記載の装
置。 - 【請求項5】 前記読取りトランジスタ及び前記インバ
ータとして接続されているトランジスタが同一のもので
あり、それによってゲインG1 がゲインG0 と等しくな
ることを特徴とする、請求項4に記載の装置。 - 【請求項6】 ゲインG0 が0.85にほぼ等しく、ゲ
インKが第2及び第3間隔の間−0.2にほぼ等しく、
第1の間隔の間10にほぼ等しいことを特徴とする、請
求項5に記載の装置。 - 【請求項7】 前記請求項のいずれか1項に記載の装置
を組み込んだ電荷転送素子。
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