專(zhuān)利名稱(chēng)：箝位電路以及具有箝位電路的固體攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及箝位電路以及具有箝位電路的固體攝像裝置，例如涉及用于限制固體 攝像裝置的像素放大器等所使用的源極跟隨器電路的輸出振幅的箝位電路。
背景技術(shù)：
以前，一般采用源極跟隨器(source follower)電路來(lái)檢測(cè)作為固體攝像裝置的 CMOS圖像傳感器中的像素信號(hào)(電荷)。通常，采用源極跟隨器電路的像素信號(hào)的檢測(cè)動(dòng) 作中，當(dāng)太陽(yáng)光等極強(qiáng)的光入射時(shí)，光電二極管(PD)的輸出會(huì)達(dá)到飽和，所以進(jìn)行復(fù)位信 號(hào)的讀取動(dòng)作時(shí)，存在電荷泄露到檢測(cè)部(附節(jié)點(diǎn)/FD)，從而使源極跟隨器電路的輸出(復(fù) 位信號(hào))被固定為地電位的情況。進(jìn)行像素信號(hào)的檢測(cè)動(dòng)作時(shí)也一樣，由于源極跟隨器電 路的輸出(像素信號(hào))被固定為地電位，所以復(fù)位信號(hào)與像素信號(hào)之間的差為零。在后級(jí) 的A/D轉(zhuǎn)換部中，會(huì)把這種狀態(tài)誤識(shí)別為沒(méi)有光的狀態(tài)(黑電平(black level))。為避免這種情況，有附加讀取復(fù)位信號(hào)時(shí)、用于限制源極跟隨器電路的輸出振幅 的箝位電路的方法。盡管用于限制源極跟隨器電路的輸出振幅的箝位電路有各種結(jié)構(gòu)，但 作為其代表性的例子，使用運(yùn)算放大器的箝位電路是公知的。用運(yùn)算放大器對(duì)源極跟隨器 的輸出和基準(zhǔn)偏置電壓進(jìn)行比較，控制源極跟隨器的輸出。

發(fā)明內(nèi)容
有關(guān)本發(fā)明的一種形態(tài)的箝位電路包括第一 N溝道晶體管，柵極被提供輸入電 壓，并且漏極連接到電源，源極連接到輸出端子；第一恒流源，連接在所述輸出端子與地之 間；第二 N溝道晶體管，柵極被提供偏置電壓，并且源極連接到所述源極跟隨器電路的輸出 端子；第二恒流源，連接在所述第二 N溝道晶體管的漏極與電源之間；以及第一 P溝道晶體 管，柵極連接到所述第二 N溝道晶體管的漏極，并且源極連接到電源，漏極連接到所述源極 跟隨器電路的輸出端子。有關(guān)本發(fā)明申請(qǐng)的一種形態(tài)的固體攝像裝置包括多個(gè)像素單元，配置為矩陣狀， 且分別至少具有復(fù)位晶體管和放大晶體管；多個(gè)源極跟隨器電路，通過(guò)在行方向上配置成 陣列狀的各偏壓用晶體管和在各列方向上配置的規(guī)定個(gè)數(shù)的像素單元內(nèi)的各放大晶體管 之間的連接而構(gòu)成；以及多個(gè)如上述記載的箝位電路，在行方向上配置成陣列狀，并分別連 接到所述多個(gè)源極跟隨器電路的輸出。


圖1是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例1的固體攝像裝置(CMOS圖像傳感器)的結(jié)構(gòu)的例子的框圖。
圖2是表示有關(guān)實(shí)施例1的CMOS圖像傳感器的傳感器內(nèi)核部的結(jié)構(gòu)的例子電路 圖。圖3是表示有關(guān)實(shí)施例1的CMOS圖像傳感器的源極跟隨器電路用的輸出箝位電 路的結(jié)構(gòu)的例子的電路圖。圖4是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例2的CMOS圖像傳感器的源極跟隨器電路用的輸出 箝位電路的結(jié)構(gòu)的例子的電路圖。圖5是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例3的CMOS圖像傳感器的源極跟隨器電路用的輸出 箝位電路的結(jié)構(gòu)的例子的電路圖。
具體實(shí)施例方式這里，在用上述運(yùn)算放大器比較源極跟隨器的輸出和基準(zhǔn)偏置電壓，并控制源極 跟隨器的輸出的結(jié)構(gòu)中，使用運(yùn)算放大器的箝位電路總是需要恒定電流。因此，具有不適宜 低消耗電流的要求的傾向。進(jìn)而，提出了通過(guò)比較器監(jiān)測(cè)復(fù)位信號(hào)讀取動(dòng)作時(shí)的源極跟隨器電路的輸出，從 而對(duì)包含A/D轉(zhuǎn)換部的后級(jí)電路進(jìn)行控制的方法(例如，參考美國(guó)專(zhuān)利第6，803，958號(hào)說(shuō) 明書(shū))。但是，上述美國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)中，比較器以及控制電路等附加電路較多，特別是在細(xì)微 像素中的并聯(lián)讀取方式的傳感器中，需要對(duì)每一列附加這些電路。所以具有增大整體面積 的缺點(diǎn)。于是，下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。但是，應(yīng)該注意附圖是示意性 的，各附圖的尺寸及比例等和實(shí)物會(huì)有不用。另外，各附圖相互之間當(dāng)然也含有尺寸的關(guān)系 和/或比例不一樣的部分。特別是下面所示的幾個(gè)實(shí)施例，舉例說(shuō)明了用于將本發(fā)明的技 術(shù)思想具體化的裝置及方法，而不是通過(guò)組成單元的形狀、結(jié)構(gòu)、配置等來(lái)特別限定本發(fā)明 的技術(shù)思想。本發(fā)明的技術(shù)思想，在不脫離其要點(diǎn)的范圍內(nèi)，可以加以種種變更。(實(shí)施例1)圖1是表示有關(guān)本發(fā)明實(shí)施例1的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)的例子的圖。另外，此處 以并聯(lián)讀取方式的CMOS圖像傳感器為例進(jìn)行說(shuō)明。如圖1所示，CMOS圖像傳感器1包含時(shí)鐘控制電路(以下表示為VC0PLL)10， 串行命令輸入輸出單元12，串行接口(以下表示為串行I/F) 13，影像信號(hào)處理電路(以 下表示為ISP) 14，數(shù)據(jù)輸出接口(以下表示為D0UT I/F) 15，基準(zhǔn)定時(shí)生成電路(以下表 示為T(mén)G) 16，傳感器驅(qū)動(dòng)定時(shí)生成電路(以下表示為ST) 17，傳感器內(nèi)核部19，以及透鏡 (lens) 20。另外，傳感器內(nèi)核部19包含像素部30，以及設(shè)置在該像素單元30附近的AD轉(zhuǎn) 換電路部(以下表示為ADC部)31。以下對(duì)各部進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。VC0PLL10根據(jù)主時(shí)鐘MCK生成CMOS圖像傳感器1的內(nèi) 部時(shí)鐘(時(shí)鐘信號(hào)CLK)。并且該生成的時(shí)鐘信號(hào)CLK分別輸出到TG16，ISP14，以及ST17。 主時(shí)鐘MCK是以設(shè)置在CMOS圖像傳感器1外部的、例如時(shí)鐘(外部時(shí)鐘)為基準(zhǔn)而得到的 時(shí)鐘信號(hào)。另外，內(nèi)部時(shí)鐘CLK的頻率通過(guò)VC0PLL10進(jìn)行控制。串行I/F13從外部接收用于使含有ISP14的CMOS圖像傳感器全體的系統(tǒng)動(dòng)作的 控制數(shù)據(jù)DATA。控制數(shù)據(jù)DATA，是例如命令或者用于使傳感器全體動(dòng)作的動(dòng)作定時(shí)信號(hào)等。并且，串行I/F13把從外部接收到的控制數(shù)據(jù)DATA提供給串行命令輸入輸出部12。串行命令輸入輸出部12把從串行I/F13接收到的控制數(shù)據(jù)DATA分別輸出到 VC0PLL10、ISP14、D0UT I/F 15、TG16、以及 ST17。TG16根據(jù)時(shí)鐘信號(hào)CLK和從串行命令輸入輸出部12提供的控制數(shù)據(jù)DATA，對(duì) ST17及ISP14提供指示，分別控制傳感器內(nèi)核部19及ISP14的動(dòng)作。也就是說(shuō)，TG16對(duì)進(jìn) 行影像信號(hào)處理的ISP14、和控制傳感器內(nèi)核部19的動(dòng)作定時(shí)的ST17分別指示動(dòng)作定時(shí)。 例如，TG16對(duì)ST17提供在累積了用傳感器內(nèi)核部19接收的電荷(像素信號(hào))之后讀取 該電荷的定時(shí)、將讀取的電荷AD轉(zhuǎn)換為影像信號(hào)的定時(shí)、以及把該影像信號(hào)傳送到ISP14 的定時(shí)等指示。此外，同時(shí)地，TG16對(duì)ISP14提供從傳感器內(nèi)核部19傳送影像信號(hào)的定時(shí)、 以及將影像信號(hào)輸出給DOUT I/F15的定時(shí)等指示。ST17根據(jù)由TG16提供的上述動(dòng)作定時(shí)的指示，向傳感器內(nèi)核部19提供檢測(cè)部的 復(fù)位脈沖(以下表示為信號(hào)RESETm)和信號(hào)讀取脈沖(以下表示為READm)。此外，信號(hào) RESETm和信號(hào)READm是例如可以取“低”(Low)電平或“高”(High)電平中的任意一種的數(shù) 字信號(hào)。另外，ST17對(duì)傳感器內(nèi)核部19提供必要的動(dòng)作定時(shí)的指示。傳感器內(nèi)核部19具有具備呈矩陣狀排列的多個(gè)像素(以下表示為像素40)的像 素部30。也就是說(shuō)，像素部30中，根據(jù)由ST17提供的信號(hào)RESETm和信號(hào)READm，對(duì)呈矩陣 狀排列的多個(gè)像素40進(jìn)行復(fù)位動(dòng)作、和針對(duì)像素40的電荷檢測(cè)動(dòng)作。此外，通過(guò)復(fù)位動(dòng)作， 復(fù)位電平(復(fù)位電壓)的復(fù)位信號(hào)從像素部30，經(jīng)由之后敘述的箝位電路，被提供給ADC部 31。ADC部31根據(jù)由ST17提供的動(dòng)作定時(shí)的指示，對(duì)由像素部30提供的模擬的復(fù)位 信號(hào)和像素信號(hào)分別進(jìn)行A/D(Anal0g-t0-Digital 模擬到數(shù)字)變換之后，輸出這些數(shù)字 信號(hào)的差。這時(shí)，ADC部31將模擬的復(fù)位信號(hào)和像素信號(hào)轉(zhuǎn)換為例如1024個(gè)值的數(shù)字值。 結(jié)果，ADC部31得到例如10比特的數(shù)字的影像信號(hào)。之后，得到的數(shù)字的影像信號(hào)通過(guò)ADC 部31被讀取到ISP14。ISP14根據(jù)由TG16提供的動(dòng)作定時(shí)的指示，對(duì)從傳感器內(nèi)核部19得到的數(shù)字的影 像信號(hào)進(jìn)行白平衡(white balance)處理、大動(dòng)態(tài)范圍(widedynamic range)處理、降低噪 音處理、以及不良像素修正處理等影像信號(hào)處理。并且，ISP14將執(zhí)行了上述影像信號(hào)處理 的數(shù)字的影像信號(hào)輸出給D0UTI/F 15。DOUT I/F15把通過(guò)ISP14執(zhí)行了影像信號(hào)處理的數(shù)字的影像信號(hào)輸出到CMOS圖 像傳感器1的外部。透鏡20對(duì)來(lái)自外部的光進(jìn)行聚光，聚光后的光通過(guò)分解濾光器(圖中未顯示) 后，提供給像素部30。此外，濾光器按RGB的每個(gè)色對(duì)光進(jìn)行分解。傳感器內(nèi)核部19的電路結(jié)構(gòu)接下來(lái)，詳細(xì)說(shuō)明上述傳感器內(nèi)核部19。圖2是表示傳感器內(nèi)核部19的電路結(jié)構(gòu) 的例子的圖。如圖2所示，像素部30中配置有分別連接到多個(gè)垂直信號(hào)線(xiàn)VLINn、并且在垂直 (m)方向上分別以規(guī)定個(gè)數(shù)(本例為m+1個(gè))設(shè)置的像素40。即，像素部30具有以矩陣狀 配置的多個(gè)像素40。而且，各垂直信號(hào)線(xiàn)VLINn上，與之分別相對(duì)應(yīng)地連接有偏壓用M0S晶 體管TL和ADC部31的各A/D轉(zhuǎn)換部。
此外，以下，以在與垂直信號(hào)線(xiàn)VLINn正交的水平(n)方向上的第一行上配置的像素40中，和垂直信號(hào)線(xiàn)VLim相連的像素40為例進(jìn)行說(shuō)明。像素40具有M0S晶體管Tb、Tc、Td以及光電二極管PD。M0S晶體管Tc的柵極接 收由ST17提供的信號(hào)RESET1，漏極端被供給電壓VDD (例如2. 8V)，源極端連接到連接節(jié)點(diǎn) m。S卩，M0S晶體管Tc起到生成復(fù)位電壓的復(fù)位晶體管的作用，該復(fù)位電壓是從光電二極 管PD讀取的像素信號(hào)的基準(zhǔn)電壓。M0S晶體管Td的柵極接收由ST17提供的信號(hào)READ1，漏極端連接到連接節(jié)點(diǎn)N1， 源極端連接有光電二極管PD陰極。S卩，M0S晶體管Td起到讀取信號(hào)電荷用的晶體管的作 用。此外，光電二極管PD的陽(yáng)極接地。M0S晶體管Tb的柵極連接有連接節(jié)點(diǎn)附，漏極端被供給電壓VDD，源極端連接有垂 直信號(hào)線(xiàn)VLIN1。S卩，M0S晶體管Tb起到放大像素信號(hào)的放大晶體管的作用?？傊谶B接節(jié)點(diǎn)m上，共同連接有M0S晶體管Tb的柵極、M0S晶體管Tc的源極 端和M0S晶體管Td的漏極端。而且，連接節(jié)點(diǎn)m是進(jìn)行電位(電荷)檢測(cè)的節(jié)點(diǎn)(檢測(cè) 部 FD)。這里，分別傳送信號(hào)RESET1和信號(hào)READ1的信號(hào)線(xiàn)，通過(guò)與垂直信號(hào)線(xiàn)VLINn正 交的水平方向的第一行上配置的像素40，被共同地連接。即，信號(hào)線(xiàn)是與垂直信號(hào)線(xiàn)VLINn 正交的水平方向的第一行，并且被分別共同地連接至與各垂直信號(hào)線(xiàn)VLINn (VLim VLIN(n+l))分別相連的像素40。此外，與垂直信號(hào)線(xiàn)VLINn正交的水平方向的第二 第 (m+1)各行也同樣。此外，在同一列上配置的上述像素40，通過(guò)M0S晶體管Tb的源極端，共同地連接到 垂直信號(hào)線(xiàn)VLim 垂直信號(hào)線(xiàn)VLIN(n+l)中的某一條。在不區(qū)分垂直信號(hào)線(xiàn)VLim 垂 直信號(hào)線(xiàn)VLIN(n+l)的情況下，可以簡(jiǎn)單地稱(chēng)之為垂直信號(hào)線(xiàn)VLINn。其中n是大于等于1 的自然數(shù)。此外，同一行(line)上的像素40，共同地接收信號(hào)RESET1 信號(hào)RESEST(m+l) 以及信號(hào)READ1 信號(hào)READ(m+l)中的某一個(gè)信號(hào)。在不區(qū)分信號(hào)RESET1 信號(hào) RESEST (m+1)和信號(hào)READ1 信號(hào)READ (m+1)的情況下，可以簡(jiǎn)單地稱(chēng)之為信號(hào)RESETm和 信號(hào)READm。其中m是大于等于1的自然數(shù)。M0S晶體管TL的漏極連接有垂直信號(hào)線(xiàn)VLINn的一端，柵極輸入由電壓發(fā)生電路 (偏壓發(fā)生電路)41產(chǎn)生的電壓VLL，源極端接地。此外，電壓發(fā)生電路41輸出的電壓VLL 被提供給與垂直信號(hào)線(xiàn)VLim 垂直信號(hào)線(xiàn)VLIN(n+l)相對(duì)應(yīng)的所有M0S晶體管TL的柵 極。而且，由M0S晶體管TL和M0S晶體管Tb形成源極跟隨器電路(像素放大器)。接下來(lái)，說(shuō)明具有上述結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器1的基本動(dòng)作。S卩，本C0MS圖像傳 感器1對(duì)呈矩陣狀配置的多個(gè)像素40，與“行”并列地進(jìn)行復(fù)位信號(hào)的讀取動(dòng)作和像素信號(hào) 的檢測(cè)動(dòng)作，復(fù)位信號(hào)和像素信號(hào)之間的差，通過(guò)按每“列”分別配置的A/D轉(zhuǎn)換部，被統(tǒng)一 轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，從而得到與被攝體像相對(duì)應(yīng)的數(shù)字的影像信號(hào)。像素40中，首先，通過(guò)同時(shí)接通(ON)信號(hào)RESETm和信號(hào)READm來(lái)復(fù)位光電二極 管PD。接著，斷開(kāi)(OFF)信號(hào)RESETm和信號(hào)READm，經(jīng)過(guò)規(guī)定的電荷累積時(shí)間后，再次進(jìn)行 信號(hào)RESETm和信號(hào)READm的接通、斷開(kāi)動(dòng)作，從而將連接節(jié)點(diǎn)附復(fù)位為VDD電壓。連接節(jié) 點(diǎn)附是包括M0S晶體管Tb及連接垂直信號(hào)線(xiàn)VLINn的M0S晶體管TL的源極跟隨器電路的輸入，此時(shí)，源極跟隨器電路輸出模擬的復(fù)位信號(hào)。之后，進(jìn)行信號(hào)READm的接通、斷開(kāi)動(dòng) 作，通過(guò)光電二級(jí)管PD進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，并把其中累積的電荷讀出到連接節(jié)點(diǎn)N1。這時(shí)，源極 跟隨器電路輸出模擬的像素信號(hào)。復(fù)位信號(hào)和像素信號(hào)之間的差與入射到光電二極管PD 的光量成正比，因此該差通過(guò)后級(jí)的A/D轉(zhuǎn)換部進(jìn)行計(jì)算。這樣，ADC部31中，按每一列求 出數(shù)字信號(hào)的差，最終得到數(shù)字的影像信號(hào)。源極跟隨器電路用的輸出箝位電路的結(jié)構(gòu)的例子。圖3是表示源極跟隨器電路用的輸出箝位電路的結(jié)構(gòu)的例子的圖。該箝位電路50 用于防止在進(jìn)行復(fù)位信號(hào)讀取動(dòng)作時(shí)，源極跟隨器電路的輸出(復(fù)位信號(hào))被固定為地電 位，其為不采用運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)。例如，在具有以電壓(輸入電壓)Vin作為柵極輸入的N溝道M0S晶體管(第一導(dǎo) 電型的第一晶體管)麗1和電流為Id的恒流源(第一恒流源)II，并且以M0S晶體管麗1和 恒流源II之間的連接點(diǎn)作為輸出端子Vout的源極跟隨器電路的情況下，箝位電路50包括 以偏置電壓Vbiasi作為柵極輸入的電壓檢測(cè)用N溝道M0S晶體管(第一導(dǎo)電型的第二晶 體管)麗2，電流為aXId(a< 1)的恒流源(第二恒流源)12，以及P溝道M0S晶體管(第 二導(dǎo)電型的第一晶體管)MP1。箝位電路50按每個(gè)A/D轉(zhuǎn)換部配置，即在像素部30的行方 向上配置成陣列狀。各箝位電路50中，M0S晶體管麗1的漏極連接有電源，源極連接有輸出端子Vout。 恒流源II連接在輸出端子Vout和地之間。恒流源12連接在電源和M0S晶體管麗2的漏 極以及M0S晶體管MP1的柵極之間。M0S晶體管麗2的源極連接到輸出端子Vout。M0S晶 體管MP1的源極連接有電源，漏極連接有輸出端子Vout。這里，當(dāng)Vin>>VbiaSi時(shí)，輸出端子Vout呈現(xiàn)的電壓(輸出電壓)按照下面的 公式⑴變化。
…(1)其中，Vthl是N溝道M0S晶體管麗1的閾值電壓，Id是恒流源II的電流，y是N 溝道M0S晶體管麗1的遷移率，Cox是N溝道M0S晶體管麗1的柵電容，W1是N溝道M0S晶 體管麗1的柵極寬度，L1是N溝道M0S晶體管麗1的柵極長(zhǎng)度。若電壓Vin變低，接近偏置電壓Vbiasi，則電壓檢測(cè)用M0S晶體管麗2開(kāi)始有電流 流過(guò)，作為M0S晶體管MP1的柵極輸入的電壓Vp被下拉到地電位一側(cè)。這時(shí)，由于恒流源 12具有P溝道M0S晶體管等而構(gòu)成，因此電流aX Id越小，則阻抗越高，電壓Vp越容易下拉 到地電位一側(cè)。以電壓Vp為柵極輸入的M0S晶體管MP1，當(dāng)電壓Vp下降時(shí)有電流流過(guò)，保 證輸出端子Vout的電壓在一定電壓(箝位電壓)之上。通過(guò)這樣實(shí)現(xiàn)箝位動(dòng)作。另一方面，當(dāng)Vin << Vbiasi時(shí)，輸出端子Vout呈現(xiàn)的電壓按照下面的公式(2) 被箝位。
…⑵其中，Vth2是N溝道M0S晶體管麗2的閾值電壓，a Id是恒流源12的電流(a是 恒流源11、12的電流比)，y是N溝道M0S晶體管麗2的遷移率，Cox是N溝道M0S晶體管 麗2的柵電容，W2是N溝道M0S晶體管麗2的柵極寬度，L2是N溝道M0S晶體管麗2的柵 極長(zhǎng)度。
因此，對(duì)由像素部30的偏壓用M0S晶體管TL(相當(dāng)于恒流源II)和放大用晶體管 Tb(相當(dāng)于N溝道M0S晶體管麗1)形成的源極跟隨器電路，通過(guò)連接該箝位電路50，可以 容易地限制源極跟隨器電路的輸出振幅。即，通過(guò)箝位電路50，當(dāng)進(jìn)行復(fù)位信號(hào)的讀取動(dòng)作 時(shí)，即使來(lái)自光電二極管PD的電荷泄露到連接節(jié)點(diǎn)N1，也能避免源極跟隨器電路的輸出被 固定到地電位。這樣，即使太陽(yáng)光等極強(qiáng)光入射到光電二極管PD，使光電二極管PD的輸出 飽和，也可以防止ADC部31把這種狀態(tài)錯(cuò)誤地識(shí)別為黑電平(black level)。并且，該箝位電路50的情況下，利用了 M0S晶體管麗1、麗2構(gòu)成的差分對(duì) (differential pair)的電流分配特性，這樣一來(lái)，不需要附加消耗電流地實(shí)現(xiàn)高靈敏度的 箝位特性。例如，無(wú)論是否進(jìn)行箝位動(dòng)作，電流總保持為源極跟隨器電路的電流Id，所以適 用于低消耗電流的用途。也就是說(shuō)，和需要采用運(yùn)算放大器而構(gòu)成的箝位電路或比較器等 附加電路的方法相比，可以實(shí)現(xiàn)低消耗電流，并且減少附加電路(元件數(shù))從而實(shí)現(xiàn)小面積 化。此外，本實(shí)施例中的箝位電路50，通過(guò)改變偏置電壓Vbiasi、恒流源11，12的電流 比a、N溝道M0S晶體管麗1，麗2的W/L比，可以自由地控制箝位電壓和檢測(cè)靈敏度。如上所述，無(wú)需運(yùn)算放大器或比較器等附加電路而構(gòu)成箝位電路，當(dāng)進(jìn)行復(fù)位信 號(hào)的讀取動(dòng)作和/或像素信號(hào)的檢測(cè)動(dòng)作時(shí)，源極跟隨器電路的輸出電壓不小于等于一定 電壓。即，利用晶體管的差分對(duì)的電流分配特性，即使源極跟隨器電路的輸入電壓降低，也 能實(shí)現(xiàn)箝位動(dòng)作以使得源極跟隨器電路的輸出電壓不下降到一定電壓之下。從而無(wú)需附加 的消耗電流，能實(shí)現(xiàn)高靈敏度的箝位特性。因此，箝位電路的低消耗電流化和小面積化成為 可能，并且，將該箝位電路適用于限制并聯(lián)讀取方式的CMOS圖像傳感器的像素放大器等所 使用的源極跟隨器電路的輸出振幅，從而避免例如因光電二極管的飽和而引起的像素信號(hào) 電平的誤識(shí)別。(實(shí)施例2)圖4是表示有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施例2的箝位電路的結(jié)構(gòu)的例子的圖。這里，以作為 并聯(lián)讀取方式的CMOS圖像傳感器的源極跟隨器電路用的輸出箝位電路的情況為例進(jìn)行說(shuō) 明。另外，對(duì)與實(shí)施例1相同的部分添加相同的符號(hào)而省略詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例的情況下，源極跟隨器電路的輸入包括i(i是大于等于1的自然數(shù))段 的N溝道M0S晶體管麗1_1，麗1_2，…，麗l_i，箝位電路51的輸入包括j(j是大于等于1 的自然數(shù))段的電壓檢測(cè)用N溝道M0S晶體管麗2_1，麗2_2，…，MN2_j，這一點(diǎn)與實(shí)施例1 的箝位電路50不同。N溝道M0S晶體管麗1_1，MN1_2,…，MNl_i以及電壓檢測(cè)用N溝道 M0S晶體管麗2_1，麗2_2，…，麗2_j，分別被并聯(lián)地連接。源極跟隨器電路動(dòng)作時(shí)，輸出端子Vout呈現(xiàn)的電壓與作為各M0S晶體管麗1_1， MN1_2,…，麗l_i的柵極輸入的電壓Vin_l，Vin_2，…Vin_i的平均值成正比。也就是說(shuō)， 即使源極跟隨器電路的輸入電壓Vin降低，源極跟隨器電路的輸出電壓(Vout)也能維持不 降低到一定電壓之下。因此，通過(guò)將該箝位電路51適用于限制CMOS圖像傳感器1的像素 放大器等所使用的源極跟隨器電路的輸出振幅，從而當(dāng)進(jìn)行復(fù)位信號(hào)的讀取動(dòng)作時(shí)和/或 像素信號(hào)的檢測(cè)動(dòng)作時(shí)，能避免源極跟隨器電路的輸出電壓變?yōu)樾∮诘扔谝欢妷?。本?shí)施例中的箝位電路51例如在進(jìn)行箝位動(dòng)作時(shí)，將作為各M0S晶體管麗2_1， MN2_2,…，MN2_j的柵極輸入的偏置電壓Vbiasi_l, Vbiasi_2,…，VbiasiJ設(shè)定為各自不同的值并使其進(jìn)行平均值操作，或使多個(gè)偏置電壓為相同值，使其他為地電位，使其進(jìn)行 斷開(kāi)操作，通過(guò)這種方式，可以自由地控制箝位電壓和檢測(cè)靈敏度。此外，在本實(shí)施例的情況下，通過(guò)將開(kāi)關(guān)(圖中未表示)分別串聯(lián)地與M0S晶體管 MN1_1, MN1_2,…，MNl_i以及M0S晶體管MN2_1，MN2_2,…，MN2_j相連，并控制各開(kāi)關(guān)的 接通、切斷，也可以控制箝位電壓和檢測(cè)靈敏度。另外，在本實(shí)施例的情況下，無(wú)論是否進(jìn)行箝位操作，由于電流總保持為源極跟隨 器電路的電流Id，因此適用于不需要附加電流等的低消耗電流的用途。此外，附加電路很少 即可，從而能夠?qū)崿F(xiàn)小面積化。特別是在將該箝位電路51適用于限制并聯(lián)讀取方式的CMOS 圖像傳感器1的像素放大器等所使用的源極跟隨器電路的輸出振幅的情況下，能夠避免例 如因光電二極管PD的飽和而引起的像素信號(hào)電平的誤識(shí)別。(實(shí)施例3)圖5是表示有關(guān)本發(fā)明的實(shí)施例3的箝位電路的結(jié)構(gòu)的例子的圖。這里，以作為 并聯(lián)讀取方式的CMOS圖像傳感器的源極跟隨器電路用的輸出箝位電路的情況為例進(jìn)行說(shuō) 明。另外，對(duì)與實(shí)施例2相同的部分添加相同的符號(hào)而省略詳細(xì)說(shuō)明。如圖5所示，本實(shí)施例中的箝位電路52，在將恒流源12替換為連接了二極管的P 溝道M0S晶體管(第二導(dǎo)電型的第二晶體管)MP2這一點(diǎn)，與實(shí)施例2中的箝位電路51不 同。這里，箝位電路52通過(guò)使P溝道M0S晶體管MP1，MP2的尺寸比(dimension ratio) (或并聯(lián)連接的數(shù)量比)*P>q，從而可以實(shí)現(xiàn)高靈敏度的箝位電路。其中，P為M0S晶 體管MP1的尺寸比，q為M0S晶體管MP2的尺寸比。具有這種結(jié)構(gòu)的情況下，無(wú)論是否進(jìn)行箝位操作，由于電流總保持為源極跟隨器 電路的電流Id，因此不需要附加電流，適用于低消耗電流的用途。此外，由于附加電路很少 即可，從而能夠?qū)崿F(xiàn)小面積化。特別是在將該箝位電路52適用于限制并聯(lián)讀取方式的CMOS 圖像傳感器1的像素放大器等所使用的源極跟隨器電路的輸出振幅的情況下，能夠避免例 如因光電二極管PD的飽和而引起的像素信號(hào)電平的誤識(shí)別。即，進(jìn)行復(fù)位信號(hào)的讀取動(dòng)作 時(shí)和/或進(jìn)行像素信號(hào)的檢測(cè)動(dòng)作時(shí)，即使源極跟隨器電路的輸入電壓降低，也能避免源 極跟隨器電路的輸出電壓變?yōu)樾∮诘扔谝欢妷骸４送?，上述各?shí)施例中，都是以N溝道結(jié)構(gòu)的源極跟隨器電路為例進(jìn)行說(shuō)明的，但 不限于此，P溝道結(jié)構(gòu)的源極跟隨器電路也可以同樣地進(jìn)行實(shí)施。其他的優(yōu)點(diǎn)和修改對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是明顯的。因此，本發(fā)明在廣義上 并不局限于此處所顯示和描述的具體細(xì)節(jié)及代表性實(shí)施例。相應(yīng)地，在不脫離由隨附的權(quán) 利要求及其等同物所定義的本發(fā)明總體概念的精神或范圍的情況下可以做出各種修改。
權(quán)利要求
一種箝位電路，限制源極跟隨器電路的輸出，包含第一N溝道晶體管，柵極被提供輸入電壓，并且漏極連接到電源，源極連接到輸出端子；第一恒流源，連接在所述輸出端子與地之間；第二N溝道晶體管，柵極被提供偏置電壓，并且源極連接到所述源極跟隨器電路的輸出端子；第二恒流源，連接在所述第二N溝道晶體管的漏極與電源之間；以及第一P溝道晶體管，柵極連接到所述第二N溝道晶體管的漏極，并且源極連接到電源，漏極連接到所述源極跟隨器電路的輸出端子。
2.如權(quán)利要求1記載的箝位電路，其中，當(dāng)所述輸入電壓降低時(shí)，所述箝位電路被限制為所述輸出端子所呈現(xiàn)的電壓不小于等 于一定電壓。
3.如權(quán)利要求1記載的箝位電路，其中，所述第一 N溝道晶體管，由以所述輸入電壓作為各個(gè)柵極的輸入的、并聯(lián)連接的多個(gè) 第一導(dǎo)電型晶體管構(gòu)成；所述第二 N溝道晶體管，由以所述偏置電壓作為各個(gè)柵極的輸入的、并聯(lián)連接的多個(gè) 第一導(dǎo)電型晶體管構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1記載的箝位電路，其中，所述第一 N溝道晶體管，由以所述輸入電壓作為各個(gè)柵極的輸入的、并聯(lián)連接的多個(gè) 第一導(dǎo)電型晶體管構(gòu)成；所述第二 N溝道晶體管，由以所述偏置電壓作為各個(gè)柵極的輸入的、并聯(lián)連接的多個(gè) 第一導(dǎo)電型晶體管構(gòu)成；將所述第二恒流源替換為第二導(dǎo)電型的第二晶體管，該第二導(dǎo)電型的第二晶體管的柵 極與漏極連接到所述第二 N溝道晶體管的漏極和所述第一 P溝道晶體管的柵極，源極連接 到電源。
5.如權(quán)利要求1記載的箝位電路，其中，用固體攝像裝置的各像素單元內(nèi)的放大用晶體管替換所述第一N溝道晶體管； 用所述固體攝像裝置的垂直信號(hào)線(xiàn)用的偏壓用晶體管替換所述第一恒流源。
6.如權(quán)利要求1記載的箝位電路，其中，所述箝位電路采用不使用運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求6記載的箝位電路，其中，所述箝位電路進(jìn)行控制，以便在進(jìn)行復(fù)位信號(hào)的讀取動(dòng)作時(shí)，防止所述源極跟隨器電 路的輸出被固定在地電位。
8.—種固體攝像裝置，包含多個(gè)像素單元，配置為矩陣狀，且分別至少具有復(fù)位晶體管和放大晶體管； 多個(gè)源極跟隨器電路，通過(guò)在行方向上配置成陣列狀的各偏壓用晶體管和在各列方向 上配置的規(guī)定個(gè)數(shù)的像素單元內(nèi)的各放大晶體管之間的連接而構(gòu)成；以及多個(gè)如權(quán)利要求1記載的箝位電路，在行方向上配置成陣列狀，并分別連接到所述多 個(gè)源極跟隨器電路的輸出。
9.如權(quán)利要求8記載的固體攝像裝置，其中，所述多個(gè)箝位電路進(jìn)行箝位動(dòng)作，以便在進(jìn)行復(fù)位信號(hào)的讀取動(dòng)作或像素信號(hào)的檢測(cè) 動(dòng)作時(shí)，所述多個(gè)源極跟隨器電路的輸出分別不小于等于一定電壓。
10.如權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其中，所述多個(gè)箝位電路具有的所述第一 N溝道晶體管，由以所述輸入電壓作為各個(gè)柵極的 輸入的、并聯(lián)連接的多個(gè)第一導(dǎo)電型晶體管構(gòu)成；所述第二 N溝道晶體管，由以所述偏置電壓作為各個(gè)柵極的輸入的、并聯(lián)連接的多個(gè) 第一導(dǎo)電型晶體管構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求8記載的固體攝像裝置，其中，所述多個(gè)箝位電路具有的第一 N溝道晶體管，由以所述輸入電壓作為各個(gè)柵極的輸入 的、并聯(lián)連接的多個(gè)第一導(dǎo)電型晶體管構(gòu)成；所述第二 N溝道晶體管，由以所述偏置電壓作為各個(gè)柵極的輸入的、并聯(lián)連接的多個(gè) 第一導(dǎo)電型晶體管構(gòu)成；將所述第二恒流源替換為第二導(dǎo)電型的第二晶體管，該第二導(dǎo)電型的第二晶體管的柵 極與漏極連接到所述第二 N溝道晶體管的漏極和所述第一 P溝道晶體管的柵極，源極連接 到電源。
12.如權(quán)利要求8記載的固體攝像裝置，其中，用固體攝像裝置的各像素單元內(nèi)的放大用晶體管替換所述多個(gè)箝位電路具有的所述 第一N溝道晶體管；用所述固體攝像裝置的垂直信號(hào)線(xiàn)用的偏壓用晶體管替換所述第一恒流源。
13.如權(quán)利要求8記載的固體攝像裝置，其中，所述多個(gè)箝位電路，采用不使用運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13記載的固體攝像裝置，其中，所述多個(gè)箝位電路進(jìn)行控制，以便在進(jìn)行復(fù)位信號(hào)的讀取動(dòng)作時(shí)，防止所述源極跟隨 器電路的輸出被固定在地電位。
15.如權(quán)利要求8記載的固體攝像裝置，其中，還包含影像信號(hào)處理電路，該影像信號(hào)處理電路根據(jù)動(dòng)作定時(shí)的指示，對(duì)由所述多個(gè) 像素單元提供的數(shù)字的影像信號(hào)進(jìn)行影像信號(hào)處理。
全文摘要
本發(fā)明提供箝位電路以及具有箝位電路的固體攝像裝置。箝位電路包含第一N溝道晶體管，柵極被提供輸入電壓，并且漏極連接到電源，源極連接到輸出端子；第一恒流源，連接在所述輸出端子與地之間；第二N溝道晶體管，柵極被提供偏置電壓，并且源極連接到所述源極跟隨器電路的輸出端子；第二恒流源，連接在所述第二N溝道晶體管的漏極與電源之間；以及第一P溝道晶體管，柵極連接到所述第二N溝道晶體管的漏極，并且源極連接到電源，漏極連接到所述源極跟隨器電路的輸出端子。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101841665SQ201010127559
公開(kāi)日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月18日
發(fā)明者櫻井賢 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝