專利名稱：固態(tài)成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)成像裝置，特別涉及低功耗輸出電路的固態(tài)成像裝置。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，使用固態(tài)成像裝置的電子裝備中，例如數(shù)碼相機(jī)、復(fù)印機(jī)和掃描儀，在既增加像素?cái)?shù)量又實(shí)現(xiàn)高速方面有顯著的進(jìn)步(move)。伴隨著該進(jìn)步，在固態(tài)成像裝置的輸出電路中流動(dòng)的電流量增加了。電流量的增加導(dǎo)致了固態(tài)成像裝置的功耗和發(fā)熱量的增加。
圖4是示出了常規(guī)線性圖像感應(yīng)器的視圖。在光接收設(shè)備陣列200中光電轉(zhuǎn)換并累積的電荷經(jīng)由讀出門電路201被讀出到移位寄存器202，讀出門電路201被提供以讀出門脈沖TG。讀出到CCD移位寄存器的電荷被連續(xù)地傳送并在信號(hào)電荷檢測(cè)單元203中被轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓，上述信號(hào)電荷檢測(cè)單元203形成在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)中，其將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓。由包括源跟隨器和反相器等的模擬電路組成的輸出電路204將該轉(zhuǎn)換后的信號(hào)電壓輸出到外部。
圖5是示出了讀出門脈沖TG和輸出信號(hào)Vout的波形圖。為了加快速度，必須增加CCD移位寄存器的傳送速率，以便縮短讀出光接收部分的信號(hào)電荷所需的時(shí)間。此外，必須縮短TG脈沖的周期。在一個(gè)線路中讀出數(shù)據(jù)所需的時(shí)間必須以這種方式縮短。
為了縮短在每個(gè)光接收設(shè)備中讀出信號(hào)電荷所需的時(shí)間，還必須增加由模擬電路組成的輸出電路的頻率特性。具體地，對(duì)于包括在輸出電路中的晶體管，必須縮短門脈沖長(zhǎng)度L并且增加門脈沖寬度W，以增加源跟隨器等的頻率特性。然而這增加了在輸出電路中流動(dòng)的電流數(shù)量，因而引起了發(fā)熱量的增加。
此外，在陣列光接收部分光電轉(zhuǎn)換的電荷的數(shù)量Q可以表示成Q＝η×L×Ttg其中L是光量，η是光電轉(zhuǎn)換效率，Ttg是累積電荷的時(shí)間。
為了加速，通過(guò)增加在光接收部分中光電轉(zhuǎn)換和累積并被讀出到CCD移位寄存器的電荷的數(shù)量，光接收部分在光接收部分中累積電荷的時(shí)間Ttg縮短了。因此，如果光源中光的數(shù)量保持是相同的，光電轉(zhuǎn)換的電荷的數(shù)量Q由于更高的速度而減少。如果電荷的數(shù)量減少，則不能獲得作為輸出電壓的必需振幅(動(dòng)態(tài)范圍)，因此必須增加輸出電路的增益。這表明需要增加電路中晶體管的數(shù)量，因而增加了功耗。即使增加光的數(shù)量以對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充，還存在另一個(gè)問(wèn)題，即光源增加的功耗。
如上所述，對(duì)于加速來(lái)說(shuō)，增加功耗是不可避免的問(wèn)題。
在日本未審查專利申請(qǐng)公開No.10-117306中公開了解決輸出電路增加功耗的問(wèn)題的一個(gè)方法。日本未審查專利申請(qǐng)公開No.10-117306公開的輸出電路如圖6所示。圖6示出了圖4中的用于固態(tài)成像裝置的信號(hào)電荷檢測(cè)單元和輸出電路，以及圖4中未示出的復(fù)位電路。連續(xù)地傳送的信號(hào)電荷在信號(hào)電荷檢測(cè)部分2中被轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓，并經(jīng)由輸出電路103輸出到外面。復(fù)位電路1復(fù)位信號(hào)電荷檢測(cè)部分2的電勢(shì)，并輸出每個(gè)被連續(xù)地傳送的信號(hào)電荷以指定復(fù)位電勢(shì)。放大信號(hào)電壓的輸出電路103由兩級(jí)源跟隨器4和105組成。源跟隨器4將恒流源7連接到晶體管6的源極側(cè)。源跟隨器105將恒流源109連接到晶體管8的源極側(cè)。此外，施加到第一級(jí)源跟隨器4的電源電壓VOD1通常與施加到復(fù)位電路1的電源電壓VRD一起使用。此外，通過(guò)使施加到第二級(jí)源跟隨器105的電源電壓VOD2低于施加到第一級(jí)源跟隨器4的電源電壓VOD1，減少了功耗。
然而在上述的例子中，如果使第二級(jí)源跟隨器105的電源電壓VOD2的電勢(shì)不同于復(fù)位電路1的電源電壓VRD的電勢(shì)和第一級(jí)源跟隨器4的電源電壓VOD1的電勢(shì)，在所述電壓從外部施加的情況下，電源電壓可能獨(dú)立地波動(dòng)。通常，如果輸入到源跟隨器的電壓保持不變，由電源電壓的波動(dòng)導(dǎo)致的來(lái)自源跟隨器的輸出電壓波動(dòng)不會(huì)大到足以成為問(wèn)題。然而復(fù)位電勢(shì)VRD的波動(dòng)影響源跟隨器105的輸入電勢(shì)，因此使輸出電壓的振幅范圍(動(dòng)態(tài)范圍)波動(dòng)。例如如圖7所示，如果源跟隨器的輸入電勢(shì)波動(dòng)到較低電勢(shì)，輸出電壓的振幅范圍會(huì)變窄。
特別是如圖8所示，其中提供反相電路120作為源跟隨器105的下一級(jí)電路，以便增加輸出電路的增益，來(lái)自電源電壓的波動(dòng)的影響會(huì)變大。反相電路120的放大增益增加得越多，能夠輸入的用于反相電路的輸入電壓的范圍就變得越窄。因此，如果由于復(fù)位電勢(shì)VRD的波動(dòng)，源跟隨器的輸出電壓發(fā)生波動(dòng)，則反相電路的輸入電壓波動(dòng)，而且該輸入電壓可能超出反相電路能夠輸入的范圍。相應(yīng)地輸出電路不能工作。即使輸入電壓在反相電路能夠輸入的范圍，來(lái)自源跟隨器的輸出電壓的振幅范圍(動(dòng)態(tài)范圍)與僅包括源跟隨器的情況相比，也可能需要變窄。上述結(jié)果對(duì)輸出電路的增益和動(dòng)態(tài)范圍施加了約束，因此在設(shè)計(jì)具有較高增益和較寬動(dòng)態(tài)范圍的輸出電路方面產(chǎn)生了重大問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種固態(tài)成像裝置，其包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、用于傳送由光電轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷的電荷傳送設(shè)備、用于將由電荷傳送設(shè)備傳送的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓的信號(hào)電荷檢測(cè)單元、用于復(fù)位信號(hào)電荷檢測(cè)單元的電勢(shì)的復(fù)位電路、以及用于放大信號(hào)電壓的放大單元。該放大部分包括施加有第二電源電壓的第一源跟隨器，該第二電源電壓與施加到復(fù)位電路的第一電源電壓不同。第一源跟隨器包括驅(qū)動(dòng)晶體管和連接到該驅(qū)動(dòng)晶體管的電流源，并且該電流源的電流量根據(jù)第一電源電壓的波動(dòng)而改變。
在本發(fā)明中，包括源跟隨器的電流源的電流量能夠根據(jù)電源電壓的波動(dòng)而改變。源跟隨器能夠通過(guò)電流源的電流量的改變而改變輸入/輸出特性。因此，即使源跟隨器的輸入電壓由于電源電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，也能夠通過(guò)改變?cè)锤S器的輸入/輸出特性消除對(duì)輸出電壓的影響。因此本發(fā)明的固態(tài)成像裝置能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗并且減少電源電壓波動(dòng)帶來(lái)的影響。
通過(guò)結(jié)合附圖的下面描述，本發(fā)明的上述和其他目標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)和特征將會(huì)更明顯，其中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)成像裝置的示意圖；圖2A到2C是示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的源跟隨器的輸入/輸出特性的示意圖的視圖；圖3A到3C是示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的源跟隨器的輸入/輸出特性的示意圖的視圖；圖4是示出了常規(guī)線性圖像感應(yīng)器的示意圖；圖5是示出了線性圖像感應(yīng)器的運(yùn)作的視圖；圖6是示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的固態(tài)成像裝置的示意圖；圖7是示出了源跟隨器的輸入/輸出特性的視圖；圖8是示出了根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的另一個(gè)固態(tài)成像裝置的示意圖；以及圖9是示出了反相器的輸入/輸出特性的視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將會(huì)參照示例性實(shí)施例描述本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到，使用本發(fā)明的教導(dǎo)可以實(shí)現(xiàn)很多替換的實(shí)施例，而且本發(fā)明并不限于為解釋目的說(shuō)明的實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的示意圖。在圖1所示的實(shí)施例中，與圖6中傳統(tǒng)技術(shù)相同的部件用同樣的附圖標(biāo)記表示，并且這里不再對(duì)其詳細(xì)描述。
在本實(shí)施例的固態(tài)成像裝置中，作為放大光電轉(zhuǎn)換信號(hào)電壓的放大單元的輸出電路3由兩級(jí)源跟隨器4和5組成。輸出電路3與圖6中所示的傳統(tǒng)技術(shù)的輸出電路103的不同之處在于，輸出電路3包括替代源跟隨器105的源跟隨器5。提供源跟隨器4作為第二源跟隨器，并且提供源跟隨器5作為第一源跟隨器。而且，源跟隨器5與源跟隨器105的不同之處在于，源跟隨器5包括根據(jù)復(fù)位電勢(shì)VRD的波動(dòng)改變電流量的電流源9。
下面將詳細(xì)描述源跟隨器5。源跟隨器5包括連接到驅(qū)動(dòng)晶體管8的源極側(cè)的驅(qū)動(dòng)晶體管8、根據(jù)復(fù)位電勢(shì)VRD的波動(dòng)改變電流量的電流源9。在電流源9中，提供了作為負(fù)載晶體管的晶體管10、連接到晶體管10的柵極的源11和12。電壓源11包括晶體管13和14，它們被施加了給源跟隨器5供電的電源電壓VOD2。而且，電壓源12由晶體管15和16組成，它們被施加了給復(fù)位電路1供電的電源電壓VRD。使施加到源跟隨器5的電源電壓VOD2低于施加到復(fù)位電勢(shì)VRD和源跟隨器4的電源電壓VOD1。這是為了，與源跟隨器4相比，為改善頻率特性利驅(qū)動(dòng)能力，大的電流流向源跟隨器5，從而通過(guò)降低電壓VOD2，減少功耗。
通過(guò)向包括在電流源9中的晶體管10的柵極提供電壓源11，可以確定源跟隨器5的Vt波動(dòng)和電源電壓VOD2的波動(dòng)特性，該電壓源11與源跟隨器5一樣被提供有電源電壓VOD2。另一方面，如果復(fù)位電勢(shì)波動(dòng)，通過(guò)使用電壓源12使第二級(jí)源跟隨器5的輸入/輸出特性波動(dòng)來(lái)吸收該波動(dòng)，從而該波動(dòng)的影響不會(huì)影響下一級(jí)。
將在下面對(duì)照傳統(tǒng)技術(shù)詳細(xì)描述源跟隨器5的運(yùn)作。
圖3A是根據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的第二級(jí)源跟隨器105的結(jié)構(gòu)。恒流源109由包括電壓源113和114的電壓源112和連接到電壓源112的晶體管111組成。電壓源112被提供有電源電壓VOD2，其也被施加到源跟隨器105。下面將解釋復(fù)位電勢(shì)VRD從VRD_a變化到VRD_b(VRD_a＞VRD_b)的情況，以及第二級(jí)源跟隨器105的輸入電勢(shì)從Vin_a變化到Vin_b(Vin_a＞Vin_b)的情況。圖3B是示出了電壓源112對(duì)VRD電壓的從屬性的視圖。如圖3B所示，從電壓源112輸出的電壓Vload_a保持常量，與復(fù)位電勢(shì)VRD的波動(dòng)無(wú)關(guān)。因此源跟隨器105的輸入/輸出特性不依據(jù)復(fù)位電勢(shì)VRD的波動(dòng)而改變。因而，源跟隨器105的輸出電壓由輸出圖3C的輸入/輸出特性決定。具體地，如果輸入電壓由于復(fù)位電勢(shì)VRD的波動(dòng)而從Vin_a變化到Vin_b，則輸出電壓從Vout_a變化到Vout_b。
另一方面，圖2A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的第二級(jí)源跟隨器5，例如如圖2B所示，在源跟隨器5中，如果復(fù)位電勢(shì)VRD從VRD_a變化到VRD_b(VRD_a＞VRD_b)，則電壓源的輸出電壓從Vload_a變化到Vload_b(Vload_a＞Vload_b)。于是晶體管10的柵電壓降低，在晶體管10中流動(dòng)的電流也減少。這改變了源跟隨器5的輸入/輸出特性。具體地，如圖2C所示，源跟隨器的輸入/輸出特性隨復(fù)位電勢(shì)VRD的波動(dòng)一起從虛線改變成實(shí)線。如上所述，即使輸入電壓從Vin_a變化到Vin_b，輸出電壓能夠保持在Vout_a。復(fù)位電勢(shì)VRD的波動(dòng)引起的源跟隨器的輸出電壓波動(dòng)能夠用這種方式得到抑制。
雖然通常只使用一個(gè)電壓源作為源跟隨器的電流源，但本實(shí)施例中提供了兩個(gè)電壓源。然而電壓源的目的是確定電壓，電壓源消耗的電力與源跟隨器流過(guò)的直通電流相比非常小。因此即使向源跟隨器5提供兩個(gè)電壓源，電流量中的增長(zhǎng)也很小，不足以成為問(wèn)題。
雖然本實(shí)施例解釋了具有兩級(jí)源跟隨器和兩個(gè)電壓源的輸出電路，但并不限于此，通過(guò)提供三級(jí)源跟隨器和三個(gè)電壓源也能夠得到相似效果。
很明顯的是，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，而且可以在不背離本發(fā)明范圍和精神的情況下對(duì)其作出修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像裝置，其包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備；用于傳送由所述光電轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷的電荷傳送設(shè)備；用于將由所述電荷傳送設(shè)備傳送的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓的信號(hào)電荷檢測(cè)部分；用于復(fù)位所述信號(hào)電荷檢測(cè)部分的電勢(shì)的復(fù)位電路；以及用于放大所述信號(hào)電壓的放大部分，其中，所述放大部分包括第一源跟隨器，所述第一源跟隨器被施加有與施加到所述復(fù)位電路的第一電源電壓不同的第二電源電壓；以及所述第一源跟隨器包括驅(qū)動(dòng)晶體管和連接到所述驅(qū)動(dòng)晶體管的電流源，所述電流源根據(jù)第一電源電壓的波動(dòng)改變電流量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像裝置，其中，如果第一電源電壓改變成較小的電源電壓，則所述電流源減少電流量，并且如果第一電源電壓改變成較大的電源電壓，則所述電流源增加電流量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像裝置，其中，所述電流源包括提供有第一電源電壓的第一電壓源、提供有第二電源電壓的第二電壓源、以及柵極連接到第一和第二電壓源的輸出的負(fù)載晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的固態(tài)成像裝置，其中，第一電壓源包括串聯(lián)連接在第一電源電壓和接地電勢(shì)之間的第一和第二晶體管；第二電壓源包括串聯(lián)連接在第一電源電壓和接地電勢(shì)之間的第三和第四晶體管；以及第一和第二晶體管的節(jié)點(diǎn)與第三和第四晶體管的節(jié)點(diǎn)連接到柵電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像裝置，其中，所述放大部分還包括在所述信號(hào)電荷檢測(cè)部分和第一源跟隨器之間的第二源跟隨器，并且該第二源跟隨器被施加有第一電源電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的固態(tài)成像裝置，其中，所述放大部分還包括在所述信號(hào)電荷檢測(cè)部分和第一源跟隨器之間的第二源跟隨器，并且該第二源跟隨器被施加有第一電源電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像裝置，其中第一電源電壓大于第二電源電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的固態(tài)成像裝置，其中第一電源電壓大于第二電源電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求3的固態(tài)成像裝置，其中第一電源電壓大于第二電源電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)成像裝置，還包括連接到所述放大部分的下一級(jí)的反相電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像裝置，其包括多個(gè)光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、用于傳送由光電轉(zhuǎn)換設(shè)備轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷的電荷傳送設(shè)備、用于將由電荷傳送設(shè)備傳送的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成信號(hào)電壓的信號(hào)電荷檢測(cè)部分、用于復(fù)位信號(hào)電荷檢測(cè)部分的電勢(shì)的復(fù)位電路、以及用于放大信號(hào)電壓的放大部分。該放大部分包括兩級(jí)源跟隨器，向其中每個(gè)施加的電源電壓與要施加到復(fù)位電路的電源電壓不同。第二級(jí)源跟隨器由驅(qū)動(dòng)晶體管、根據(jù)復(fù)位電勢(shì)VRD的波動(dòng)改變電流量的電流源組成。通過(guò)根據(jù)復(fù)位電勢(shì)VRD中的改變而改變電流源中流動(dòng)的電流，能夠改變?cè)锤S器的輸入/輸出特性，從而抑制輸出電壓中的波動(dòng)。
文檔編號(hào)H04N1/028GK1913578SQ200610108759
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月10日
發(fā)明者都筑孝夫 申請(qǐng)人:恩益禧電子股份有限公司