JPS5817599A - 電荷転送装置 - Google Patents
電荷転送装置Info
- Publication number
- JPS5817599A JPS5817599A JP56115306A JP11530681A JPS5817599A JP S5817599 A JPS5817599 A JP S5817599A JP 56115306 A JP56115306 A JP 56115306A JP 11530681 A JP11530681 A JP 11530681A JP S5817599 A JPS5817599 A JP S5817599A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- charge transfer
- transfer
- clock
- gate
- charge
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C27/00—Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
- G11C27/04—Shift registers
Landscapes
- Pulse Circuits (AREA)
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】
本発明は、電荷転送動作時における消費電力が極めて小
さい電荷転送装置に関するものである。
さい電荷転送装置に関するものである。
近時開発が活発におこなわれている電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ −ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ
）で代表される電荷転送素子では、電荷転送の動作に
、多数のゲート電極からなる転送ゲート群にクロック電
圧を供給することが必要である。そして、転送段数が増
加すると転送用ゲートへの入力容量が増大し、転送動作
によりそれらゲート群への充放電に伴なう電力消費が起
る。
Ｄ −ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ
）で代表される電荷転送素子では、電荷転送の動作に
、多数のゲート電極からなる転送ゲート群にクロック電
圧を供給することが必要である。そして、転送段数が増
加すると転送用ゲートへの入力容量が増大し、転送動作
によりそれらゲート群への充放電に伴なう電力消費が起
る。
次に、現在広く用いられている電荷結合素子の構成例を
第１図に基づいて説明する。第１図において、１社入力
拡散層、２は信号入力部サンプリングゲート電極、３は
信号入力部基準ゲート電極、４．６．８．・・・・・・
は、転送部を構成する第１のゲート電極、５，７．・・
・・・・は第２のゲート電極である。そしてサンプリン
グクロックφ３がハイレベルのときに入力信号が入力拡
散層１に加えられると、基準ゲート電極３のチャンネル
ポテンシャルウレベルになった擾被転送電荷として、ゲ
ート電極４．５からなる転送部に転送される。被転送電
荷は被転送電荷検出用浮遊拡散層９で検知され、その電
位変化による出力は、出力用のトランジスタＴＲよ抄端
子１２から出力される。検知後の被転送電荷はリセット
ゲート１１を介し、電荷ドレイン拡散層ｌＯに排出され
る〇 第１図に示した構成例では、電荷転送の動作は、単一の
クロックφ、のみでおこなうことが可能である。第２図
は第１図で示１．た構成例の断′面図（４）、とチャン
ネルポテンシャル図（Ｂ）である。第１のゲート電極群
４，６，８．・曲・と、第２のゲート電極群５，７．・
・・・・・にょって転送部は構成され、第２のゲート電
極群に対応する基板表面部には、電荷転送の方向づけを
おこなうための濃度領域 ３５゜３７、・・・・・・が
形成されている。。通常、第１のゲート群４，６，８．
・・・・・・は多結晶シリコンで形成され、第２のゲー
、ト群５，７．・・・・・・は同様に多結晶シ、リコン
で構成されるか、または、Ａｌｓ ＭＯ等の金属で構成
されている。また、第１と、第２のゲート電極の間は２
酸化゛けい素等の絶縁体２１で構成される。
第１図に基づいて説明する。第１図において、１社入力
拡散層、２は信号入力部サンプリングゲート電極、３は
信号入力部基準ゲート電極、４．６．８．・・・・・・
は、転送部を構成する第１のゲート電極、５，７．・・
・・・・は第２のゲート電極である。そしてサンプリン
グクロックφ３がハイレベルのときに入力信号が入力拡
散層１に加えられると、基準ゲート電極３のチャンネル
ポテンシャルウレベルになった擾被転送電荷として、ゲ
ート電極４．５からなる転送部に転送される。被転送電
荷は被転送電荷検出用浮遊拡散層９で検知され、その電
位変化による出力は、出力用のトランジスタＴＲよ抄端
子１２から出力される。検知後の被転送電荷はリセット
ゲート１１を介し、電荷ドレイン拡散層ｌＯに排出され
る〇 第１図に示した構成例では、電荷転送の動作は、単一の
クロックφ、のみでおこなうことが可能である。第２図
は第１図で示１．た構成例の断′面図（４）、とチャン
ネルポテンシャル図（Ｂ）である。第１のゲート電極群
４，６，８．・曲・と、第２のゲート電極群５，７．・
・・・・・にょって転送部は構成され、第２のゲート電
極群に対応する基板表面部には、電荷転送の方向づけを
おこなうための濃度領域 ３５゜３７、・・・・・・が
形成されている。。通常、第１のゲート群４，６，８．
・・・・・・は多結晶シリコンで形成され、第２のゲー
、ト群５，７．・・・・・・は同様に多結晶シ、リコン
で構成されるか、または、Ａｌｓ ＭＯ等の金属で構成
されている。また、第１と、第２のゲート電極の間は２
酸化゛けい素等の絶縁体２１で構成される。
第１図で示した構成例で、電荷転送を単一のクロックφ
ｌでおこなうための、φ１とｖ２の間の条件は次のとお
りである。すなわち、第２図において、ゲート電極５，
６．・・・・・・に対して与える直流電圧ｖ２は、それ
によるチャンネルポテンシャルが、ゲート電＠５，６．
・・曲に対するクロック電圧φＩＫよるチャンネルポテ
ンシャルのハイレベルＩＨ−とロウレベルＩＬＩのほぼ
中間の値をとるよう設定する。そして、第２図での転送
りロックφ。
ｌでおこなうための、φ１とｖ２の間の条件は次のとお
りである。すなわち、第２図において、ゲート電極５，
６．・・・・・・に対して与える直流電圧ｖ２は、それ
によるチャンネルポテンシャルが、ゲート電＠５，６．
・・曲に対するクロック電圧φＩＫよるチャンネルポテ
ンシャルのハイレベルＩＨ−とロウレベルＩＬＩのほぼ
中間の値をとるよう設定する。そして、第２図での転送
りロックφ。
がＩＬＩＩのとき、φ１に属するストレージゲート８・
・・・−・に対するチャンネルポテンシャルは、Ｖ、Ｉ
ｆＣ属するゲート群のトランスファーゲート群５・・・
・・・の下のチャンネルポテンシャルよ知低く、第２図
（Ｂ）では上方になくてはならない。また、クロックφ
。
・・・−・に対するチャンネルポテンシャルは、Ｖ、Ｉ
ｆＣ属するゲート群のトランスファーゲート群５・・・
・・・の下のチャンネルポテンシャルよ知低く、第２図
（Ｂ）では上方になくてはならない。また、クロックφ
。
が１Ｈ１のとき、ｖ２に属するストレージゲート６・・
・・・・の下のチャンネルポテンシャルは、φ、に属す
るトランスファーゲート７の下のチャンネルポテンシャ
ルより低く（図では上方）なることが、電荷転送の条件
として必要である。
・・・・の下のチャンネルポテンシャルは、φ、に属す
るトランスファーゲート７の下のチャンネルポテンシャ
ルより低く（図では上方）なることが、電荷転送の条件
として必要である。
このような電荷転送系のゲート電極に関する等価回路を
考えるために第１図に示すφ１に接続される全ゲート電
極群とシリコン基板との間の静電容量をＣ１とし、φ２
に接続される同様の静電容量をＣ２とする。また、第１
図と第２図■より明らかなように、φ、にらながれる電
極群とｖ２につながれるゲート電極群の間には、いわゆ
る替重ね合わせ構造２１による、結合容量があシ、それ
をｃｘで表わすと、それらの関係は、第３図囚に示すよ
うな等価回路で表わせる。ＤｌおよびＤ２は、Ｃ０およ
びＣ，Ｋ対するクロックφ１およびｖ２の駆動用入力端
子を示す。φに対しては、通常第一３図（Ｂ）に示すよ
うな、方形波が用いられる。しかし、転送用夕日ツクは
正弦波でも単相りロックの電荷転送が可能である。
考えるために第１図に示すφ１に接続される全ゲート電
極群とシリコン基板との間の静電容量をＣ１とし、φ２
に接続される同様の静電容量をＣ２とする。また、第１
図と第２図■より明らかなように、φ、にらながれる電
極群とｖ２につながれるゲート電極群の間には、いわゆ
る替重ね合わせ構造２１による、結合容量があシ、それ
をｃｘで表わすと、それらの関係は、第３図囚に示すよ
うな等価回路で表わせる。ＤｌおよびＤ２は、Ｃ０およ
びＣ，Ｋ対するクロックφ１およびｖ２の駆動用入力端
子を示す。φに対しては、通常第一３図（Ｂ）に示すよ
うな、方形波が用いられる。しかし、転送用夕日ツクは
正弦波でも単相りロックの電荷転送が可能である。
かかる電荷転送の動作においては、転送ゲート電極の静
電容量Ｃ１と結合容量Ｃｘは転送りロックの一周期毎に
１回の充電と、１回の放電を繰返すことになる。放電は
そのまま電力損失を意味するものであシ、転送周波数の
増大と共に大きな電力損失となることは不可避である。
電容量Ｃ１と結合容量Ｃｘは転送りロックの一周期毎に
１回の充電と、１回の放電を繰返すことになる。放電は
そのまま電力損失を意味するものであシ、転送周波数の
増大と共に大きな電力損失となることは不可避である。
したがって、転送段数が多く、転送りロック周波数が高
いビデオ信号帯用電荷転送素子では、消費電力は５００
〜１０００ ｍＷ ｅ−も達するという問題がある。
いビデオ信号帯用電荷転送素子では、消費電力は５００
〜１０００ ｍＷ ｅ−も達するという問題がある。
本発明の目的は、かかる問題を解決するためｋ、転送に
必要なエネルギーを有効に使用するための駆動回路を有
する電荷転送素子を提供することである。
必要なエネルギーを有効に使用するための駆動回路を有
する電荷転送素子を提供することである。
本発明線、第３図（４）に示した転送りロックゲートの
第１の組の集中定数的な基板に対する全静電容量Ｃ１と
、外部に付加するインダクタンスＬとの間で、電荷転送
周波数で並列共振をおこなわせることによって、電荷転
送に必要な電力損失を大巾に小さくするものである。イ
ンダクタンスＬと並列共振をおこなう全静電容量Ｃ１は
、第２図で示すようにφ１に属するゲート群７，８．・
・・・・・の基板に対する静電容量Ｃ１と、ｖ２に属す
るゲート群５，６．・・・・・・との間の重なりによる
静電容量Ｃの和である。ｖ２は交流的には基板電位であ
る。これらの静電容量をそれぞれＣ８およびｃｘ−’（
表わすと、Ｃ１＝ Ｃ，＋ Ｃｘとな抄、電荷転送のク
ロック局波数をｆとすると、共振回路として社 （２πｆｃ）２Ｌ （Ｃ，＋ＣＸ）＆ １が並列共振の
条件となる。
第１の組の集中定数的な基板に対する全静電容量Ｃ１と
、外部に付加するインダクタンスＬとの間で、電荷転送
周波数で並列共振をおこなわせることによって、電荷転
送に必要な電力損失を大巾に小さくするものである。イ
ンダクタンスＬと並列共振をおこなう全静電容量Ｃ１は
、第２図で示すようにφ１に属するゲート群７，８．・
・・・・・の基板に対する静電容量Ｃ１と、ｖ２に属す
るゲート群５，６．・・・・・・との間の重なりによる
静電容量Ｃの和である。ｖ２は交流的には基板電位であ
る。これらの静電容量をそれぞれＣ８およびｃｘ−’（
表わすと、Ｃ１＝ Ｃ，＋ Ｃｘとな抄、電荷転送のク
ロック局波数をｆとすると、共振回路として社 （２πｆｃ）２Ｌ （Ｃ，＋ＣＸ）＆ １が並列共振の
条件となる。
実際の並列共振回路は第４図に示すようになり、φ１が
１Ｈ１のときは、電気エネルギーはＣ１が充電状態とし
て蓄えられ、φ１がＩＬＩのときは、それらのエネルギ
ーはインダクタンスに磁気的エネルギーとしてエネルギ
ーが蓄えられる。
１Ｈ１のときは、電気エネルギーはＣ１が充電状態とし
て蓄えられ、φ１がＩＬＩのときは、それらのエネルギ
ーはインダクタンスに磁気的エネルギーとしてエネルギ
ーが蓄えられる。
かかるインダクタンスと転送ゲートの静電容量からなる
並列共振回路の構成において電荷転送りロックが正弦波
駆動の励振をおこなったとき、回路系に対する電気的エ
ネルギーの供給は、横転送電荷の流れによる電流による
損失を含めた回路系の全損失分を補給するだけでよいこ
とになる。
並列共振回路の構成において電荷転送りロックが正弦波
駆動の励振をおこなったとき、回路系に対する電気的エ
ネルギーの供給は、横転送電荷の流れによる電流による
損失を含めた回路系の全損失分を補給するだけでよいこ
とになる。
したがって、並列共振によって電荷転送のための励振を
おこなった場合に社、電荷転送をパルス性クロックでお
こなうときの、１クロック周期毎の転送ゲート群への充
放電に伴なう電力損失よりはるかにすくない電力損失で
動作をおこない得る。
おこなった場合に社、電荷転送をパルス性クロックでお
こなうときの、１クロック周期毎の転送ゲート群への充
放電に伴なう電力損失よりはるかにすくない電力損失で
動作をおこない得る。
１００ ｐＦ’の負荷容量を有するＣＯＤ遅延線では、
４５５段からなる遅延線を約７ ＭＨｚで駆動したとき
には、本・発明による場合、通常の駆動の場合に比較し
て、１７３程度の電力消費でおζない得る。
４５５段からなる遅延線を約７ ＭＨｚで駆動したとき
には、本・発明による場合、通常の駆動の場合に比較し
て、１７３程度の電力消費でおζない得る。
以上、説明したように、電荷転送や駆動を正弦波の駆動
でおこなう本発明の装置の場合には、電荷転送用ゲート
群からなる静電容量を、付加されたインダクタンスＬと
並列共振をおこなわしめることによって、電荷転送に要
する電力損失を極めの駆動時においても電力損失が極め
て小さい。
でおこなう本発明の装置の場合には、電荷転送用ゲート
群からなる静電容量を、付加されたインダクタンスＬと
並列共振をおこなわしめることによって、電荷転送に要
する電力損失を極めの駆動時においても電力損失が極め
て小さい。
第１図は、電荷転送素子の概略図、第２図は、。
２層重ね合わせゲート構造を有する電荷転送素子の断面
構造図■、とチャンネルポテンシャル（へ）（Ｂ）、第
３図は、電荷転送素子の転送ゲート部の等価回路１島お
よび、通常の電荷転送でのクロック電圧波形図（Ｂ）、
第４図は、本発明による駆動部を有する電荷転送装置の
等価回路図体）およびその具体的構成における等価回路
図（Ｂ）である。 １・・・・・・・・・入力拡散層、 ２・・・曲・・サ
ンプリングゲート電極、 ３・・曲・・・基準ゲート電
極、４、６．８．・・・、：第１のゲート電極、 ５
，７．・・・、：Ｈ２のゲート電極、 ９・・曲浮遊拡
散層、 １０・・・・・・電荷ドレイン拡散層、１１・
開山・ リセットゲート、１２・・・・・曲端子、 ２
１・・・・・・・・・絶縁体、 ３５．３７・聞・濃度
領域。 特許出願人 松下電器産業株式会社
構造図■、とチャンネルポテンシャル（へ）（Ｂ）、第
３図は、電荷転送素子の転送ゲート部の等価回路１島お
よび、通常の電荷転送でのクロック電圧波形図（Ｂ）、
第４図は、本発明による駆動部を有する電荷転送装置の
等価回路図体）およびその具体的構成における等価回路
図（Ｂ）である。 １・・・・・・・・・入力拡散層、 ２・・・曲・・サ
ンプリングゲート電極、 ３・・曲・・・基準ゲート電
極、４、６．８．・・・、：第１のゲート電極、 ５
，７．・・・、：Ｈ２のゲート電極、 ９・・曲浮遊拡
散層、 １０・・・・・・電荷ドレイン拡散層、１１・
開山・ リセットゲート、１２・・・・・曲端子、 ２
１・・・・・・・・・絶縁体、 ３５．３７・聞・濃度
領域。 特許出願人 松下電器産業株式会社
Claims (1)
- 多数の転送ゲート群からなる電荷転送素子と該転送ゲー
ト電極群に対するクロック電圧供給回路からなる電荷転
送装置において、クロック電圧供給端と基板間にインダ
クタンスを付加したことを特徴とする電荷転送装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56115306A JPS5817599A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 電荷転送装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56115306A JPS5817599A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 電荷転送装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5817599A true JPS5817599A (ja) | 1983-02-01 |
Family
ID=14659358
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56115306A Pending JPS5817599A (ja) | 1981-07-24 | 1981-07-24 | 電荷転送装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5817599A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4597092A (en) * | 1983-04-19 | 1986-06-24 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Conserving stored charge in apparatus having a charge coupled device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5157144A (en) * | 1974-11-15 | 1976-05-19 | Hitachi Ltd | Denkaisosochino kudosochi |
| JPS55133570A (en) * | 1980-02-20 | 1980-10-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Charge coupled device |
| JPS5680893A (en) * | 1979-12-05 | 1981-07-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Driving system of electric charge element |
-
1981
- 1981-07-24 JP JP56115306A patent/JPS5817599A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5157144A (en) * | 1974-11-15 | 1976-05-19 | Hitachi Ltd | Denkaisosochino kudosochi |
| JPS5680893A (en) * | 1979-12-05 | 1981-07-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Driving system of electric charge element |
| JPS55133570A (en) * | 1980-02-20 | 1980-10-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Charge coupled device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4597092A (en) * | 1983-04-19 | 1986-06-24 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Conserving stored charge in apparatus having a charge coupled device |
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