JPS59918B2 - 電荷転送装置のためのフアット・ゼロ電荷発生回路 - Google Patents

電荷転送装置のためのフアット・ゼロ電荷発生回路

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JPS59918B2
JPS59918B2 JP56137885A JP13788581A JPS59918B2 JP S59918 B2 JPS59918 B2 JP S59918B2 JP 56137885 A JP56137885 A JP 56137885A JP 13788581 A JP13788581 A JP 13788581A JP S59918 B2 JPS59918 B2 JP S59918B2
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JP
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JP56137885A
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ジエ−ムズ・ダレル・トンプキンス
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C19/00Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/18Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using capacitors as main elements of the stages
    • G11C19/182Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using capacitors as main elements of the stages in combination with semiconductor elements, e.g. bipolar transistors, diodes
    • G11C19/188Organisation of a multiplicity of shift registers, e.g. regeneration, timing or input-output circuits
    • GPHYSICS
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    • G11C19/285Peripheral circuits, e.g. for writing into the first stage; for reading-out of the last stage

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電荷転送装置のアレイに関し、更に詳細にいう
と、最大信号レベルに対して所定の大きさの背景信号レ
ベル(フアツト・ゼロ信号レベル)を入れるようにした
電荷転送装置レジスタに関する。
本発明の回路はパケット・ブリゲード装置又は電荷結合
装置のスキャナ・アレイのような電荷転送装置アレイと
共に使用しうる。簡単にいえば、本発明は各々の電荷転
送装置アレイヘー定の背景信号が確実に注入されるよう
にするための回路を意図するものである。
この背景信号は転送可能な最大電荷レベルに比例する。
特に、本発明はこのような入力バイアス回路が関連する
電荷転送装置に対して自己トラッキング特性を示すよう
にするものである。本発明において、電荷転送装置アレ
イの入力ノードの放電レベルは基準レベルよりも1スレ
シヨルド電圧降下分だけ高いレベルに設定され、そして
入力ノードの電荷はレジスタ装置によつて転送される電
荷の減少を補償するように自動的に減少される。
これにより、従来必要とされていた暗信号バイアスの調
節が不要になり、またアレイ全体にわたつて一様なフア
ツト・ゼロ信号を保つことができる。
フアツト・ゼロというのは、例えば最大信号レベルの約
10%に等しい、循環する背景電荷であり、界面トラッ
プを満たす。本発明は電荷転送シフト・レジスタ・チッ
プ上の基準電圧と無関係なフアツト・ゼロ信号レベルを
発生する回路を提供するものであり、本発明の回路は、
パケット・ブリゲード・シフト・レジ又夕のような電荷
転送アレイの入力に結合されそして正規のレジスタ段の
電荷記憶キャパシタンスに比例した値のキャパシタンス
を有する背景発生回路即ちフアツト・ゼロ発生回路と、
このキャパシタンスに隣接する電荷転送装置のプロセス
・パラメータの関数である電荷を保持するようにこのキ
ヤパシタンスを放電するための手段とを有する。
次に図面を参照して良好な実施例について説明する。第
1図は入力回路及び出力回路を有するバケツト・ブリゲ
ード・センサ・アレイを示している。電荷転送アレイは
現在、周知の集積回路技術を用いて単一の半導体チツプ
に形成されている。半導体材料の抵抗率、ドーピング・
フオトリングライフなどの変動のため、従来はこのよう
に形成されるアレイ回路毎に入力電圧を調節する必要が
あつた。本発明はアレイのセンサ部分の入力に、アレイ
の他のすべての装置を形成するのに用いられる技術と同
じ技術によつて形成されるトランジスタ・ダイオード及
びキヤパシタ回路を設けるという簡単な施策によつてこ
の調節の問題を解決する。
この回路は完全に同一の技術によつてつくられるからア
レイの残りの素子に対して自己トラツキング特性を有す
る。このようにして、アレイを個々に補償する必要がな
くなる。第1図のセンサ・アレイはセンサ部分10、入
力回路段11及び出力回路段12を有する。
センサ部分10は一連の記憶セル回路13〜16よりな
る。各記憶セル回路は1つの電界効果トランジスタ(F
ET)23,24,25,26及び関連するキヤパシタ
C3,C4,C5,C6で構成されている。各セルのキ
ヤパシタは夫々のFETのゲートとドレインの間に接続
されている。各トランジスタは直列に次のFETに接続
されている。FET24,26のゲートは電圧パルス源
19に接続され、FET23,25のゲートは電圧パル
ス源29に接続されている。入力段11はFET23の
ソースへ接続されている。入力段11は入力FET2l
のソースに結合された基準電位源18を有する。
FET2lのゲートは電圧パルス源19に接続されてい
る。FET2lのドレインはキヤパシタC1を介して基
板電圧源V8へ接続されている。この基板電圧源V8は
アース即ちゼロでもよく、あるいは集積回路で用いられ
る周知の電気設計の原理に従つて任意所望の電圧にされ
てもよい。説明の便宜上、ここでは、電圧源sがアース
・レベルにあるものとする。FET2lのドレインはト
ランジスタ・ダイオード即ちダイオード接続されたFE
T22のソースに直結されている。
FET22のドレインはセンサ・アレイ10の最初の記
憶セル13のFET23のソースに結合され、アレイ1
0に対する入力ノード41を形成している。FET22
のゲートはドレインに直結されてダイオードを形成して
いる。FET22のドレインはキヤパシタC2を介して
基板電圧源Vsに接続される。キヤパシタCl,C2は
同じ大きさである必要はなく、実際キヤパシタC1はキ
ヤパシタC2よりも何倍も大きくてもよい。
キヤパシタC2は集積回路ではFET23のソース一基
板及びゲートソースの寄生キヤパシタである。出力段1
2は記憶セル13〜16と同一の出力セル17、トラン
ジスタ・ダイオード28及び電荷増幅器20を含む。
出力セル17はトランジスタ27及びキヤパシタC7で
構成されている。出力セル17はセンサ・アレイ10の
算後のセル16と電荷増幅器20の間に結合されている
。FET27のゲートは電源29に接続され、FET2
8のドレインは電源19に接続されている。第1図のア
レイが光学的センサとして用いられる場合は記憶セル1
3〜16のうちの1つ置きのセルのみが光信号を受取り
、他のセルは適当な手段によつて光から遮蔽される。
第2図は電圧パルス源19,29からの電圧パルス及び
種々の回路ノードにおける電圧パルスを示している。
第1図のアレイが集積回路形の光学的センサとして用い
られる場合、情報の書込みはセンサ・アレイ10を光に
さらすことによつて行なわれ、そしてセル・キヤパシタ
に前に記憶されていた電荷が各セルに受取る光量に比例
して放電される。これはこのような光学的センサの典型
的動作である。電荷転送装置、特に第1図に示されてい
るようなバケツト・ブリゲード装置の特質は、信号電荷
が長いシフト・レジスタ内で減少すると大きな転送損失
を生じることである。フアツト・ゼロ・バイアス・レベ
ルの伝搬はこの転送損失によるデータの不鮮明化を減じ
る。第1図の回路はスレシヨルド電圧、酸化物あるいは
拡散容量などの特性のプロセス変動に関係なく、例えば
全電荷信号レベルの10〜15%程度のフアツト・ゼロ
電荷レベルの発生を可能とする。
この回路は特にスレシヨルド電圧変動の問題をなくす。
入力回路のFET22は能動アレイ・セル13〜16の
各々に背景レベル即ちフアツトゼロを与えるのに利用さ
れる。各セルにこのような背景レベルを設定することに
より、2進1及び2進0の両方について、一層効率的に
レジスタに沿つて電荷を転送できることが判明した。こ
の背景レベル即ちフアツト・ゼロは次のようにしてアレ
イに入れられる。
時間tlのとき、パルス電圧源(Vφ1)19から10
Vのパルス61がFET2l,24,26,28のゲー
トに印加されてこれらのFETをオンにする。FET2
lがオンになると、キヤパシタC1の一方のプレートで
あるノード40は曲線62により示されるように基準電
位源18の3Vのレベルにセツトされる。10Vのパル
ス61がFET24,26のゲートに印加されると、ノ
ード43,45はパルス63,64で示されるように、
キヤパシタC4,C6を通るキヤパシタ結合作用により
共に10に上昇する。
これらのFET及びこれらのノードへの10Vのパルス
の印加によりノード42,44は曲線65,66により
示されるように8のレベルに上昇する。FET24,2
6の各々では2のスレシヨルド電圧降下があるからノー
ド42,44は8Vのレベルまでしか上昇しない。同時
にFET28によりノード46も波形67のように8V
のレベルに上昇する。ノード41はオフのFET23に
よつて分離されるから0Vのままである。時間T2でパ
ルス61が終端し、FET2l,24,26,28がオ
フになり、ノード43,45は0Vに戻る。
このときノード40,42,44,46は分離されてい
るから、これらのノードは前に上昇した電圧のままであ
る。しかしノード43,45は電源19に対してはキヤ
パシタ結合されているだけであるから0Vに戻る。時間
T3でパルス電圧源(Vφ2)29から10のパルス6
8がFET23,25,27のゲートに印加される。
ノード42,44,46は波形69,70,71に示さ
れるようにキヤパシタ結合作用により、SVから18へ
上昇する。FET23,25,27がオンになるとこれ
らのFETを通る電荷転送が開始し、ノード42,44
,46の電圧が降下する。ノード43,45は曲線72
,73のようにゲート電圧パルス68よりも1スレシヨ
ルド電圧だけ低い8に上昇する。FET23がオンにな
りノード42が18Vに上昇するとノード41はFET
23を介してノード42に結合され8に上昇しようとす
る。従つてノード41はFET23を介してアレイ10
に結合されるが、FET22はダイオードとして接続さ
れているためノード41はFET22を介してノード4
0に直ちに結合され、FET22は約1Vの電圧降下を
与えるため、ノード41は7Vまでしか上昇せず、また
ノード40はFET22のゲートに印加される電圧(7
V)よりも1スレシヨルド電圧(2V)だけ低い約5V
に上昇する。ノード41の電圧上昇及びノード40の電
圧上昇は夫々74,75で示されている。時間T4でパ
ルス68が終端し、ノード42,44,46がOに戻る
しかしノード40,41,43,45は分離のため、前
にセツトされた電圧レベルのままである。時間T5で電
源19からパルス76がFET2ll,24,26,2
8のゲートに印加される。
これによりノード43,45は曲線77,78のように
、キヤパシタ結合作用によつて18Vに上昇する。ノー
ド46は曲線79のように再び8Vに上昇し、ノード4
2,44は曲線80,81のように、FET24,26
に印加されるゲート電圧よりも1スレシヨルド電圧低い
8Vに上昇する。同時にノード40はFET2lのオン
によつて3Vのレベルに低下し、またノード41は前の
7Vから、ノード40が減少したレベル(3V)よりも
lスレシヨルド電圧(2V)だけ高い5Vのレベルに低
下する。これは曲線82により示されている。ノード4
0,41の電圧変化は電荷転送アレイへ伝搬されるべき
フアツト・ゼロ・レベルを発生する。フアツトゼロ電荷
QfzはQfz一C1・Δ40+C2・ΔV4l(ΔV
4O,ΔV4lは夫々ノード40,41における電圧変
化)により求めることができる。フアツト・ゼロ・レベ
ルは次のようにして電荷転送アレイへ移される。
時間T6でパルス76が終端してノード43,45がO
に戻り、残りのノードは前にセツトされた電圧のままで
ある。時間T7で電源29からパルス83がFET23
,25,27のゲートに印加され、ノード42,44,
46は1SVに上昇し、ノード43,45は8に上昇す
る。これは曲線84,85,86,87,88により示
されている。再びノード40は曲線89のように5に上
昇し、ノード41は曲線90のように7Vに上昇する。
時間T8でパルス83が終端し、ノード44,46は0
Vに戻るが、ノード43,45は8Vのままである。
しかしノード42は0Vに戻らず、2Vのレベルになる
。この時点でアレイの最初のセル13にフアツト・ゼロ
が入れられたことになる。時間T9で電源19から10
のパルス91が印加され、ノード40は3Vに戻り、ノ
ード41は曲線92のように5Vに減少する。
同時にノード43,45は曲線93,94のように18
Vに上昇し、ノiド42,44,46は曲線95,96
,97のように8Vに上昇する。時間TlOでパルス9
1が終端し、ノード43は2Vのレベルに、ノード45
はOに戻る。
従つてこの時点ではノード42,43即ちセル13,1
4の両方が2のレベルを持つことになる。このように、
電源19,29から更にパルスを順次に印加することに
よりアレイ全体に2Vのフアツト・ゼロ・レベルを転送
することができる。付加的パルス99,100,101
,102はフアツトゼロを更に伝搬させる。以上の説明
かられかるように、Tl2でパルス99が終端するとノ
ード44が2Vのフアツト・ゼロ・レベルになり、Tl
4でパルス100が終端するとノード45がフアツト・
ゼロ・レベルになり、Tl6でパルス101が終端する
とノード46がフアツトゼロ・レベルになる。時間Tl
6ではアレイ・セル13〜16の各々がフアツト・ゼロ
・レベルを持つことになる。第1図のアレイが光学的な
センサ・アレイとして用いられる場合、情報は遮蔽され
ないセルに電荷を記憶することによつて書込まれる。
例えばセル13,15が受光量に比例して充填される。
記憶セルがフアツト・ゼロにセツトされたならば、アレ
イはスキヤナ・センサ等として利用できる。本発明は特
に、表面チヤネル電荷結合装置及びバケツトブリゲード
装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による電荷転送アレイを示す図及び第2
図は第1図の回路の種々の点における電圧波形を示す図
である。 10・・・・・・電荷転送アレイ、18・・・・・・基
準電位源、21・・・・・・パルス制御TETl22・
・・・・・ダイオード接続FETl4O,4l・・・・
・・ノード、Cl,C2・・・・・・キヤパシタ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 基準電位源と、第1電圧ノードと、電荷転送装置に
    結合された第2電圧ノードと、前記第1電圧ノードに結
    合された第1キャパシタと、前記第2電圧ノードに結合
    された第2キャパシタと、前記基準電位源と前記第1電
    圧ノードとの間に結合され前記基準電位源を前記第1電
    圧ノードに選択的に結合する手段と、前記第1電圧ノー
    ドと前記第2電圧ノードとの間に結合され前記第2電圧
    ノードの電位を前記第1電圧ノードの電位の関数として
    定まる値に設定するための手段とを有する電荷転送装置
    のためのファット・ゼロ電荷発生回路。
JP56137885A 1980-10-30 1981-09-03 電荷転送装置のためのフアット・ゼロ電荷発生回路 Expired JPS59918B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/202,107 US4358831A (en) 1980-10-30 1980-10-30 Self-biasing circuit for analog shift registers, with fat zero compensation
US202107 1980-10-30

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5778700A JPS5778700A (en) 1982-05-17
JPS59918B2 true JPS59918B2 (ja) 1984-01-09

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ID=22748527

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JP56137885A Expired JPS59918B2 (ja) 1980-10-30 1981-09-03 電荷転送装置のためのフアット・ゼロ電荷発生回路

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US (1) US4358831A (ja)
EP (1) EP0051115A3 (ja)
JP (1) JPS59918B2 (ja)

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Publication number Publication date
EP0051115A2 (en) 1982-05-12
EP0051115A3 (en) 1983-07-06
JPS5778700A (en) 1982-05-17
US4358831A (en) 1982-11-09

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