JPS63180206A - 固体撮像装置におけるロ−パスフイルタ−装置 - Google Patents

固体撮像装置におけるロ−パスフイルタ−装置

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JPS63180206A
JPS63180206A JP62011357A JP1135787A JPS63180206A JP S63180206 A JPS63180206 A JP S63180206A JP 62011357 A JP62011357 A JP 62011357A JP 1135787 A JP1135787 A JP 1135787A JP S63180206 A JPS63180206 A JP S63180206A
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low
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忠邦 奈良部
Tetsuya Kondo
哲也 近藤
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 A、産業上の利用分野 本発明は、CCD (電荷結合デバイス)等の固体描像
装置の信号出力部分に設けられる固体撮像装置における
ローパスフィルター装置に関する。
B3発明の概要 固体fi像装置の信号出力部分に設けられる固体撮像装
置のローパスフィルター装置において、アクティブフィ
ルター回路の少なくとも一方の端子にDCレベルが一定
で利得が略lとなるバッファ回路を接続することにより
、低電圧下においても十分に動作させ、且つ回路設計等
の容易な構成とするものである。
C1従来の技術 −iに、CCD等の固体描像装置の回路構成においては
、所定の増幅機能を有した増幅回路がその出力部に設け
られている。
第6図及び第7図は従来の固体撮像装置における出力回
路をそれぞれ示しており、第6図の例は、インバータ回
路構成の例であり、第7図の例はソースフォロワア回路
構成の例である。ここで、これらの出力回路について各
図を参照しながら簡単に説明する。
先ず、第6図の出力回路は、MOSトランジスタ81と
Mo3)ランジスタ82とで構成されており、入力(ε
号はMoSトランジスタ82のゲートに入力して、能動
負荷となるようにゲートとドレインが接続されたMOS
トランジスタ81と上記MOSトランジスタ82のドレ
インとの接続点から出力信号が取り出されるようなイン
バータ回路構成となっている。
次に、第7図の出力回路は、MOSトランジスタ91と
MOS)ランジスタ92とで構成されており、入力信号
は上記MO3I−ランジスタ91のゲートに入力し、そ
のMOS)ランジスタ91のソースから出力信号が取り
出されるソースフォロワア回路構成となっている。
D1発明が解決しようとする問題点 ところで、上述のようなインバータ回路構成の出力回路
や、ソースフォロヮア回路構成の出力回路に、ローパス
フィルター回路を接続して用いることがあり、その場合
には、次のような問題点を有することになる。
まず第1に、従来の出力回路では、DCレベルの変動が
伴うことになる。即ち、入力DCレベルが出力DCレベ
ルと一致せず、これらインバータ若しくはソースフォロ
ワアの出力回路にローパスフィルター(L P F)回
路を接続した場合には、このDCレベルの変動によって
、電源電圧を高くする必要が生じ、また、回路設計も複
雑化することになる。
第2に、ソースフォロワア回路構成の出力回路にあって
は、その利得がOdB以下であり、多段に接続した場合
に利得は更に小さくなる。
第3に、インバータ回路構成の出力回路にあっては、製
造プロセスの条件に左右−され、闇値電圧の変動等の問
題があり、闇値電圧が変動した場合には正確な動作を行
うことが困難となる。
最後に、従来、CCD等の固体撮像装置の扱う信号はア
ナログ信号であり、MO3I−ランジスタを多用したメ
モリ等の半導体装置と比較して高め電源電圧を使用し十
分な動作を確保することが行われていたが、最近の低電
圧化の傾向からCCD等の固体撮像装置においてもメモ
リ同様な低い電圧で駆動することが要求されている。こ
のような低電圧化を図った場合には、特にレベル上のマ
ージンが小さくなって、上述の如きDCレベルの変動等
によっては正確な動作を行うことが困難となり、また、
その回路設計も容易でない。
そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、低電圧下におい
ても十分に動作し且つ回路設計等も容易に行うことがで
き、また、製造上のばらつきにも強い構成の固体撮像装
置におけるローパスフィルター装置の提供を目的とする
E0問題点を解決するための手段 本発明は、ローパスフィルター回路と、該ローパスフィ
ルター回路の入力側若しくは出力側の少なくとも一方に
接続されDCレベルが一定で利得が略1となるバッファ
回路とを有してなる固体撮像装置におけるローパスフィ
ルター装置により上述の問題点を解決する。
ここで、バッファ回路としては、オペアンプとインバー
タ若しくはソースフォロワアを組み合わせ、そのインバ
ータ(ソースフォロワア)の出力がオペアンプに帰還(
負帰還)される回路構成の所謂バートン回路を用いるこ
とができる。
F1作用 DCレベルが一定で利得が略lとなるバッファ回路をロ
ーパスフィルター回路と接続して行くことで、その回路
の各部におけるレベルの上下変動を抑えることができ、
単一のDCレベルをMeにして容易に回路設計を行うこ
とが可能となって、特に低電圧化を図った場合や多機能
化を図った場合に有効である。
G、実施例 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。
第1の実施例 本発明の第1の実施例は、第1図及び第3図に示すよう
に、ローパスフィルター回路として、CRアクティブフ
ィルターを用い、その入力側と出内側の双方にDCレベ
ルが一定で利得が略lとなるバッファ回路であるバート
ン回路を接続させたものである。
まず、その基本的構成について、第1図に基づき説明す
ると、例えばCODのフローティングゲートから出力さ
れる出力信号が入力するソースフォロワア回路10と、
出力DCレベルを一定にするためのバートン回路20と
を有しており、このバートン回路20の出力側にはアク
ティブローパスフィルター回路50が接続され、さらに
そのアクティブローパスフィルター回路50の出力側に
はバートン回路60が接続されている。
ここで、第2図を参照しながら、上記バートン回路20
について説明すると、バートン回路20は、オペアンプ
2OAとソースフォロワア回路20Bとからなり、その
ソースフォロワ1回路20Bの出力が上記オペアンプ2
0Aに負帰還される構成となっている。このバートン回
路20全体としては、ボルーテージホロヮとして機能し
、高い。
入力インピーダンスを有し、低い出力インビーダンスを
有することになる。したがって、当該固体撮像装置のロ
ーパスフィルター装置のDCレベルの変動は抑制され、
且つ次段に各種信号処理回路を設けた場合でも有効に駆
動できることになる。
また、上記バートン回路60についても同様の構成とな
り、同様にDCレベルが一定とされ、回路設計を容易な
ものとする機能を有する。
なお、上記ソースフォロワア回路10やバートン回路2
0のソースフォロワア回路20Bおよびバートン回路6
0のソースフォロワ1回路は、それぞれインバータ回路
としても良く、特にバートン回路20.60にインバー
タ回路を用いた場合には、そのインバータ回路は帰還ル
ープ中の回路であることから、プロセス条件によるトラ
ンジスタ特性等の変動があった時でも、その回路動作へ
の影響は小さなものとなる。また、上記ソースフォロワ
ア回路lOは設けなくとも良く、バートン回路20.ア
クティブローパスフィルター回路50およびバートン回
路60が直列に配される構成のローパスフィルター装置
としても良い。
このような本実施例の固体撮像装置におけるローパスフ
ィルター装置は、上記アクティブローパスフィルター回
路50の入力側のみならず出力側にもDCレベルが一定
で利得が略lとなるバートン回路20.60を配してい
ることから、DCレベルの変動を抑え且つ利得を維持す
ることができ、回路設計を容易なものとすることができ
る。
第3図は、このような本実施例のローパスフィルター装
置の一興体例であって、まず、ソースフォロワア回路l
Oを構成するように、電源電圧と接地電圧の間に直列に
NMOSトランジスタ11とNMO3)ランジスタ12
が配設されている。
NMO3I−ランジスタllのゲートは、例えばCCD
のフローティングゲートFGと接続して入力信号を受け
て動作し、そのNMO3)ランジスタ11のソースから
出力信号が次段のバートン回路20のNMO3)ランジ
スタ21のゲートに供給される。上記NMOSトランジ
スタ12は負荷として用いられている。
次に、DCレベルが一定で利得が略1となるバッファ回
路であるバートン回路20は、差動トランジスタ対を構
成するNMOSトランジスタ21゜22とカレントミラ
ーに接続されたPMO3)ランジスタ23,24及び定
電流源としてのNMOSトランジスタ25からなる演算
増幅回路と、電源電圧と接地電圧の間に直列に配設され
たNMOSトランジスタ26.27からなるソースフォ
ロワア回路とからなっている。上記NMOSトランジス
タ22のドレインより取り出された演算増幅回路の出力
信号は、上記NMO3I−ランジスタ26のゲートに入
力し、そのNMO3)ランジスタ26のソースより取り
出されるソースフォロワア回路の出力信号は、マイナス
人力のNMO3)ランジスタ22のゲートに入力して負
帰還ループを構成している。
そして、このバートン回路20の出力部である上記NM
OSトランジスタ26のソースには、ローパスフィルタ
ー回路としてアクティブローパスフィルター回路50が
接続する。このアクティブローパスフィルター回路50
は、抵抗として機能するMOSトランジスタ51aに接
続され、その他端には正帰還ループにおけるキャパシタ
52aと第2の抵抗として機能するMOSトランジスタ
51bが接続し、そのMO3I−ランジスタ51bの他
端には、第2のキャパシタ52bが接続する。
これらMOSトランジスタ51a、51b及びキャパシ
タ52a、52bによって当=亥アクティフ゛ローパス
フィルター回路500時定数特性を定めることができる
。そして、上記MOSトランジスタ51bの他端からは
、さらに演算増幅回路が接続されており、この演算増幅
回路は、差動トランジスタ対を構成するNMOSトラン
ジスタ53゜54とカレントミラーに接続されたPMO
Sトランジスタ55.56及び定電流源としてのNMO
Sトランジスタ57とにより構成されている。この演算
増幅回路の出力は、上記NMO3)ランジスク54のド
レインより取り出されてソースフォロワア回路のNMO
Sトランジスタ58のゲートに接続され、負荷であるN
 M OS )ランジスタ59の接続点である当該NM
OSトランジスタ58のソースから上記演算増幅回路の
NMOSトランジスタ54のゲートに接続する負帰還ル
ープが形成されている。そして、その負帰還ループが形
成されたNMOSトランジスタ58のソースから上記キ
ャパシタ52aを有した正帰還ループが取り出され、さ
らに、そこから次段のバートン回路60に接続されるよ
うに構成されている。
このようなアクティブローパスフィルター回路500次
には、DCレベルが一定で利得が略lとなるバッファ回
路であるバートン回路60が接続している。このバート
ン回路60は、上記バートン回路20と同様に、差動ト
ランジスタ対を構成するNMOSトランジスタ61.6
2とカレントミラーに接続されたPMOSトランジスタ
63゜64及び定電流源としてのNMOSトランジスタ
65からなる演算増幅回路と、電a電圧と接地電圧の間
に直列に配設されたNMO3I−ランジスタロ6.67
からなるソースフォロワ1回路とからなっている。上記
N M OS )ランジスタロ2のドレインより取り出
された演算増幅回路の出力信号は、上記NMOSトラン
ジスタ66のゲートに人力し、そのNMO3I−ランジ
スタロ6のソースからは、マイナス人力のNMOSトラ
ンジスタ62のゲートに入力する負帰還ループが設けら
れている。そして上記NMO3IMOSトランジスタロ
スからは、さらに出力信号が取り出され、この出力信号
は当該アクティブローパスフィルターを有したローパス
フィルター装置の出力信号として、他の信号処理装置へ
と伝送されることになる。
このような構成を有した本実施例の固体撮像装置におけ
るローパスフィルター装置は、上記アクティブローパス
フィルター回路50をDCレベルが一定で利得が略lと
されるバートン回路2o及びバートン回路60で挟んで
存在させている。即ち、バートン回路20.60でDC
レベルの変動なく該アクティブローパスフィルター回路
50が配されることになり、このようにバートン回路を
配することで回路設計上困難なくローパスフィルター装
置自体を多機能化できることになる。
また、DCレベルを一定に保つことができるため、CO
D等の低電圧化の傾向に従ってローパスフィルター装置
の電源電圧自体を低電圧にしたときであっても、レベル
のマージンを大きく確保することができ、ダイナミック
レンジを大きくとって十分な動作をさせるようにするこ
とができる。
また、バートン回路は、帰還系を有しており、仮にこの
帰還系を構成するトランジスタの特性がプロセス条件に
よって変動したとしても、直接に駆動するためのトラン
ジスタではな(帰還系内で動作するものであることから
、製造プロセス条件の変動による悪影響を十分に小さく
することができる。
なお、上述のソースフォロワ1回路となるNMOSトラ
ンジスタ11,12.26.27.58゜59.66.
67は、それぞれインバータ構成としても良く、また、
ソースフォロワア回路10を無い構成とし、バートン回
路20.アクティブローパスフィルター回路50.バー
トン回路60が直列に接続される回路構成としても良い
第2の実施例 固体撮像装置におけるローパスフィルター装置の第2の
実施例は、第4図及び第5図に示すように、増幅回路と
してソースフォロワア構成の回路を有し、DCCレベル
一定で利得が略lとなるバッファ回路としてバートン回
路構成の回路を接続し、これにサンプルホールド回路を
接続して同様にDCレベルが一定で利得が略lとなるバ
ッファ回路を接続し、さらに、その出力側にローパスフ
ィルター回路及びバッファ回路を配設させたものである
まず、その基本的構成について、第4図に基づき説明す
ると、例えばCCDのフローティングゲートから出力さ
れる出力信号が入力するソースフォロワア回路lOに出
力DCCレベル一定にするためのバートン回路20が接
続されている。このバートン回路20の出力側には一定
時間レベルを保持して動作するサンプルホールド回路3
0が接続され、さらにそのサンプルホールド回路30の
出力側にはDCレベルが一定とされ利得が略1であるバ
ッファ回路としてバートン回路40が接続されている。
このバートン回路40の出力側にはアクティブローパス
フィルター回路50が接続さ7れ、さらにそのアクティ
ブローパスフィルター回路50の出力側にはバートン回
路60が接続されている。
このような本実施例の固体撮像装置におけるローパスフ
ィルター装置は、上記ソースフォロワア回路10、上記
サンプルホールド回路30及び上記アクティブローパス
フィルター回路50が、それぞれDCレベルが一定で利
得が略lとなるバートン回路20.40.60でそれぞ
れ区切られる構成となっており、このためDCCレベル
変動を抑え且つ利得を維持することができ、その回路設
計を容易なものとすることができる。即ち、上記バート
ン回路20,40.60はそれぞれ高入力低出力インピ
ーダンスであることから、レベルのマージンを確保し、
低電圧化を図ったバートン回路構成であっても十分に動
作させることが可能となる。
第5図は、このような固体撮像装置におけるローパスフ
ィルター装置の具体的な一例であって、まず、ソースフ
ォロワア回路lOを構成するように、電源電圧と接地電
圧の間に直列にNMOSトランジスタ11とNMO3)
ランジスタ12が配設されている。N M OS )ラ
ンジスタ11のゲートは、例えばCODのフローティン
グゲートFCと接続して入力信号を受けて動作し、その
NMOSトランジスタ11のソースから出力信号が次段
のバートン回路20のNMOSトランジスタ21のゲー
トに供給される。上記NMO3)ランジスタ12は負荷
として用いられている。
次に、DCレベルが一定で利得が略1となるバッファ回
路であるハードン回路20は、差動トランジスタ対を構
成するNMO3I−ランジスタ21゜22とカレントミ
ラーに接続されたPMOSトランジスタ23.24及び
定電流源としてのNMOSトランジスタ25からなる演
算増幅回路と、電源電圧と接地電圧の間に直列に配設さ
れたNMOSトランジスタ26.27からなるソースフ
オロワア回路とからなっている。上記NMO3)ランジ
スタ22のドレインより取り出された演算増幅回路の出
力信号は、上記N M OS トランジスタ26のゲー
トに入力し、そのNMO3I−ランジスク26のソース
より取り出されるソースフォロワア回路の出力信号は、
マイナス入力のNMO3)ランジスタ22のゲートに入
力して負帰還ループを構成している。
そして、このバートン回路20の出力部である上記NM
O3)ランジスタ26のソースには、本実施例ではサン
プルホールド回路30が接続する。
このサンプルホールド回路30は、サンプリンク信号が
ゲートに伝達されるスイッチングトランジスタ31と、
サンプルホールドキャパシタ32とからなっている。こ
のサンプルホールド回路30の動作は、上記スイッチン
グトランジスタ31のゲートに供給されるサンプルホー
ルドパルスに応じてスイッチングトランジスタ31がオ
ン・オフ動作し、その動作によって、信号のあるレベル
が上記サンプルホールドキャパシタ32に蓄積される。
次に、このようなサンプルホールド回路30の。
出力側には、上記バートン回路20と略同−のバートン
回路40が接続する。このバートン回路40によって、
上記サンプルホールド回路30と次のアクティブローパ
スフィルター回路50との間のDCCレベル変動が抑制
され、利得の低下もない。このバートン回路40は、差
動トランジスタ対を構成するNMO3I−ランジスタ4
1,42とカレントミラーに接続されたPMO3)ラン
ジスク43,44及び定電流源としてのNMO3I−ラ
ンジスタ45からなる演算増幅回路と、電源電圧と接地
電圧の間に直列に配設されたNMOSトランジスタ46
.47からなるソースフォロワア回  。
路とからなっている。上記NMOSトランジスタ42の
ドレインより取り出された演算増幅回路の出力信号は、
上記NMOSトランジスタ46のゲートに入力し、その
NMO3I−ランジスタ46のソースより取り出される
ソースフォロワア回路の出力信号は、マイナス入力のN
MO3)ランジスタ42のゲートに入力して負帰還ルー
プを構成している。
次に、このバートン回路40の出力側に配置されるアク
ティブローパスフィルター回路50については、上述の
第2の実施例のものと同様に、上記バートン回路40の
NMO3)ランジスタ46のソースが抵抗として機能す
るMOSトランジスタ51aに接続され、その他端には
正帰還ループにおけるキャパシタ52aと第2の抵抗と
して機能するMOSトランジスタ51bが接続し、その
MOS)ランジスタ51bの他端には、第2のキャパシ
タ52bが接続する構成となっている。これらMOSト
ランジスタ51a、51b及びキャパシタ52a、52
bによって当該アクティブローパスフィルター回路50
の時定数特性を定めることができる。そして、上記MO
3I−ランジスタ51bの他端からは、さらに演算増幅
回路が接続されており、この演算増幅回路は、差動トラ
ンジスタ対を構成するNMO3)ランジスタ53,54
とカレントミラーに接続されたPMOSI−ランジスタ
55,56及び定電流源としてのNMOSトランジスタ
57とにより構成されている。この演算増幅回路の出力
は、上記NMO3)ランジスタ54のドレインより取り
出されてソースフォロワア回路のNMO3I−ランジス
タ58のゲートに接続され、負荷であるNMO3)ラン
ジスタ59の接続点である当1亥NMO3)ランジスク
58のソースから上記演算増幅回路のNMO3)ランジ
スタ54のゲートに接続する負帰還ループが形成されて
いる。そして、その負帰還ループが形成されたNMO3
)ランジスタ58のソースから上記キャパシタ52aを
有した正帰還ループが取り出され、さらに、そこから次
段のバートン回路60に接続されるように構成されてい
る。
このようなアクティブローパスフィルター回路50の次
には、DCレベルが一定で利得が略1となるバッファ回
路であるバートン回路60が接続している。このパート
ン回il′360は、上記バートン回路20と同様に、
差動トランジスタ対を構成するNMO3I−ランジスタ
ロ1,62とカレントミラーに接続されたPMO3)ラ
ンジスタロ3゜64及び定電流源としてのNMO3)ラ
ンジスタロ5からなる演算増幅回路と、電源電圧と接地
電圧の間に直列に配設されたNMO3)ランジスタロ6
.67からなるソースフォロワ7回路とからなっている
。上記NMOSトランジスタ62のドレインより取り出
された演算増幅回路の出力信号は、上記NMO3)ラン
ジスタロ6のゲートに入力し、そのNMO3)ランジス
タロ6のソースからは、マイナス入力のNMO3)ラン
ジスタロ2のゲートに入力する負帰還ループが設けられ
ている。そして上記NMO3)ランジスタロ6のソース
からは、さらに出力信号が取り出され、この出力信号は
当該アクティブローパスフィルターを有したローパスフ
ィルター装置の出力信号として、他の信号処理装置へと
伝送されることになる。
このような構成を有した本実施例の固体撮像装置におけ
るローパスフィルター装置は、上記サンプルホールド回
路30と、上記アクティブ口−パスフイルター回路50
とは、それぞれDCレベルが一定で利得が略lとされる
バートン回路20゜40.60により挟まれて配置され
ている。したがって、これら各ハードン回路20,40
.60でDCレベルの変動を有効に抑えることができ、
上記サンプルホールド回路30や上記アクティブローパ
スフィルター回路50を回路設計上困難なく配置するこ
とが可能となる。
また、CCD等の低電圧化の傾向に従ってローパスフィ
ルター装置の電源電圧自体を低電圧にしたときであって
も、レベルのマージンを大きく確保することができ、ダ
イナミックレンジを大きくとって十分な動作をさせるよ
うにすることができ、さらにトランジスタの特性等がプ
ロセス条件によって変動したとしても、帰還系において
は製造プロセス条件の変動による悪影響を十分に小さく
することができる。また、各バートン回路20.40.
60及びローパスフィルター回路50のバートン回路構
成は、同一の回路構成をもち、このため回路配置作業上
やプロセス上における取り扱いに便宜である。
なお、上述のソースフォロヮア構成となるNMOSトラ
ンジスタ11,12.26,27.46゜47.58,
59.66.67は、それぞれインバータ構成としても
良く、また、ソースフォロヮア回路10を無い構成とし
ても良い。
また、上述の実施例では、ローパスフィルター回路にバ
ートン回路をバッファ回路として接続し、さらにサンプ
ルホールド回路を加えたものについて説明したが、これ
に限定されず、さらに他の13号処理回路をバートン回
路等のDCレベルが一定で利得が略1とされるバッファ
回路で挾むような構成とすることも可能である。
H0発明の効果 本発明の固体撮像装置におけるローパスフィルター装置
は、DCレベルが一定で利得が略1とされるバッファ回
路を用い、このバッファ回路によって、DCレベルの変
動を抑制して、レベルのマージンを大きくシ、当該ロー
パスフィルター装置のダイナミックレンジを大きくする
ことができる。
このため特に低電圧化を図ったときでも容易に回路設計
することが可能であり、多機能化を図った場合に有利で
ある。
また、帰還系におけるトランジスタの特性が変動した場
合であっても、本発明のローパスフィルター装置ではそ
のプロセス上の悪影響を十分に小さくすることができる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の固体撮像装置におけるローパスフィル
ター装置の第1の実施例にかかるブロック図、第2図は
そのローパスフィルター装置のバートン回路の具体的構
成を示すブロック図、第3図は上記第1の実施例にかか
るローパスフィルター装置の回路構成を示す回路図、第
4図は本発明の固体撮像装置におけるローパスフィルタ
ー装置の第2の実施例にかかるブロック図、第5図は上
記第2の実施例にかかるローパスフィルター装置の回路
構成を示す回路図である。 また、第6図は問題点を説明するための従来の固体撮像
装置における出力回路の一例を示す回路図、第7図は問
題点を説明するための従来の固体描像vt置における出
力回路の他の一例を示す回路図である。 10・・・ソースフォロワア回路 20・・・バートン回路 30・・・サンプルホールド回路 40・・・バートン回路 50・・・アクティブローパスフィルター回路60・・
・バートン回路 特 許 出 願 人  ソニー株式会社代理人   弁
理士     小泡 見回         田村榮− 第6図 第7図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ローパスフィルター回路と、該ローパスフィルター回路
    の入力側若しくは出力側の少なくとも一方に接続されD
    Cレベルが一定で利得が略1となるバッファ回路とを有
    してなる固体撮像装置におけるローパスフィルター装置
JP62011357A 1986-02-24 1987-01-22 電荷転送装置におけるローパスフィルター装置 Expired - Lifetime JP2888832B2 (ja)

Priority Applications (5)

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