專利名稱：用于電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)電路和方法以及電荷轉(zhuǎn)移系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動(dòng)例如電荷耦合器件(CCD)的電容性負(fù)載的電路、設(shè)備和系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及用于電荷轉(zhuǎn)移(charge transfer)器件的驅(qū)動(dòng)電路和驅(qū)動(dòng)方法、以及電荷轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，其能夠減小施加的兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓之間的干擾。
背景技術(shù)：
近年來，存在增長(zhǎng)的這樣的請(qǐng)求與電視(TV)制式無關(guān)地以較高的速度拾取圖像，以減慢在其中安裝有CCD的攝像機(jī)中的回放速度。另外，其中安裝有CCD的數(shù)碼相機(jī)具有這樣的問題隨著像素?cái)?shù)目的增大，轉(zhuǎn)移速度減小。結(jié)果，期望提供高速成像器(imager)。
圖12A示出了相關(guān)技術(shù)中的CCD成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)的例子，而圖12B圖解了如何驅(qū)動(dòng)該CCD成像設(shè)備。圖12A示出了使用行間轉(zhuǎn)移(IT)CCD的成像設(shè)備30的主要部分的結(jié)構(gòu)的例子。圖12A中的成像設(shè)備30包括多個(gè)光傳感器31，它們是以陣列形式排列的像素。成像設(shè)備30還包括用于光傳感器31的每一列的多個(gè)CCD垂直轉(zhuǎn)移寄存器33、以及連接到垂直轉(zhuǎn)移寄存器33的底部的CCD水平轉(zhuǎn)移寄存器34。輸出單元36連接在水平轉(zhuǎn)移寄存器34的下游(downstream)。
在垂直轉(zhuǎn)移寄存器33中，為每一個(gè)光傳感器31提供兩個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極。通過使用四相垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1、φV2、φV3、以及φV4，而垂直地轉(zhuǎn)移并驅(qū)動(dòng)信號(hào)電荷。具體地，將垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1、φV2、φV3、以及φV4分別施加到四個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極32(321、322、323、以及324)。垂直轉(zhuǎn)移電極321和323被布置在與光傳感器31相對(duì)應(yīng)的位置。底部的光傳感器31與被施加了垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1的垂直轉(zhuǎn)移電極321相對(duì)應(yīng)。
垂直轉(zhuǎn)移寄存器33經(jīng)由與被施加了垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的底部中的一位(bit)相對(duì)應(yīng)的垂直轉(zhuǎn)移電極321至324，連接到水平轉(zhuǎn)移寄存器34。垂直轉(zhuǎn)移電極321至324水平地延伸，以便在垂直轉(zhuǎn)移寄存器33之間被共享。
在水平轉(zhuǎn)移寄存器34中，為每一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移寄存器33提供兩個(gè)水平轉(zhuǎn)移電極35(351和352)。通過使用二相水平轉(zhuǎn)移脈沖φH1以及φH2，水平地轉(zhuǎn)移并驅(qū)動(dòng)信號(hào)電荷。
在成像設(shè)備30中，光傳感器31檢測(cè)光，對(duì)檢測(cè)的光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，并累積與檢測(cè)的光的量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷。在垂直消隱間隔期間，將光傳感器31中的信號(hào)電荷從光傳感器31讀出到垂直轉(zhuǎn)移寄存器33，并且隨后，在水平消隱間隔期間，垂直地轉(zhuǎn)移用于每一個(gè)水平線的信號(hào)電荷(下文中稱為“垂直線移位”)，以將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到水平轉(zhuǎn)移寄存器34。在水平掃描周期期間，水平地轉(zhuǎn)移被轉(zhuǎn)移到水平轉(zhuǎn)移寄存器34的信號(hào)電荷，并通過輸出單元36而將其輸出。
在相關(guān)技術(shù)中的CCD中的垂直線移位(vertical line shift)中，在TV制式中的水平消隱間隔Hb期間，通過使用垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4來轉(zhuǎn)移并驅(qū)動(dòng)信號(hào)電荷。圖12B示出了垂直線移位中的驅(qū)動(dòng)定時(shí)。如圖12B所示，在垂直線移位中，例如，在水平消隱間隔Hb期間，通過使用四相垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4，將在與垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV2和φV3相對(duì)應(yīng)的垂直轉(zhuǎn)移電極322和323中保持的信號(hào)電荷垂直地移位到水平轉(zhuǎn)移寄存器34。
具體地，在要施加到垂直轉(zhuǎn)移電極324的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV4的下降沿，在水平轉(zhuǎn)移寄存器34中，將信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到被施加了水平驅(qū)動(dòng)脈沖φH1的水平轉(zhuǎn)移電極351。盡管未示出，但在垂直線移位中，使要在水平消隱間隔Hb期間施加到垂直轉(zhuǎn)移電極321至324的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的上升與下降沿的斜率ΔV/ΔT(ΔV表示電壓，而ΔT表示時(shí)間)(即，瞬時(shí)速度(ΔV/ΔT))等于要在垂直消隱間隔期間施加到垂直轉(zhuǎn)移電極321至324的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的瞬時(shí)速度(ΔV/ΔT)。圖12B示出了具有與時(shí)間軸垂直的上升和下降沿的矩形驅(qū)動(dòng)脈沖。
例如，在CCD攝像機(jī)中的相機(jī)抖動(dòng)的校正中、或在用于廣播服務(wù)的幀行間轉(zhuǎn)移(FIT)CCD中，在垂直消隱間隔期間，有必要執(zhí)行高速垂直轉(zhuǎn)移。
例如，在日本未審查專利申請(qǐng)公開第2000-138943號(hào)中，公開了在CCD成像器中、通過在水平消隱間隔期間使用四相垂直驅(qū)動(dòng)脈沖而執(zhí)行的垂直線移位。

發(fā)明內(nèi)容
在相關(guān)技術(shù)中的CCD中，如上所述，通過具有相同特性的垂直掃描驅(qū)動(dòng)電路(即，垂直驅(qū)動(dòng)器)來驅(qū)動(dòng)垂直線移位和高速垂直轉(zhuǎn)移。通常，在垂直線移位和高速垂直轉(zhuǎn)移中，使用高速互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)垂直驅(qū)動(dòng)器。因而，在水平掃描周期期間執(zhí)行垂直轉(zhuǎn)移可能產(chǎn)生由于在施加垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的瞬間的CCD中的串?dāng)_而引起的噪聲。
換句話說，由于驅(qū)動(dòng)波形的上升和下降沿處的瞬時(shí)速度較高，即，在水平掃描周期期間的垂直轉(zhuǎn)移中，垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的上升和下降沿的斜率ΔV/ΔT很陡，所以，在來自CCD的輸出信號(hào)中產(chǎn)生了串?dāng)_噪聲，由此，在圖像中產(chǎn)生了垂直條紋噪聲。
現(xiàn)在，將通過參照?qǐng)D13而詳細(xì)地描述由于具有較高瞬時(shí)速度的驅(qū)動(dòng)波形而造成的圖像質(zhì)量的惡化(噪聲的出現(xiàn))。圖13示出了相關(guān)技術(shù)中的CCD和垂直驅(qū)動(dòng)器的等效電路。
參照?qǐng)D13，垂直驅(qū)動(dòng)器40通過輸出端子404，將施加到端子401和402的恒定電壓V1和V2中的任一個(gè)提供到CCD 60，作為輸出電壓Vout。例如，將電壓V1設(shè)置為較高的電平，而將電壓V2設(shè)置為較低的電平。
在垂直驅(qū)動(dòng)器40中，通過輸入端子403而輸入控制信號(hào)Din，并且，根據(jù)控制信號(hào)Din的電平，從電平移位器電路(L/S)42或43輸出用于導(dǎo)通切換器44或45的控制信號(hào)Vg1或Vg2。在切換器44導(dǎo)通時(shí)，正常操作條件下的輸出電壓Vout等于電壓V1，而在切換器45導(dǎo)通時(shí)，正常操作條件下的輸出電壓Vout等于電壓V2。
通過使用從垂直驅(qū)動(dòng)器40提供的輸出電壓Vout，經(jīng)由電極601而驅(qū)動(dòng)CCD 60，并且，還經(jīng)由電極602，通過另一個(gè)垂直或水平驅(qū)動(dòng)器(下文中稱為驅(qū)動(dòng)器70)來驅(qū)動(dòng)CCD 60。在圖13的CCD 60中，附圖字符和標(biāo)號(hào)R61表示CCD基板的等效電阻器，附圖字符和標(biāo)號(hào)C62和C63表示電極和CCD基板之間的等效電容器，而附圖字符和標(biāo)號(hào)C64表示電極之間的等效電容器。CCD60是從垂直驅(qū)動(dòng)器40看去的電容性負(fù)載。
在圖13中示出的等效電路中，例如，在輸出電壓Vout從0增大到電壓V1(電壓V)時(shí)，計(jì)算輸出電壓Vout的階躍響應(yīng)。圖14A示出了用于產(chǎn)生輸出電壓Vout的階躍響應(yīng)的等效電路。圖14B示出了從圖14A中的等效電路輸出的響應(yīng)波形的例子。參照?qǐng)D14A，附圖字符和標(biāo)號(hào)R44表示切換器44的等效電阻器(等效阻抗)。
在圖14A中示出的等效電路中，根據(jù)公式(1)而計(jì)算輸出電壓Vout的階躍響應(yīng)。在時(shí)刻t＝0，根據(jù)公式(2)而計(jì)算輸出電壓Vout的階躍響應(yīng)。
輸出電壓Vout(t)＝V·[1-(R44/(R44+R61))·exp(-t/(C62(R44+R61)))] (1)輸出電壓Vout(0)＝V·(R61/(R61+R44)) (2)圖14B示出了在R61＝R44時(shí)、以及在R61＝0時(shí)的輸出電壓Vout的響應(yīng)波形。如圖14B所示，如果CCD基板的等效電阻器R61不等于0(通常不等于0)，則在時(shí)刻t＝0，輸出電壓Vout急劇升高。
在CCD 60中，與將公式(1)中示出的電壓施加到電極601同時(shí)地，將具有與輸出電壓Vout的響應(yīng)波形不同的響應(yīng)波形的驅(qū)動(dòng)電壓施加到電極602。作為電極601和602之間的耦合電容的等效電容器C64、以及驅(qū)動(dòng)器70的輸出阻抗形成差分電路，并且，輸出電壓Vout具有對(duì)電極602的影響(與電極602的干擾)。當(dāng)輸出電壓Vout在時(shí)刻t＝0急劇升高時(shí)，此影響變得顯著。
另外，如果CCD基板的等效電阻器R61的阻抗不等于0(通常不等于0)，則根據(jù)公式(3)計(jì)算在端子603處測(cè)定的電壓V603(t)。在時(shí)刻t＝0，電壓V603(t)經(jīng)由電容器C63而也具有對(duì)電極602的影響(與電極602的干擾)。根據(jù)公式(4)計(jì)算時(shí)間常量τ603。
V603(t)＝V·(R61/(R44+R61))·exp(-t/(C62(R44+R61)))(3)τ603＝C62(R44+R61)(4)公式(3)顯示出電壓V603(t)的階躍響應(yīng)在時(shí)刻t＝0急劇地升高與V·(R61/(R44+R61))相對(duì)應(yīng)的量，并具有在時(shí)間常量等于(C62(R44+R61))處收斂的波形。
如上所述，施加到一個(gè)電極的驅(qū)動(dòng)電壓與施加到另一個(gè)電極的驅(qū)動(dòng)電壓的瞬時(shí)變化的干擾可引起圖像質(zhì)量的惡化，如串?dāng)_噪聲。因而，在相關(guān)技術(shù)中，在水平消隱間隔中(不是在水平掃描周期中)執(zhí)行垂直驅(qū)動(dòng)(垂直轉(zhuǎn)移)，以便防止圖像質(zhì)量的惡化，由此，阻止CCD中的轉(zhuǎn)移速度的增大。
由于CCD中的電極之間的等效電容很大程度上取決于像素的數(shù)目、所使用的工藝、以及/或者布局，所以，相關(guān)技術(shù)中為特定CCD而優(yōu)化的、從垂直驅(qū)動(dòng)器輸出的驅(qū)動(dòng)電壓的瞬時(shí)特性對(duì)于其它CCD來說不一定也是優(yōu)化的。由此，期望提供取決于CCD而易于控制驅(qū)動(dòng)電壓的瞬時(shí)特性的方法。
期望提供具有施加到例如CCD的電容性負(fù)載的兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓之間的減小的干擾的驅(qū)動(dòng)電路和驅(qū)動(dòng)方法。還期望提供電荷轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，其中，將這樣的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用于固態(tài)成像器件，如CCD。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，將兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓施加到電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)電路包括至少一個(gè)電流鏡像電路，其接收參考電流，并輸出預(yù)定電流；至少一個(gè)切換電路，其切換從所述至少一個(gè)電流鏡像電路輸出的電流，以將多個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓施加到電荷轉(zhuǎn)移單元；以及至少一個(gè)時(shí)間常量電路，其在通過切換電路進(jìn)行切換時(shí)，對(duì)參考電流給出預(yù)定時(shí)間常量。
該驅(qū)動(dòng)電路采用這樣的驅(qū)動(dòng)方法其中，從參考電源接收參考電流，并通過電流鏡像電路輸出電流，以將兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓施加到例如CCD的負(fù)載。根據(jù)預(yù)定時(shí)間常量的電流的慢切換可減小驅(qū)動(dòng)電壓的瞬時(shí)速度，以減小驅(qū)動(dòng)電壓之間的干擾。
例如，公式(3)表示在使用具有階躍(step)電壓波形的電壓Vout來驅(qū)動(dòng)電荷轉(zhuǎn)移單元時(shí)，圖13中的端子603處的響應(yīng)。不通過階躍驅(qū)動(dòng)、而是利用比時(shí)間常量(C62(R44+R61))充分大的時(shí)間常量來驅(qū)動(dòng)電荷轉(zhuǎn)移單元消除了具有較陡斜率的任何響應(yīng)，由此減小了干擾。
在將驅(qū)動(dòng)電路施加到電荷轉(zhuǎn)移單元時(shí)，提供在垂直電荷轉(zhuǎn)移單元和水平電荷轉(zhuǎn)移單元之間暫時(shí)存儲(chǔ)電荷的緩沖單元可實(shí)現(xiàn)這樣的垂直電荷轉(zhuǎn)移其中，即使在水平電荷轉(zhuǎn)移單元中的電荷轉(zhuǎn)移周期期間，也在垂直電荷轉(zhuǎn)移單元中阻止驅(qū)動(dòng)電壓之間的干擾。根據(jù)本發(fā)明，有可能減小施加到例如CCD的電容性負(fù)載的兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓之間的干擾。另外，根據(jù)本發(fā)明，有可能即使在水平掃描周期中執(zhí)行垂直驅(qū)動(dòng)(垂直轉(zhuǎn)移)以增大系統(tǒng)中的處理速度時(shí)，也能防止圖像質(zhì)量的惡化。


圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)的例子；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的成像設(shè)備中的驅(qū)動(dòng)電壓波形的例子的時(shí)序圖；圖3示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的CCD的例子；圖4示出了時(shí)間常量電路(time constant circuit)的例子；圖5示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的三電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的CCD的例子；圖6示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的CCD的例子；圖7示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的三電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的CCD的例子；圖8示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的CCD的例子；圖9示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的三電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的CCD的例子；圖10示出了襯底控制電路(bulk control circuit)的例子；圖11示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的CCD的例子；圖12A示出了相關(guān)技術(shù)中的CCD成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)的例子，而圖12B圖解了如何驅(qū)動(dòng)該CCD成像設(shè)備；圖13示出了相關(guān)技術(shù)中的CCD和垂直驅(qū)動(dòng)器的等效電路；以及圖14A示出了相關(guān)技術(shù)中用于產(chǎn)生來自垂直驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓的階躍響應(yīng)(step response)的等效電路，而圖14B示出了從圖14A中的等效電路輸出的響應(yīng)波形的例子。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將通過參照附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例。
成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成像設(shè)備的結(jié)構(gòu)的例子。圖1中示出了使用IT CCD的成像設(shè)備的主要部分。
參照?qǐng)D1，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成像設(shè)備10包括多個(gè)光傳感器11，它們是以陣列形式排列的像素。成像設(shè)備10還包括用于光傳感器11的每一列的多個(gè)CCD垂直轉(zhuǎn)移寄存器13、以及連接到垂直轉(zhuǎn)移寄存器13的底部的CCD水平轉(zhuǎn)移寄存器14。輸出單元16和相關(guān)雙采樣(CDS)電路17連接在水平轉(zhuǎn)移寄存器14的下游。CDS電路17連接到輸出端子tout。
在垂直轉(zhuǎn)移寄存器13中，為每一個(gè)光傳感器11提供兩個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極。通過使用四相垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1、φV2、φV3、以及φV4，而垂直地轉(zhuǎn)移并驅(qū)動(dòng)信號(hào)電荷。具體地，將垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1、φV2、φV3、以及φV4分別施加到四個(gè)垂直轉(zhuǎn)移電極12(121、122、123、以及124)。垂直轉(zhuǎn)移電極121和123被布置在與光傳感器11相對(duì)應(yīng)的位置。底部的光傳感器11與被施加了垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV3的垂直轉(zhuǎn)移電極123相對(duì)應(yīng)。
垂直轉(zhuǎn)移寄存器13經(jīng)由存儲(chǔ)門(gate)單元STG和保持門單元HLG，而連接到水平轉(zhuǎn)移寄存器14。存儲(chǔ)門單元STG是在底部的垂直轉(zhuǎn)移電極124(被施加了垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV4的垂直轉(zhuǎn)移電極)的下游提供的緩沖單元。垂直轉(zhuǎn)移電極121至124、存儲(chǔ)門單元STG中的轉(zhuǎn)移電極21、以及保持門單元HLG中的轉(zhuǎn)移電極22水平地延伸，以便在垂直轉(zhuǎn)移寄存器13之間被共享。
在水平轉(zhuǎn)移寄存器14中，為每一個(gè)垂直轉(zhuǎn)移寄存器13提供兩個(gè)水平轉(zhuǎn)移電極15(151和152)。通過使用二相水平轉(zhuǎn)移脈沖φH1以及φH2，而水平地轉(zhuǎn)移并驅(qū)動(dòng)信號(hào)電荷。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在水平掃描周期Hs期間，執(zhí)行垂直轉(zhuǎn)移寄存器13中的信號(hào)電荷的垂直轉(zhuǎn)移，即垂直線移位，以縮短水平消隱間隔Hb。因而，如上所述，在包括跨越垂直轉(zhuǎn)移寄存器13的底部垂直轉(zhuǎn)移電極124的轉(zhuǎn)移部分(transfer section)和水平轉(zhuǎn)移寄存器14之間提供存儲(chǔ)門單元STG和保持門單元HLG。
在垂直線移位中，將四相垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4施加到垂直轉(zhuǎn)移電極121至124，并將存儲(chǔ)門電壓φVSTG和保持門電壓φVHLG分別施加到存儲(chǔ)門單元STG和保持門單元HLG。
圖2是示出成像設(shè)備10中的驅(qū)動(dòng)電壓的波形的例子的時(shí)序圖。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，為了水平掃描周期Hs期間執(zhí)行垂直線移位，要消除由成像設(shè)備10中的轉(zhuǎn)移部分中的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的時(shí)鐘波形的上升和下降沿產(chǎn)生的任何串?dāng)_(crosstalk)噪聲的影響。垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的時(shí)鐘波形的上升和下降沿被稱為瞬變(transient)。在本發(fā)明的此實(shí)施例中，如圖2中的(a)所示，通過減小垂直線移位中的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的上升和下降沿的斜率ΔV/ΔT(ΔV表示脈沖電壓，而ΔT表示時(shí)間)，即通過減小瞬時(shí)速度，而實(shí)現(xiàn)對(duì)此影響的消除。
將瞬時(shí)速度ΔV/ΔT減小到可通過CDS電路17消除在施加垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4時(shí)產(chǎn)生的串?dāng)_噪聲的水平。將在下面詳細(xì)地描述減小垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的瞬時(shí)速度ΔV/ΔT的方法。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成像設(shè)備中，減小垂直驅(qū)動(dòng)脈沖的瞬時(shí)速度ΔV/ΔT允許同時(shí)執(zhí)行垂直驅(qū)動(dòng)(圖2中的(a)至(d))和水平驅(qū)動(dòng)(圖2中的(g)至(h))，以增大CCD中的電荷轉(zhuǎn)移速度。
使用垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的較慢瞬時(shí)速度ΔV/ΔT的實(shí)驗(yàn)顯示出如果瞬時(shí)速度ΔV/ΔT低于或等于50mV/nsec(不包括0)，則通過CDS電路17而消除了在垂直線移位中產(chǎn)生的串?dāng)_噪聲，并且因此，即使在水平掃描周期Hs期間執(zhí)行垂直線移位時(shí)，也消除了來自例如CCD的固態(tài)成像器件的輸出上的圖像噪聲(垂直條紋)的影響。換句話說，由于在瞬時(shí)速度ΔV/ΔT低于或等于50mV/nsec(不包括0)時(shí)、由垂直驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生的串?dāng)_噪聲不具有較高的頻率分量，所以，可通過CDS電路17而充分地消除該串?dāng)_噪聲。
為了比較，相關(guān)技術(shù)中的垂直線移位中的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖的瞬時(shí)速度ΔV/ΔT約為1V/nsec。由于由這樣的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖產(chǎn)生的串?dāng)_噪聲具有較高的頻率分量，所以，不可能通過CDS電路消除該串?dāng)_噪聲。
現(xiàn)在，將描述驅(qū)動(dòng)成像設(shè)備10的方法。在成像設(shè)備10中，光傳感器11檢測(cè)光，對(duì)檢測(cè)到的光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換，并累積與檢測(cè)到的光的量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷。在垂直消隱間隔期間，將光傳感器11中的信號(hào)電荷從光傳感器11讀出到垂直轉(zhuǎn)移寄存器13，并且隨后，在垂直線移位中，垂直地轉(zhuǎn)移用于每一個(gè)水平線(horizontal line)的信號(hào)電荷。將與底部的光傳感器11相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到垂直轉(zhuǎn)移寄存器13和水平轉(zhuǎn)移寄存器14之間的存儲(chǔ)門單元STG。
在水平消隱間隔Hb期間，將轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)門單元STG的信號(hào)電荷經(jīng)由保持門單元HLG而轉(zhuǎn)移到水平轉(zhuǎn)移寄存器14。在水平掃描周期Hs期間，水平地轉(zhuǎn)移被轉(zhuǎn)移到水平轉(zhuǎn)移寄存器14的信號(hào)電荷，并將其通過輸出單元16和CDS電路17而從輸出端子tout輸出。
在水平掃描周期Hs期間執(zhí)行上述垂直線移位，其中，在水平掃描周期Hs期間，水平地轉(zhuǎn)移水平轉(zhuǎn)移寄存器14中的信號(hào)電荷，以將該信號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)門單元STG。由于存儲(chǔ)門電壓φVSTG和保持門電壓φVHLG的緣故、足以將信號(hào)電荷從存儲(chǔ)門單元STG轉(zhuǎn)移到水平轉(zhuǎn)移寄存器14，因此，與相關(guān)技術(shù)相比而減小了水平消隱間隔Hb。
由于在垂直線移位中施加的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的瞬時(shí)速度ΔV/ΔT低，所以，在垂直線移位中產(chǎn)生的串?dāng)_噪聲具有較低的頻率分量，并且因此，如上所述，可通過CDS電路17來消除該串?dāng)_噪聲。
雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器和垂直電極的等效電路現(xiàn)在，將通過使用等效電路來描述實(shí)現(xiàn)具有較低瞬時(shí)速度ΔV/ΔT的雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的方法。
圖3示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的垂直驅(qū)動(dòng)器50a的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器50a驅(qū)動(dòng)的CCD 60的例子。例如，垂直驅(qū)動(dòng)器50a生成圖1中示出的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4。CCD 60包括分別被施加垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的垂直轉(zhuǎn)移電極121至124。盡管為了簡(jiǎn)化而在圖3的等效電路中，垂直驅(qū)動(dòng)器50a僅生成一個(gè)垂直驅(qū)動(dòng)脈沖(輸出電壓Vout)，但實(shí)際上，通過多個(gè)驅(qū)動(dòng)器(包括驅(qū)動(dòng)器70)來驅(qū)動(dòng)CCD 60。
雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50a包括參考電源530和531、電流鏡像電路CM0和CM1、切換器(switch)570至573、時(shí)間常量電路540和541、電平移位器520和521、以及邏輯電路51。電流鏡像電路CM0包括晶體管580和581，而電流鏡像電路CM1包括晶體管582和583，切換器570至573用來緩慢地切換電流。電平移位器520和521用來生成用于所述切換器的通-斷電壓。
雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器中的切換控制如圖3所示，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50a中，通過輸入端子503輸入輸入信號(hào)Din。輸入端子503連接到邏輯電路51和電平移位器520的輸入端子。邏輯電路51的輸出端子連接到電平移位器521的輸入端子。
邏輯電路51是反相器，并輸出該輸入信號(hào)的反相信號(hào)。電平移位器520和521各自將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為其中切換器可被導(dǎo)通和關(guān)斷、并輸出非反相信號(hào)和反相信號(hào)的電平。將來自電平移位器520的非反相信號(hào)提供到切換器570和574的柵極，并將來自電平移位器520的反相信號(hào)提供到切換器571的柵極。將來自電平移位器521的非反相信號(hào)提供到切換器572和575的柵極，并將來自電平移位器521的反相信號(hào)提供到切換器573的柵極。
當(dāng)輸入信號(hào)Din為高(下文中稱為“H”)電平時(shí)，由于上述電路配置，切換器570、574、以及573導(dǎo)通，而切換器571、575、以及572關(guān)斷。當(dāng)輸入信號(hào)Din為低(下文中稱為“L”)電平時(shí)，由于上述電路配置，切換器570、574、以及573關(guān)斷，而切換器571、575、以及572導(dǎo)通。
在如圖3中示出的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50a中，參考電源530連接到切換器574的一端，而參考電源531連接到切換器575的一端。切換器574的另一端連接到時(shí)間常量電路540的輸入側(cè)，并且，切換器575的另一端連接到時(shí)間常量電路541的輸入側(cè)。時(shí)間常量電路540和541的輸出側(cè)分別連接到電流鏡像電路CM0和CM1的輸入側(cè)。通過垂直驅(qū)動(dòng)器50a的輸出端子504，將來自電流鏡像電路CM0和CM1的輸出提供到CCD 60，作為信號(hào)Vout。
時(shí)間常量電路如圖4所示，時(shí)間常量電路540和541是電阻器-電容器(RC)電路。在時(shí)間常量電路540和541的每個(gè)中，電阻器R50被連接在輸入端子和輸出端子之間，而電容器C50被連接在輸出端子和地之間。根據(jù)公式(5)，計(jì)算來自時(shí)間常量電路540和541的每個(gè)的階躍響應(yīng)Vs(t)，其中，“Vi”表示輸入電壓。通過公式(6)來表示時(shí)間常量τ。
本發(fā)明的目的在于，選擇公式(4)中示出的時(shí)間常量τ603和公式(6)中示出的時(shí)間常量τ之間的關(guān)系、以便滿足表達(dá)式(7)，從而減小驅(qū)動(dòng)電壓之間的干擾。
Vs(t)＝Vi·[1-exp(-t/(R50·C50))](5)τ＝R50·C50 (6)τ603＜τ(7)電阻器R50和電容器C50可分別為寄生電阻器和寄生電容器。
具有切換器的電流鏡像電路在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50a中，如圖3所示，一對(duì)P型晶體管580和581形成電流鏡像電路CM0，而一對(duì)N型晶體管582和583形成電流鏡像電路CM1。P型晶體管580和581的源極和襯底(bulk)連接到端子501，以接收電壓V1。N型晶體管582和583的源極和襯底連接到端子502，以接收電壓V2。
電流鏡像電路CM0的輸入端子CM01連接到晶體管580的漏極和柵極、以及切換器570的一端，而電流鏡像電路CM1的輸入端子CM11連接到晶體管582的漏極和柵極以及切換器572的一端。切換器570的另一端連接到晶體管581的柵極以及切換器571的一端，而切換器572的另一端連接到晶體管583的柵極以及切換器573的一端。切換器571的另一端連接到垂直驅(qū)動(dòng)器50a的端子501，以接收電壓V1，并且，切換器573的另一端連接到垂直驅(qū)動(dòng)器50a的端子502，以接收電壓V2。
通過垂直驅(qū)動(dòng)器50a的端子504輸出來自晶體管581和583的漏極的輸出(其也是來自電流鏡像電路CM0和CM1的輸出)，作為信號(hào)Vout。
雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的操作在輸出電壓V1時(shí)在上述連接配置中，當(dāng)通過垂直驅(qū)動(dòng)器50a的輸入端子503而提供的信號(hào)Din從“L”電平切換到“H”電平時(shí)，切換器574、570、以及573導(dǎo)通，而切換器571、575、以及572關(guān)斷，并且，來自參考電源530的電流通過時(shí)間常量電路540而緩慢地流入電流鏡像電路CM0。在電壓Vout低于晶體管580和581的過驅(qū)動(dòng)電壓(overdrive voltage)(其低于電壓V1)的飽和區(qū)域中，通過垂直驅(qū)動(dòng)器50a的輸出端子504，緩慢地輸出根據(jù)P型晶體管580和581之間的尺寸比而從電壓V1鏡像的電流，作為信號(hào)Vout。
通過從晶體管的柵極電壓減去晶體管的閾值，給出該過驅(qū)動(dòng)電壓。
將信號(hào)Vout提供到CCD 60的輸入端子601。由于電容器C62的電容性負(fù)載通常比CCD 60的輸入端子601的阻抗更具有支配作用，所以，從垂直驅(qū)動(dòng)器50a提供的電流Iout產(chǎn)生根據(jù)公式(8)的基于時(shí)間的、具有通過將電流Iout除以電容器C62的電容性負(fù)載而給出的斜率的電壓Vout。
Vout(t)＝(Iout/C62)·t(8)通過經(jīng)由具有根據(jù)公式(7)的時(shí)間常量τ的時(shí)間常量電路540，而減小電流Iout的斜率。電壓Vout的瞬時(shí)速度的減小允許在將兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓施加到例如CCD的負(fù)載時(shí)，減小驅(qū)動(dòng)電壓之間的干擾。
在電壓Vout高于晶體管580和581的過驅(qū)動(dòng)電壓的三極管區(qū)域中，由于晶體管的電導(dǎo)線性地減小，并且因此，輸出電流減小，所以，最終的電壓Vout收斂于電壓V1。此時(shí)，不從電流鏡像電路CM1輸出電流。
在輸出電壓V2時(shí)當(dāng)通過垂直驅(qū)動(dòng)器50a的輸入端子503而提供的信號(hào)Din從“H”電平切換到“L”電平時(shí)，切換器571、575、以及572導(dǎo)通，而切換器574、570、以及573關(guān)斷，并且，來自參考電源531的電流通過時(shí)間常量電路541而緩慢地流入電流鏡像電路CM1。在電壓Vout高于晶體管582和583的過驅(qū)動(dòng)電壓(其高于電壓V2)的飽和區(qū)域中，從垂直驅(qū)動(dòng)器50a的輸出端子504緩慢地輸出根據(jù)N型晶體管582和583之間的尺寸比而從電壓V2鏡像的電流，作為信號(hào)Vout。
由于高于電壓V2的輸出電壓Vout的瞬時(shí)速度減小，所以，有可能減小在將兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓施加到例如CCD的負(fù)載時(shí)的驅(qū)動(dòng)電壓之間的干擾。
在電壓Vout低于晶體管582和583的過驅(qū)動(dòng)電壓的三極管區(qū)域中，由于晶體管的電導(dǎo)線性地減小，并且因此，輸出電流減小，所以，最終的電壓Vout收斂于電壓V2。
此時(shí)，不從電流鏡像電路CM0輸出電流。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成像設(shè)備中，即使在除了水平掃描周期之外的周期期間執(zhí)行垂直驅(qū)動(dòng)(垂直轉(zhuǎn)移)的情況下，也有可能防止圖像質(zhì)量的惡化，并增大系統(tǒng)中的處理速度。
雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的第一個(gè)問題現(xiàn)在，將描述圖3中示出的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50a的第一個(gè)問題、以及被提供用來解決第一個(gè)問題的垂直驅(qū)動(dòng)器50c。
如從公式(8)清楚地看出的，基于來自垂直驅(qū)動(dòng)器50a的電流Iout對(duì)CCD60中的電容器C62的負(fù)載電容的比，確定來自圖3中示出的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50a的電壓Vout的斜率。因而，由于取決于類型而具有顯著不同的電極電容的各種類型的CCD具有不同的電容器C62的電容，所以，如果從垂直驅(qū)動(dòng)器50a輸出的電流Iout是恒定的，則電壓Vout的斜率取決于CCD的類型而變化。由此，不可能取決于CCD而實(shí)現(xiàn)在施加到CCD的兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓之間的干擾的充分減小。
現(xiàn)在，將通過參照?qǐng)D6而描述本發(fā)明的實(shí)施例，其能夠通過使用與圖3中相同的電路，而在最優(yōu)條件下驅(qū)動(dòng)CCD。
解決雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的第一個(gè)問題圖6示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的垂直驅(qū)動(dòng)器50c的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器50c驅(qū)動(dòng)的CCD 60的例子。
例如，垂直驅(qū)動(dòng)器50c生成圖1中示出的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4。CCD 60包括分別被施加垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的垂直轉(zhuǎn)移電極121至124。盡管為了簡(jiǎn)化、在圖6中的等效電路中，垂直驅(qū)動(dòng)器50c僅生成一個(gè)垂直驅(qū)動(dòng)脈沖(輸出電壓Vout)，但實(shí)際上，通過多個(gè)驅(qū)動(dòng)器(包括驅(qū)動(dòng)器70)來驅(qū)動(dòng)CCD 60。
垂直驅(qū)動(dòng)器50c與圖3中的垂直驅(qū)動(dòng)器50a的不同之處在于，垂直驅(qū)動(dòng)器50c不包括參考電源530和531，并且，數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)550的輸出側(cè)連接到切換器574的一端，而DAC 551的輸出側(cè)連接到切換器575的一端。DAC550和551的輸入側(cè)分別連接到垂直驅(qū)動(dòng)器50c的輸入端子505和506，以接收信號(hào)DA1in和DA2in。將與信號(hào)DA1in和DA2in相對(duì)應(yīng)的電流分別提供到DAC 550和551。
垂直驅(qū)動(dòng)器50c通過將圖3中示出的垂直驅(qū)動(dòng)器50a的參考電源530和531替換為DAC 550和551，而改變提供到電流鏡像電路的電流。垂直驅(qū)動(dòng)器50c鏡像并輸出與在DAC 550和551中輸入的輸入信號(hào)DA1in和DA2in相對(duì)應(yīng)的電流，以控制從垂直驅(qū)動(dòng)器50c輸出的電流。
利用以上電路配置，有可能通過在最優(yōu)條件下使用相同的電路、而驅(qū)動(dòng)取決于類型而具有顯著不同的電極電容的各種類型的CCD。
雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的第二個(gè)問題現(xiàn)在，將描述圖3中示出的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50a的第二個(gè)問題、以及被提供用來解決第二個(gè)問題的垂直驅(qū)動(dòng)器50f。
當(dāng)由圖3中示出的垂直或水平驅(qū)動(dòng)器70經(jīng)由電極602而驅(qū)動(dòng)CCD 60時(shí)，在電極601和602之間具有耦合電容的電容器C64、以及從垂直驅(qū)動(dòng)器50a輸出的阻抗形成差分電路，并且，從垂直或水平驅(qū)動(dòng)器70輸出的電壓具有對(duì)電極601的影響(與電極601干擾)。
作為電流鏡輸出的垂直驅(qū)動(dòng)器50a的輸出阻抗比CMOS驅(qū)動(dòng)電路的輸出阻抗高，并且因此，輸出阻抗之間的干擾噪聲電平不利地增大。
針對(duì)于以上問題，在圖8中示出的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50f中，當(dāng)從垂直驅(qū)動(dòng)器50f輸出電壓V1或V2、且不存在轉(zhuǎn)變(transition)時(shí)，通過切換器而將任意電壓施加到電流鏡像電路中的最后的晶體管的柵極，以實(shí)現(xiàn)較低的阻抗，從而減小干擾噪聲電平。
解決雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的第二個(gè)問題圖8示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的垂直驅(qū)動(dòng)器50f的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器50f驅(qū)動(dòng)的CCD 60的例子。
例如，垂直驅(qū)動(dòng)器50f生成圖1中示出的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4。CCD60包括分別被施加垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的垂直轉(zhuǎn)移電極121至124。盡管為了簡(jiǎn)化、在圖8中的等效電路中，垂直驅(qū)動(dòng)器50f僅生成一個(gè)垂直驅(qū)動(dòng)脈沖(輸出電壓Vout)，但實(shí)際上，通過多個(gè)驅(qū)動(dòng)器(包括驅(qū)動(dòng)器70)來驅(qū)動(dòng)CCD 60。
在垂直驅(qū)動(dòng)器50f中，切換器576的一端連接到圖3中示出的垂直驅(qū)動(dòng)器50a中的電流鏡像電路中的最后的晶體管581的柵極，并且，切換器577的一端連接到圖3中示出的垂直驅(qū)動(dòng)器50a的電流鏡像電路中的最后晶體管583的柵極。垂直驅(qū)動(dòng)器50f的輸入端子507連接到切換器576的另一端，以接收電壓V3，并且，垂直驅(qū)動(dòng)器50f的輸入端子508連接到切換器577的另一端，以接收電壓V4。
垂直驅(qū)動(dòng)器50f的輸入端子505和506分別連接到電平移位器522和523。從電平移位器522和523的輸出端子輸出被移位到切換所需的電平的電壓。
電平移位器522和523的輸出端子分別連接到切換器576和577的柵極。通過垂直驅(qū)動(dòng)器50f的輸入端子505和506而接收控制信號(hào)LZ1in和LZ2in，以分別控制切換器576和577。
在圖8中示出的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50f中，如果在通過輸入端子503輸入H電平輸入信號(hào)Din時(shí)、控制信號(hào)LZ1in處于“H”電平，則輸出信號(hào)V1，并且無轉(zhuǎn)變，最后晶體管581的柵極經(jīng)由切換器576而連接到垂直驅(qū)動(dòng)器50f的輸入端子507。
通過輸入端子507而施加使最后晶體管581具有足夠低的導(dǎo)通電阻的電壓。因而，由于垂直驅(qū)動(dòng)器50f的輸出阻抗保持為低，所以，垂直或水平驅(qū)動(dòng)器70的轉(zhuǎn)變?cè)试S經(jīng)由在CCD 60中的電極601和602之間具有耦合電容的電容器C64而減小干擾電平。
在圖8中示出的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50f中，如果在通過輸入端子503輸入L電平輸入信號(hào)Din時(shí)、控制信號(hào)LZ2in處于“H”電平，則輸出信號(hào)V2，并且無轉(zhuǎn)變，最后晶體管583的柵極經(jīng)由切換器577連接到垂直驅(qū)動(dòng)器50f的輸入端子508。
通過輸入端子508而施加使最后晶體管583具有足夠低的導(dǎo)通電阻的電壓。因而，由于垂直驅(qū)動(dòng)器50f的輸出阻抗保持為低，所以，垂直或水平驅(qū)動(dòng)器70的轉(zhuǎn)變?cè)试S經(jīng)由在CCD 60中的電極601和602之間具有耦合電容的電容器C64而減小干擾電平。
利用以上電路配置，有可能通過減小輸出阻抗而實(shí)現(xiàn)不易于被干擾影響的驅(qū)動(dòng)器特性。
雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的第三個(gè)問題現(xiàn)在，將描述圖3中示出的根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的垂直驅(qū)動(dòng)器50a的第三個(gè)問題、以及被提供用來解決第三個(gè)問題的垂直驅(qū)動(dòng)器50h(參照?qǐng)D11)。
如上面通過參照?qǐng)D3而描述的，當(dāng)通過垂直驅(qū)動(dòng)器50a的輸入端子503提供的信號(hào)Din從“L”電平切換到“H”電平時(shí)，切換器574、570、以及573導(dǎo)通，而切換器571、575、以及572關(guān)斷，并且，來自參考電源530的電流通過時(shí)間常量電路540而緩慢地流入電流鏡像電路CM0。在電壓Vout低于晶體管580和581的過驅(qū)動(dòng)電壓(其低于電壓V1)的飽和區(qū)域中，從垂直驅(qū)動(dòng)器50a的輸出端子504緩慢地輸出根據(jù)P型晶體管580和581之間的尺寸比而從電壓V1鏡像的電流，作為信號(hào)Vout。
在這里的問題是，在作為信號(hào)Vout而輸出電流之前，在信號(hào)Din從“L”電平切換到“H”電平之后的延遲時(shí)間。在時(shí)間常量電路540以及電流鏡像電路CM0中的晶體管580中，包括了延遲時(shí)間在垂直驅(qū)動(dòng)器50h中起支配作用的部分。來自時(shí)間常量電路540的輸出電壓(即，電流鏡像電路CM0中的晶體管580的柵極電壓)接近于電壓V1的電平，因?yàn)樵谛盘?hào)Din處于“L”電平時(shí)，切換器574和570關(guān)斷，并且，不從參考電源530提供功率。
隨后，當(dāng)信號(hào)Din從“L”電平切換到“H”電平時(shí)，切換器574以及570導(dǎo)通，并且，根據(jù)從時(shí)間常量電路540提供的時(shí)間常量，來自時(shí)間常量電路540的輸出電壓(即，電流鏡像電路CM0中的晶體管580的柵極電壓)開始緩慢地減小(沿晶體管580導(dǎo)通的方向)。
然而，不立即從電流鏡像電路輸出電流。在電流鏡像電路CM0中的晶體管580的柵極電壓從電壓V1的電平增大到超過晶體管580的閾值V1th的電平的延遲時(shí)間之后，從電流鏡像電路輸出電流。
有時(shí)，此延遲時(shí)間約為10微秒，由此，使系統(tǒng)產(chǎn)生問題。延遲時(shí)間也不利地影響了電壓V2的輸出。
解決雙電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的第三個(gè)問題如果在信號(hào)Din從“L”電平切換到“H”電平時(shí)、通過從在信號(hào)Din處于“L”電平的情況下的晶體管580的柵極電壓Vs(在圖3中的電路中，接近電壓V1)減去晶體管580的閾值電壓V1th而給出的電壓(Vs-V1th)超過0，且來自時(shí)間常量電路540的輸出具有斜率ΔVtc/Δt，則根據(jù)公式(9)而計(jì)算延遲時(shí)間Td。如果電壓(Vs-V1th)低于或等于0，則根據(jù)公式(10)，延遲時(shí)間Td等于0。
(Vs-V1th)＞0Td＝|Vs-V1th|·Δt/ΔVtc(9)(Vs-V1th)≤0Td＝0 (10)公式(9)顯示出如果在信號(hào)Din處于“L”電平的情況下的晶體管580的柵極電壓Vs接近于閾值V1th，則延遲時(shí)間Td減小。
現(xiàn)在，將通過參照?qǐng)D11而描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中，減小了延遲時(shí)間。在圖11中的垂直驅(qū)動(dòng)器50h中，提供了電源532和533。電源532和533對(duì)來自圖3中示出的參考電源530和531的輸出施加微小的電流。
在具有以上配置的垂直驅(qū)動(dòng)器50h中，當(dāng)信號(hào)Din處于“L”電平時(shí)，通過時(shí)間常量電路540而將從電源532輸出的微小電流提供到電流鏡像電路CM0。因而，晶體管580保持略微超過晶體管580的閾值V1th的柵極電壓。
當(dāng)隨后信號(hào)Din從“L”電平切換到“H”電平時(shí)，如公式(10)所示，(Vs-V1th)≤0，且延遲時(shí)間Td等于0。由于這些特性，輸出電流時(shí)的延遲時(shí)間減小，以允許迅速構(gòu)造系統(tǒng)。
三電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器、以及垂直電極的等效電路圖5示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的三電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器50b的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器50b驅(qū)動(dòng)的CCD 60的例子。
例如，垂直驅(qū)動(dòng)器50b生成圖1中示出的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4。CCD 60包括分別被施加垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的垂直轉(zhuǎn)移電極121至124。盡管為了簡(jiǎn)化、在圖5中的等效電路中，垂直驅(qū)動(dòng)器50b僅生成一個(gè)垂直驅(qū)動(dòng)脈沖(輸出電壓Vout)，但實(shí)際上，通過多個(gè)驅(qū)動(dòng)器(包括驅(qū)動(dòng)器70)來驅(qū)動(dòng)CCD 60。
圖3中的垂直驅(qū)動(dòng)器50a輸出兩個(gè)電壓V1和V2，而圖5中的垂直驅(qū)動(dòng)器50b輸出三個(gè)電壓V1、V2和V3。
將描述向圖3中的垂直驅(qū)動(dòng)器50a添加或從圖3中的垂直驅(qū)動(dòng)器50a刪除的圖5中的垂直驅(qū)動(dòng)器50b的部分。圖5中的垂直驅(qū)動(dòng)器50b除了電壓V1和V2之外還輸出電壓V3，以便通過連接到p溝道MOS(PMOS)晶體管584的源極和襯底的輸入端子507而提供輸入電壓V3。
PMOS晶體管584的漏極連接到垂直驅(qū)動(dòng)器50b的輸出端子504，通過該輸出端子504輸出信號(hào)Vout，以驅(qū)動(dòng)CCD 60。分別通過垂直驅(qū)動(dòng)器50b的輸入端子503、505和506而提供輸入信號(hào)Din1、Din2、以及Din3，以輸出三個(gè)電壓V1、V2和V3。
垂直驅(qū)動(dòng)器50b的輸入端子503、505和506分別連接到電平移位器520、521和522的輸入端子。電平移位器522的反相輸出端子連接到PMOS晶體管584的柵極，以驅(qū)動(dòng)從其輸出電壓V3的PMOS晶體管584。包括電平移位器520和521、參考電源530和531、時(shí)間常量電路540和541、以及電流鏡像電路CM0和CM1的區(qū)域50b0類似于圖3中的垂直驅(qū)動(dòng)器50a中的對(duì)應(yīng)區(qū)域。
當(dāng)輸入信號(hào)Din1處于“H”電平、且輸入信號(hào)Din2和Din3處于“L”電平時(shí)，如圖3中的垂直驅(qū)動(dòng)器50a那樣，通過輸出端子504輸出的信號(hào)Vout具有電壓V1。
當(dāng)輸入信號(hào)Din2處于“H”電平、且輸入信號(hào)Din1和Din3處于“L”電平時(shí)，如圖3中的垂直驅(qū)動(dòng)器50a那樣，通過輸出端子504輸出的信號(hào)Vout具有電壓V2。
在電壓V1和V2的輸出中，如果垂直驅(qū)動(dòng)器50b具有減小瞬時(shí)速度ΔV/ΔT的功能、且將兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓施加到例如CCD的負(fù)載，則有可能減小驅(qū)動(dòng)電壓之間的干擾。
當(dāng)輸入信號(hào)Din3處于“H”電平、且輸入信號(hào)Din1和Din2處于“L”電平時(shí)，通過輸出端子504輸出的信號(hào)Vout具有電壓V3。此時(shí)，PMOS晶體管584的存在增大了瞬時(shí)速度。利用圖5中示出的配置，垂直驅(qū)動(dòng)器50b可輸出三個(gè)電壓V1、V2和V3。
三電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的第一個(gè)問題圖5中的垂直驅(qū)動(dòng)器50b的第一個(gè)問題在于，與相關(guān)技術(shù)中的CMOS垂直驅(qū)動(dòng)器相比，由于參考電源、時(shí)間常量電路、以及電流鏡像電路的提供，電路的尺寸易于增大。因而，共享最后輸出晶體管的電路上游中的部件，以減小該電路的尺寸。
解決三電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的第一個(gè)問題圖7示出了本發(fā)明的實(shí)施例，其中，共享電路中的部件，以減小該電路的尺寸。圖7中示出的電路包括具有類似于圖5中示出的輸出用來驅(qū)動(dòng)CCD60的三個(gè)電壓的功能的兩個(gè)垂直驅(qū)動(dòng)器。輸出電壓V1的相位與輸出電壓V2的相位相同，而輸出電壓V3的相位與輸出電壓V1和V2的相位不同。
圖7示出了包括對(duì)應(yīng)于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的垂直驅(qū)動(dòng)器50d和50e的等效電路、以及由垂直驅(qū)動(dòng)器50d和50e驅(qū)動(dòng)的CCD 60的例子。
例如，垂直驅(qū)動(dòng)器50d和50e生成圖1中示出的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4。CCD 60包括分別被施加垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的垂直轉(zhuǎn)移電極121至124。
在圖7的垂直驅(qū)動(dòng)器50d中，通過輸出端子508和509，從圖5中示出的垂直驅(qū)動(dòng)器50b中輸出PMOS晶體管581和583的柵極電壓，作為參考電壓Ref1和Ref2。
在圖7的垂直驅(qū)動(dòng)器50e中，從圖7的垂直驅(qū)動(dòng)器50d移除包括電平移位器520和521、參考電源530和531、時(shí)間常量電路540和541、電流鏡像電路CM0中的PMOS晶體管580、電流鏡像電路CM1中的N溝道MOS(NMOS)晶體管582、以及切換器570至575的區(qū)域50d0。通過輸入端子508和509，將通過其輸出電壓V1和V2的PMOS和NMOS晶體管的柵極電壓Ref1和Ref2從垂直驅(qū)動(dòng)器50d施加到垂直驅(qū)動(dòng)器50e，并且隨后，將其施加到垂直驅(qū)動(dòng)器50e中的PMOS晶體管581和NMOS晶體管583的柵極，以共享垂直驅(qū)動(dòng)器50d和垂直驅(qū)動(dòng)器50e之間的區(qū)域50d0，由此減小電路的尺寸。
利用此配置，除了電路的尺寸之外，還有可能減小功耗、驅(qū)動(dòng)器之間的特性誤差、以及成本。
三電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的第二個(gè)問題現(xiàn)在，將描述圖5中示出的垂直驅(qū)動(dòng)器50b的第二個(gè)問題。假定在圖5中的垂直驅(qū)動(dòng)器50b中輸入的電壓V1、V2和V3具有V2＜V1＜V3的關(guān)系。
當(dāng)在圖5中的垂直驅(qū)動(dòng)器50b中要輸出的電壓V3比要輸出的電壓V1高、且輸出電壓V3作為輸出電壓Vout時(shí)，電流鏡像電路CM0中的PMOS晶體管581的襯底電壓Vb等于V1，并且，其漏極電壓Vd等于V3。因而，建立了Vb＜Vd的關(guān)系。
PMOS晶體管具有二極管結(jié)構(gòu)，其中漏極用作陽(yáng)極(anode)，而襯底用作陰極(cathode)。因而，如果漏極電壓Vd高于(襯底電壓Vb+二極管的閾值Vt)，則前向電流流過二極管，并且，PMOS晶體管581的導(dǎo)通電阻低于PMOS晶體管584的導(dǎo)通電阻。結(jié)果，即使在輸出電壓V3作為輸出電壓Vout被輸出的情況下，電壓V3也比(襯底電壓Vb+二極管的閾值Vt)高，也就是說，不輸出(電壓V1+二極管的閾值Vt)。
解決三電壓輸出垂直驅(qū)動(dòng)器的第二個(gè)問題為了解決第二個(gè)問題，在作為輸出電壓Vout的電壓V3的輸出中，提供PMOS晶體管581的襯底電壓Vb，作為電壓V3或輸出電壓Vout，以操作PMOS晶體管581，從而滿足(漏極電壓Vd)＜(襯底電壓Vb+二極管的閾值Vt)。結(jié)果，可輸出直到電壓V3的電壓，作為輸出電壓Vout。現(xiàn)在，將通過參照?qǐng)D9和10而描述實(shí)現(xiàn)此解決方案的電路。
圖9示出了包括作為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的垂直驅(qū)動(dòng)器50g的等效電路、以及由該垂直驅(qū)動(dòng)器50g驅(qū)動(dòng)的CCD 60的例子。
垂直驅(qū)動(dòng)器50g生成例如圖1中示出的垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4。CCD60包括分別被施加垂直驅(qū)動(dòng)脈沖φV1至φV4的垂直轉(zhuǎn)移電極121至124。盡管為了簡(jiǎn)化、在圖9中的等效電路中，垂直驅(qū)動(dòng)器50g僅生成一個(gè)垂直驅(qū)動(dòng)脈沖(輸出電壓Vout)，但實(shí)際上，通過多個(gè)驅(qū)動(dòng)器(包括驅(qū)動(dòng)器70)來驅(qū)動(dòng)CCD 60。
在圖9中的垂直驅(qū)動(dòng)器50g中，與圖5中的垂直驅(qū)動(dòng)器50b(其中，提供電流鏡像電路CM0中的PMOS晶體管580和581的襯底電壓Vb作為電壓V1)不同，將電流鏡像電路CM0中的PMOS晶體管580和581的襯底電壓Vb提供到襯底控制電路56的輸出端子。將電壓V1、V3、Vout、Din1、Din2、以及Din3提供到襯底控制電路56的輸入端子。
圖10示出了襯底控制電路56的例子。參照?qǐng)D10，將輸入電壓Din1、Din2、以及Din3分別施加到襯底控制電路56的輸入端子505、506和507。輸入端子505、506和507連接到電平移位器561的輸入端子。
將來自電平移位器561的輸出信號(hào)56a提供到切換器562的柵極，將其輸出信號(hào)56b提供到切換器563的柵極，并將其輸出信號(hào)56c提供到切換器564的柵極。電平移位器561輸出可驅(qū)動(dòng)切換器562、563和564的電壓。
在圖10中的襯底控制電路56中，將輸入電壓V1、V3和Vout分別施加到輸入端子501、503和502。輸入端子501連接到切換器564的一端，輸入端子503連接到切換器562的一端，而輸入端子502連接到切換器563的一端。
切換器564、562和563的另一端連接到襯底控制電路56的輸出端子504，通過輸出端子504而從襯底控制電路56輸出輸出信號(hào)Bulk。
現(xiàn)在，將描述圖9和10中示出的襯底控制電路56。當(dāng)輸入信號(hào)Din3處于“H”電平、且輸入信號(hào)Din1和Din2處于“L”電平時(shí)，通過垂直驅(qū)動(dòng)器50g的輸出端子504而輸出電壓V3，作為信號(hào)Vout。此時(shí)，在襯底控制電路56中，切換器562導(dǎo)通，而切換器563和564關(guān)斷，以從襯底控制電路56輸出電壓V3，作為輸出信號(hào)Bulk。
因而，圖9中的垂直驅(qū)動(dòng)器50g中的PMOS晶體管581的漏極電壓Vd等于襯底電壓Vb(其等于電壓V3)，使得不產(chǎn)生前向電流，由此引起以上問題。
當(dāng)輸入信號(hào)Din1從以上狀態(tài)切換到“H”電平而輸入信號(hào)Din3和Din2從以上狀態(tài)切換到“L”電平、且來自垂直驅(qū)動(dòng)器50g的輸出電壓Vout從電壓V3切換到電壓V1時(shí)，襯底控制電路56中的切換器563導(dǎo)通，而其中的切換器562和564關(guān)斷。在此狀態(tài)下，控制襯底控制電路56，以便輸出輸出電壓Vout，作為輸出信號(hào)Bulk。
在來自垂直驅(qū)動(dòng)器50g的輸出電壓Vout從電壓V3切換到電壓V1的階段，控制襯底控制電路56，以便輸出輸出電壓Vout、而不是電壓V1，作為輸出電壓Bulk。執(zhí)行此控制，以便防止任何前向電流在襯底和漏極之間流動(dòng)。通過減小輸出電壓Vout的瞬時(shí)速度、并通過迅速地將來自襯底控制電路56的輸出電壓Bulk(即，PMOS晶體管581的襯底電壓Vb)切換到電壓V1、以使PMOS晶體管581的襯底電壓Vb低于漏極電壓Vd，而實(shí)現(xiàn)前向電流的防止。
此外，當(dāng)輸入信號(hào)Din2處于“H”電平而輸入信號(hào)Din1和Din3處于“L”電平時(shí)、以及當(dāng)輸入信號(hào)Din1從此狀態(tài)切換到“H”電平而輸入信號(hào)Din2和Din3從此狀態(tài)切換到“L”電平、且來自垂直驅(qū)動(dòng)器50g的輸出電壓Vout是電壓V2或從電壓V2切換到電壓V1時(shí)，襯底控制電路56中的切換器564導(dǎo)通，而其中的切換器562和563關(guān)斷，以控制襯底控制電路56，以便輸出電壓V1，作為輸出信號(hào)Bulk。
結(jié)果，這樣的PMOS晶體管的襯底電壓Vb等于電壓V1，并且，其漏極電壓Vd變?yōu)榈扔陔妷篤2或V1。由此，有可能解決前向電流在襯底和漏極之間流動(dòng)的問題，因?yàn)榻⒘岁P(guān)系V2＜V1。
利用以上配置，有可能解決圖5中的垂直驅(qū)動(dòng)器50b的問題，即不輸出高于或等于(電壓V1+二極管的閾值Vt)的電壓V3。由此，可將輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展到容納取決于類型而具有顯著不同的電極電容的各種類型的CCD。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，可取決于設(shè)計(jì)需求和其它因素而出現(xiàn)各種修改、組合、子組合以及變更，只要它們?cè)谒降臋?quán)利要求或其等價(jià)物的范圍內(nèi)即可。
權(quán)利要求
1.一種將兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓施加到電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)電路，該驅(qū)動(dòng)電路包括至少一個(gè)電流鏡像電路，其接收參考電流，并輸出預(yù)定電流；至少一個(gè)切換電路，其切換從所述至少一個(gè)電流鏡像電路輸出的電流，以將多個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓施加到電荷轉(zhuǎn)移單元；以及至少一個(gè)時(shí)間常量電路，其在通過切換電路進(jìn)行切換時(shí)，對(duì)參考電流給出預(yù)定時(shí)間常量。
2.如權(quán)利要求1所述的用于電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)電路，還包括數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其改變電流鏡像電路中的電流鏡像比，以改變輸出電流。
3.如權(quán)利要求1所述的用于電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)電路，其中，將預(yù)定電壓施加到電流鏡像電路中的最后輸出晶體管的柵極，而不切換驅(qū)動(dòng)電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的用于電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)電路，還包括切換電路，其切換電流鏡像電路中的晶體管的襯底電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的用于電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)電路，還包括在切換電路中切換電流時(shí)對(duì)電流鏡像電路施加微小的電流、以將柵極電壓保持在該電路的閾值附近的電路。
6.一種將兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓施加到電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)方法，該方法包括步驟根據(jù)通過至少一個(gè)電流鏡像電路接收到的參考電流，而輸出電流；以及當(dāng)通過至少一個(gè)切換電路切換輸出電流時(shí)，對(duì)參考電流的上升和下降沿給出預(yù)定時(shí)間常量，以將多個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓施加到電荷轉(zhuǎn)移單元。
7.如權(quán)利要求6所述的用于電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)方法，其中，將預(yù)定電壓施加到電流鏡像電路中的最后輸出晶體管的柵極，而不切換驅(qū)動(dòng)電壓。
8.如權(quán)利要求6所述的用于電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)方法，其中，在切換電路中切換電流時(shí)，對(duì)電流鏡像電路施加微小的電流，以將柵極電壓保持在該電路的閾值附近。
9.一種將兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓施加到垂直電荷轉(zhuǎn)移單元以轉(zhuǎn)移電荷的電荷轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，該電荷轉(zhuǎn)移系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)電路，其通過至少一個(gè)電流鏡像電路而接收參考電流、并輸出電流，并且，當(dāng)至少一個(gè)切換電路切換輸出電流時(shí)，對(duì)參考電流的上升和下降沿給出預(yù)定時(shí)間常量，以將多個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓施加到垂直電荷轉(zhuǎn)移單元；以及控制器，其在水平電荷轉(zhuǎn)移單元中的電荷轉(zhuǎn)移周期期間，通過垂直電荷轉(zhuǎn)移單元中的驅(qū)動(dòng)電路而執(zhí)行電荷轉(zhuǎn)移。
10.如權(quán)利要求9所述的電荷轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，還包括緩沖單元，其暫時(shí)存儲(chǔ)垂直電荷轉(zhuǎn)移單元和水平電荷轉(zhuǎn)移單元之間的電荷，其中，在不執(zhí)行水平電荷轉(zhuǎn)移單元中的電荷轉(zhuǎn)移的周期期間，控制器將電荷從緩沖單元轉(zhuǎn)移到水平電荷轉(zhuǎn)移單元。
11.如權(quán)利要求9所述的電荷轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，其中，在多個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路之間共享除了切換電路之外的電流鏡像電路、時(shí)間常量電路以及最后輸出晶體管中的組件。
全文摘要
一種將兩個(gè)或更多驅(qū)動(dòng)電壓施加到電荷轉(zhuǎn)移單元的驅(qū)動(dòng)電路包括至少一個(gè)電流鏡像電路，其接收參考電流，并輸出預(yù)定電流；至少一個(gè)切換電路，其切換從所述至少一個(gè)電流鏡像電路輸出的電流，以將多個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓施加到電荷轉(zhuǎn)移單元；以及至少一個(gè)時(shí)間常量電路，其在通過切換電路進(jìn)行切換時(shí)，對(duì)參考電流給出預(yù)定時(shí)間常量。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101026698SQ20071000594
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月16日
發(fā)明者川邊東, 柿岡秀信, 福岡史章, 廣田功, 瀬上雅博, 絹笠幸久 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社