JPS642272B2 - - Google Patents
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- JPS642272B2 JPS642272B2 JP59251818A JP25181884A JPS642272B2 JP S642272 B2 JPS642272 B2 JP S642272B2 JP 59251818 A JP59251818 A JP 59251818A JP 25181884 A JP25181884 A JP 25181884A JP S642272 B2 JPS642272 B2 JP S642272B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は固体撮像装置に関し、特に2次元的に
配列して形成された受光素子からの信号がパルス
により開閉制御されるMOS型スイツチング素子
を介して次々と読み出される固体撮像装置の信号
処理回路の改良に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a solid-state imaging device, and in particular, the present invention relates to a solid-state imaging device, and particularly to a solid-state imaging device in which signals from light-receiving elements formed in a two-dimensional array are transmitted through a MOS type switching element whose opening and closing are controlled by pulses. This invention relates to an improvement in a signal processing circuit for a solid-state imaging device that is read out one after another.
半導体基板上の垂直、水平の両方向に多数個
(例えば500×400個)の受光素子、例えばフオト
ダイオードを形成し、各受光素子に蓄えられた電
荷を、垂直方向および水平方向の各駆動パルスに
より開閉制御されるMOS型スイツチング素子を
介して、信号出力線に次々と読み出すようにした
固体撮像装置は、例えば本出願人が提案した特開
昭54−37427号公報において公知である。
A large number of photodiodes (e.g., 500 x 400) are formed in both vertical and horizontal directions on a semiconductor substrate, and the charge stored in each photodiode is transferred by driving pulses in the vertical and horizontal directions. A solid-state imaging device in which signals are successively read out on a signal output line through MOS type switching elements whose opening and closing are controlled is known, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 54-37427, proposed by the present applicant.
この種の固体撮像装置では、各受光素子からの
信号読み出しの際に、各種のクロツクパルスが浮
遊容量を介して信号出力線に漏れ、信号対雑音化
(S/N)を劣化させるという問題がある。特に
水平方向のMOS型スイツチング素子を駆動する
約7MHzのクロツクパルスは、信号出力線に接続
されるプリアンプに対して等価的に低インピーダ
ンス(数百Ω)の信号源として作用し、プリアン
プの出力には上記クロツクパルスに同期したノイ
ズ成分が光信号の10倍以上の大きさで現われる。 This type of solid-state imaging device has a problem in that various clock pulses leak into the signal output line via stray capacitance when reading signals from each light receiving element, deteriorating the signal-to-noise ratio (S/N). . In particular, the approximately 7MHz clock pulse that drives the horizontal MOS type switching element acts equivalently as a low impedance (several hundred Ω) signal source for the preamplifier connected to the signal output line, and the output of the preamplifier is A noise component synchronized with the clock pulse appears with a magnitude more than 10 times that of the optical signal.
このため、従来はプリアンプとしてダイナミツ
クレンジが充分に大きいアンプを使用し、上記ノ
イズ成分と光信号成分を一緒に増幅し、プリアン
プの後段にクロツクパルスノイズ成分除去のため
のフイルタを接続することにより光信号のみを分
離するようにしていた。サンプリング定理によれ
ば、水平クロツク周波数の半分の周波数までが有
効に利用できる成分であり、これを以下ビデオ帯
域と呼ぶことにする。また、固体撮像装置では受
光素子からの蓄積電荷の読み残しがあると、水平
垂直方向の解像度が劣化するため、上記プリアン
プは入力インピーダンスが低く(数KΩ以下)、
且つ10MHz付近まで平坦な周波数特性をもつアン
プが使用されてきた。 For this reason, conventionally, an amplifier with a sufficiently large dynamic range is used as a preamplifier, the above-mentioned noise component and optical signal component are amplified together, and a filter is connected after the preamplifier to remove the clock pulse noise component. In this way, only the optical signals were separated. According to the sampling theorem, a frequency up to half the horizontal clock frequency is a component that can be effectively used, and this will hereinafter be referred to as the video band. In addition, in a solid-state imaging device, if the accumulated charge from the light receiving element remains unread, the resolution in the horizontal and vertical directions deteriorates, so the preamplifier described above has a low input impedance (several kilohms or less).
In addition, amplifiers with flat frequency characteristics up to around 10MHz have been used.
然るに上記条件を満足させるためには、特にダ
イナミツクレンジを大きくとる都合上、プリアン
プ用の電源が他の駆動回路用電源よりも高い電圧
値となり、装置の小型化、単一電源化の阻げとな
つていた。さらに、入力インピーダンスを低くす
るため帰還抵牴を大きくできず、この結果帰還抵
抗から発生するランダム雑音を小さくできないと
いう問題があつた。 However, in order to satisfy the above conditions, the power supply for the preamplifier must have a higher voltage value than the power supply for other drive circuits, especially in order to have a large dynamic range, which hinders the miniaturization of the device and the use of a single power supply. It was becoming. Furthermore, in order to lower the input impedance, the feedback resistance cannot be increased, and as a result, there is a problem in that random noise generated from the feedback resistance cannot be reduced.
本発明は、プリアンプのダイナミツクレンジが
狭くても受光素子からの光信号読み出しに支障の
ない固体撮像装置用の信号処理回路を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a signal processing circuit for a solid-state imaging device that does not interfere with reading optical signals from a light receiving element even if the dynamic range of the preamplifier is narrow.
本発明は受光素子からの出力信号を増幅するプ
リアンプとして、出力信号をインピーダンス素子
を介して入力側に帰還するようにした帰還ループ
を備えた形式のものを用い、上記プリアンプの開
ループ周波数特性がビデオ帯域内にカツトオフ周
波数f1を有する低域通過特性とし、また、プリア
ンプの入力端に存在する静電容量C0とプリアン
プの入力インピーダンスRioにより決定されるカ
ツトオフ周波数f2もビデオ帯域内に存在するよう
に設定することを特徴としている。さらに、プリ
アンプの帰還ループのカツトオフ周波数f3もビデ
オ帯域内に設定することにより、プリアンプのダ
イナミツクレンジが狭くてもS/Nを劣化させる
ことなく信号を読み出すことが可能な信号処理回
路が得られる。
The present invention uses a preamplifier that amplifies the output signal from the light receiving element, which is equipped with a feedback loop in which the output signal is fed back to the input side via an impedance element, and the open loop frequency characteristic of the preamplifier is The low-pass characteristic has a cutoff frequency f 1 within the video band, and the cutoff frequency f 2 determined by the capacitance C 0 present at the input end of the preamplifier and the input impedance R io of the preamplifier is also within the video band. The feature is that it is set so that it exists. Furthermore, by setting the cutoff frequency f3 of the preamplifier's feedback loop within the video band, a signal processing circuit that can read out signals without deteriorating the S/N ratio even if the preamplifier's dynamic range is narrow can be obtained. It will be done.
以下、本発明の詳細を図面を参照して説明す
る。
Hereinafter, details of the present invention will be explained with reference to the drawings.
第1図は固体撮像装置およびその信号処理回路
の回路構成図であり、説明の都合上、1個の光ダ
イオード1と、このダイオードから光信号を読み
出すのに必要なMOSスイツチ3,6によつて代
表される簡略化した回路構成を示す。 FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a solid-state imaging device and its signal processing circuit, and for convenience of explanation, it consists of one photodiode 1 and MOS switches 3 and 6 necessary to read out optical signals from this diode. This figure shows a typical simplified circuit configuration.
光ダイオード1には入射光量に比例した電流が
流れ、これによつて寄生容量CPに信号電荷Q0が
蓄積される。光ダイオード1の一端は、垂直シフ
トレジスタ2の出力パルスにより制御される
MOSトランジスタ3と、水平シフトレジスタ5
によつて制御されるMOSトランジスタ6とを介
して信号出力線7に接続されている。 A current proportional to the amount of incident light flows through the photodiode 1, thereby accumulating a signal charge Q 0 in the parasitic capacitance CP . One end of the photodiode 1 is controlled by the output pulse of the vertical shift register 2
MOS transistor 3 and horizontal shift register 5
The signal output line 7 is connected to the signal output line 7 via a MOS transistor 6 controlled by the MOS transistor 6 .
垂直シフトレジスタ2は1フイールド期間毎に
クロツクパルスを出力し、MOSトランジスタ3
を導通させる。光ダイオード1の寄生容量CPに
比較して垂直信号線4の容量C1は数10〜数100倍
の大きさを持つため、MOSトランジスタ3が導
通すると信号電荷Q0の大部分は容量C1に転送さ
れることになる。 Vertical shift register 2 outputs a clock pulse every 1 field period, and MOS transistor 3
conduction. Since the capacitance C 1 of the vertical signal line 4 is several tens to hundreds of times larger than the parasitic capacitance C P of the photodiode 1, most of the signal charge Q 0 is absorbed by the capacitance C when the MOS transistor 3 becomes conductive. It will be transferred to 1 .
この状態で水平シフトレジスタ5からのクロツ
クパルス(例えば7MHz)によつてMOSトランジ
スタ6が導通すると、容量C1に蓄積された電荷
は信号出力線7に流れる。信号出力線7にはイン
ピーダンスZfの帰還ループ8をもつプリアンプ9
が接続してあり、プリアンプ9の入力段の寄生容
量と固体撮像素子の出力線の容量の合成容量を
C0とすると、信号読み出し回路は第2図のよう
に近似することができる。 In this state, when the MOS transistor 6 is turned on by a clock pulse (for example, 7 MHz) from the horizontal shift register 5, the charge accumulated in the capacitor C1 flows to the signal output line 7. A preamplifier 9 with a feedback loop 8 of impedance Z f is connected to the signal output line 7.
is connected, and the combined capacitance of the parasitic capacitance of the input stage of the preamplifier 9 and the capacitance of the output line of the solid-state image sensor is
Assuming C 0 , the signal readout circuit can be approximated as shown in FIG.
ここで、第2図の如く容量C0に並列に信号の
電流源があると仮定し、この電源がどのようにプ
リアンプ側に流れ出すかを計算する。プリアンプ
の入力端7の電圧をVi、出力端10の電圧をV0
とすると、次式が成立する。なおsはラプラス演
算子である。 Here, assuming that there is a signal current source in parallel to the capacitor C 0 as shown in FIG. 2, calculate how this power source flows to the preamplifier side. The voltage at the input end 7 of the preamplifier is V i , and the voltage at the output end 10 is V 0
Then, the following formula holds true. Note that s is a Laplace operator.
Is=VisC0+(Vi−V0)1/Zf …(1)
V0=−GVi …(2)
ここでプリアンプのゲインGは次式で与えられ
るとする。 I s =V i sC 0 +(V i −V 0 )1/Z f (1) V 0 =−GV i (2) Here, it is assumed that the gain G of the preamplifier is given by the following equation.
G=G0/1+jf/f1 …(3)
G0は直流のゲインであり、f1はアンプのカツト
オフ周波数である。さらに帰還ループのインピー
ダンスZfは第2図に示したように抵抗Rfと容量Cf
の並列とすると次のように与えられる。 G=G 0 /1+jf/f 1 (3) G 0 is the DC gain, and f 1 is the cutoff frequency of the amplifier. Furthermore, the impedance Z f of the feedback loop is determined by the resistance R f and the capacitance C f as shown in Figure 2.
If it is parallel, it is given as follows.
Zf=Rf/1+jf/f3 …(4) ここで、 f3=1/2πCfRf …(5) である。 Z f =R f /1+jf/f 3 ...(4) Here, f 3 =1/2πC f R f ...(5).
さて、式(1)、(2)から信号電流Isに対するプリア
ンプの出力V0の伝達関数を計算すると次のよう
になる。 Now, when the transfer function of the preamplifier output V 0 to the signal current I s is calculated from equations (1) and (2), it is as follows.
V0/Is=−GZf/1+jf2πC0Zf+G
Zf/1+jf2πC0Zf/G …(6)
ここでプリアンプのゲインGは約1000程度の値
であるので1に対して1/Gを無視してある。G
が(3)式で与えられるカツトオフ周波数f1を有する
場合は、f1がビデオの最高周波数の100分の1以
上であれば1/Gを無視できる。また、プリアン
プのf特の劣化がなくかつ帰還インピーダンスZf
の容量Cfがない場合には(6)は次のようになる。V 0 /I s = -GZ f /1+jf2πC 0 Z f +G Z f /1+jf2πC 0 Z f /G...(6) Here, the gain G of the preamplifier is about 1000, so 1/G is is ignored. G
has a cutoff frequency f 1 given by equation (3), 1/G can be ignored if f 1 is 1/100 or more of the highest frequency of the video. In addition, there is no deterioration of the f characteristic of the preamplifier, and the feedback impedance Z f
If there is no capacitance C f , then (6) becomes as follows.
V0/Is=−Rf/1+jf2πC0Rf/G0=Rf/1+jf/f2…(
7)
ここでf2は次式で与えられる。V 0 /I s =−R f /1+jf2πC 0 R f /G 0 =R f /1+jf/f 2 …(
7) Here, f 2 is given by the following equation.
f2=G0/2πC0Rf …(8)
上記f2がビデオ帯域内にあると周波数特性の劣
化となるため、周波数特性の劣化を少なくするた
めには、RfやG0を適当に選ぶ。例えば、C0=
30pF、G0=1000のとき、Rf=500KΩとすると、
f2=10.6MHzとなり、ビデオ帯域内の周波数特性
の劣化をほとんど無視することができる。 f 2 = G 0 /2πC 0 R f …(8) If the above f 2 is within the video band, the frequency characteristics will deteriorate, so in order to reduce the deterioration of the frequency characteristics, set R f and G 0 appropriately. choose. For example, C 0 =
When 30pF, G 0 = 1000, and R f = 500KΩ,
f 2 =10.6MHz, and deterioration of frequency characteristics within the video band can be almost ignored.
次に、本発明の主題であるクロツクノイズの問
題について述べる。MOS型撮像素子では水平ス
イツチ6を駆動するクロツクパルスが寄生容量を
介して信号線7にもれ込むという問題がある。こ
の雑音の出力インピーダンスは数KΩ以下と低い
ため、このクロツクノイズに関してはプリアンプ
の帰還がほとんどかからない状態となつている。
このため、プリアンプの出力にはアンプの開ルー
プゲインG倍されたクロツクノイズが出力され
る。このノイズの大きさは信号の10倍以上である
ため、従来はプリアンプの最終段にダイナミツク
レンジの非常に大きなものが必要とされていた。
例えば信号電流が1μAで帰還抵抗Rfが500KΩの場
合、プリアンプの出力は0.5VP-Pとなるが、クロ
ツクノイズは10VP-P以上発生する。このためプ
リアンプの電源電圧としては±10V程度必要とな
り、他の回路の電源とは別の電源が必要となる。 Next, the problem of clock noise, which is the subject of the present invention, will be described. The problem with the MOS type image pickup device is that the clock pulse that drives the horizontal switch 6 leaks into the signal line 7 via the parasitic capacitance. Since the output impedance of this noise is low, at a few kilohms or less, there is almost no feedback from the preamplifier regarding this clock noise.
Therefore, clock noise multiplied by the open loop gain G of the amplifier is output from the preamplifier. Since this noise is more than 10 times larger than the signal, conventionally the final stage of the preamplifier required a device with an extremely large dynamic range.
For example, if the signal current is 1 μA and the feedback resistor R f is 500KΩ, the preamplifier output will be 0.5V PP , but clock noise will occur over 10V PP . For this reason, the preamplifier requires a power supply voltage of about ±10V, which requires a separate power supply from that of other circuits.
本発明では、プリアンプの開ループゲインGに
特殊な周波数特性をもたせることにより、クロツ
クノイズの影響を小さくするものである。例えば
プリアンプのカツトオフ周波数f1を0.7MHzとす
ると、7MHzにおけるゲインは約10分の1となる
ため、プリアンプの最終段のダイナミツクレンジ
は1VP-P程度で十分となる。 In the present invention, the influence of clock noise is reduced by giving the open loop gain G of the preamplifier a special frequency characteristic. For example, if the cutoff frequency f 1 of the preamplifier is 0.7MHz, the gain at 7MHz will be about 1/10, so a dynamic range of about 1V PP will be sufficient for the final stage of the preamplifier.
しかし単にプリアンプのカツトオフ周波数を下
げると次のような問題が起こる。すなわち、(6)式
において、Zf=Rf、
G=G0/1+jf/f1、とおいて伝達関数を計算すると
次のようになる。 However, simply lowering the cutoff frequency of the preamplifier causes the following problems. That is, in equation (6), if Z f =R f and G = G 0 /1 + jf/f 1 , the transfer function is calculated as follows.
V0/Is=−Rf/1+if2πC0Rf1+jf/f1/G0
=−Rf/1+jf/f2・(1+jf/f1)
=−Rf/1+jf/f2+(jf/f2)(jf/f1) …(9)
ここでf1、f2は正でf1<4f2であるため、(9)式で
与えられる伝達特性は2次系の特性を示し、f′=
√1 2の周波数において大きなピークを持つ特性
となる。例えばf1=0.7MHz、f2=10.6MHzとする
と、f′=2.7MHzとなり、このとき
|V0/Is(f=f′)|≒3.9Rf (10)
となるので直流ゲインの約4倍のゲインをもつこ
とになる。この特性を第3図に示す。これを必要
なビデオ帯域内で平坦な周波数特性となるように
するためには複雑な補正回路が必要となる。そこ
で本発明では、ゲイン特性に上記のようなピーク
が発生しないようにするために、帰還ループのイ
ンピーダンスZfに周波数特性を持たせることを考
える。V 0 /I s =-R f /1+if2πC 0 R f 1+jf/f 1 /G 0 =-R f /1+jf/f 2・(1+jf/f 1 ) =-R f /1+jf/f 2 +(jf/ f 2 ) (jf/f 1 ) …(9) Here, f 1 and f 2 are positive and f 1 < 4f 2 , so the transfer characteristic given by equation (9) shows the characteristics of a second-order system, f′=
It has a characteristic with a large peak at the frequency of √ 1 2 . For example, if f 1 = 0.7 MHz and f 2 = 10.6 MHz, then f' = 2.7 MHz, and in this case, |V 0 /I s (f = f') | ≒ 3.9R f (10), so the DC gain This results in a gain of about 4 times. This characteristic is shown in FIG. In order to make this a flat frequency characteristic within the necessary video band, a complicated correction circuit is required. Therefore, in the present invention, in order to prevent the above-mentioned peak from occurring in the gain characteristics, it is considered that the impedance Z f of the feedback loop has a frequency characteristic.
すなわちZfとして(4)で与えられる特性
Zf=Rf/1+jf/f3 …(4)
但し f3=1/2πCfRf
を仮定して(6)に代入すると
V0/Is=−Rf(1+jf/f3)/1+jf・2πC01+jf/f
1/G0×Rf/1+if/f3
=−Rf/1+jf/f3+jf/f2(1+jf/f1)
=−Rf/1+jf(1/f3+1/f2)+(jf/f2)(jf
/f1)
=−f1f2・Rf/(jf)2+(jf)(f1f2/f3+f1)+f
1f2…(11)
となる。この式において
K=(f1f2/f3+f1)2−4f1f2≧0 …(12)
のとき分母は因数分解できる。このとき
とおくと、f+をビデオ帯域外に設定することがで
きる。例えばf1=0.7MHzf2=10.6MHzのとき(12)式
を満足するためにはf3が1.56MHz以下に設定すれ
ばよい。さらに例えばf3=1MHzとするとf+=
7.07MHz、f-=1.05MHzとなる。従つてこの場合
には、f+の周波数がビデオ帯域より十分高いた
め、(11)式で与えられる伝達特性に対してf-=
1.05MHz以上の周波数に対して高域補償だけをす
ればよいことになる。 In other words, as Z f , the characteristic given by (4) Z f = R f /1 + jf / f 3 ... (4) However, assuming f 3 = 1/2πC f R f and substituting it into (6), V 0 /I s =−R f (1+jf/f 3 )/1+jf・2πC 0 1+jf/f
1 /G 0 ×R f /1+if/f 3 =−R f /1+jf/f 3 +jf/f 2 (1+jf/f 1 ) =−R f /1+jf (1/f 3 +1/f 2 )+(jf /f 2 ) (jf
/f 1 ) = −f 1 f 2・R f / (jf) 2 + (jf) (f 1 f 2 /f 3 +f 1 ) + f
1 f 2 …(11). In this equation, when K=(f 1 f 2 /f 3 +f 1 ) 2 −4f 1 f 2 ≧0 (12), the denominator can be factorized. At this time By setting f + , you can set it outside the video band. For example, in order to satisfy equation (12) when f 1 =0.7 MHz and f 2 =10.6 MHz, f 3 may be set to 1.56 MHz or less. Furthermore, for example, if f 3 = 1MHz, then f + =
7.07MHz, f - = 1.05MHz. Therefore, in this case, since the frequency of f + is sufficiently higher than the video band, f - =
This means that only high-frequency compensation needs to be performed for frequencies above 1.05MHz.
次に、プリアンプのゲインG0、入力端の容量
C0、帰還抵抗Rfから決定されるカツトオフ周波
数f2について述べる。前述したようにC0=30pF、
G0=1000の時、Rf=500KΩ程度に選ぶと、f2=
10.6MHzとなり、f2をビデオ帯域外に設定するこ
とができる。しかしながら、プリアンプから発生
する雑音電流は次式のように与えられるので、
S/NをよくするためにはRfの値をできるだけ
大きな値にする必要がある。o 2
=4kTf0(1/Rf+4/3π2C0 2f0 2req) …(15)
ここでKはボルツマン定数、Tは絶対温度、f0
は最高周波数、reqはプリアンプの初段のFETの
等価雑音抵抗を示す。 Next, the gain G 0 of the preamplifier and the capacitance at the input end
The cutoff frequency f 2 determined from C 0 and feedback resistance R f will be described. As mentioned above, C 0 = 30pF,
When G 0 = 1000, if R f = about 500KΩ, f 2 =
10.6MHz, and f2 can be set outside the video band. However, since the noise current generated from the preamplifier is given by the following equation,
In order to improve the S/N ratio, it is necessary to make the value of R f as large as possible. o 2 = 4kTf 0 (1/R f + 4/3π 2 C 0 2 f 0 2 r eq ) …(15) Here, K is Boltzmann's constant, T is absolute temperature, f 0
is the highest frequency, and r eq is the equivalent noise resistance of the FET in the first stage of the preamplifier.
しかしRfを大きくすると上述したカツトオフ
周波数f2が低くなり、ビデオ帯域内に入るという
問題がある。これを防ぐにはプリアンプのゲイン
Gを大きくする必要があるが、ゲインを1000倍以
上にすることは回路の発振や、安定性の点から望
ましくない。 However, when R f is increased, the above-mentioned cutoff frequency f 2 becomes lower and falls within the video band. To prevent this, it is necessary to increase the gain G of the preamplifier, but increasing the gain over 1000 times is undesirable from the viewpoint of circuit oscillation and stability.
本発明は、上記カツトオフ周波数f2をもビデオ
帯域内に入るように設定することを特徴としてい
る。すなわち、カツトオフ周波数f1、f2、f3をビ
デオ帯域内に設定し、かつ(12)式で与えられるKを
正になるように選ぶ。このようにすると(11)式で与
えられる伝達関数は1次の遅れ要素2段の形で与
えられる。このカツトオフ周波数をf+、f-とする
と、f+の周波数をビデオ帯域の外に選ぶことが可
能となる。例えばf1=0.7MHz、f2=2MHzの場合
であつても、f3=0.2MHzに設定すると、f+=
7.5MHz、f-=0.186MHzとなる。したがつてプリ
アンプの後段ではf-のカツトオフ周波数に対する
高域の補償だけをおこなえばよいことがわかる。
この場合の伝達特性を第4図に示す。点線はプリ
アンプの後段において補正すべき高域補償回路の
周波数特性を示す。 The present invention is characterized in that the cutoff frequency f2 is also set within the video band. That is, cutoff frequencies f 1 , f 2 , and f 3 are set within the video band, and K given by equation (12) is selected to be positive. In this way, the transfer function given by equation (11) is given in the form of two stages of first-order delay elements. If this cutoff frequency is f + and f - , it becomes possible to select the frequency of f + outside the video band. For example, even if f 1 = 0.7MHz and f 2 = 2MHz, if f 3 = 0.2MHz, f + =
7.5MHz, f - = 0.186MHz. Therefore, it can be seen that in the downstream stage of the preamplifier, it is only necessary to perform high-frequency compensation for the f - cutoff frequency.
The transfer characteristics in this case are shown in FIG. The dotted line indicates the frequency characteristics of the high-frequency compensation circuit to be corrected in the subsequent stage of the preamplifier.
以上のようにf+をビデオ帯域外に設定すること
により、クロツクノイズの影響のない、かつ補正
回路の簡単なプリアンプを設計することができ
る。 By setting f + outside the video band as described above, it is possible to design a preamplifier that is not affected by clock noise and has a simple correction circuit.
第5図に本発明によるプリアンプ9の一実施例
を示す。11は初段増幅用のFET、12はこの
FETの負荷抵抗RLである。FET11の順伝達ア
ドミツタンスをgnとすると、初段の電圧ゲイン
はgnRLと表わされる。13は2段目の増幅器、
14は抵抗(R14)であり、15は容量(C15)で
ある。これらの素子は開ループ特性を決定するた
めのものであり、f1=1/2πC15R14となるように設
定する。16は最終段の増幅器であり、このプリ
アンプの開ループのゲインGは次のように表わさ
れる。 FIG. 5 shows an embodiment of the preamplifier 9 according to the present invention. 11 is FET for first stage amplification, 12 is this
This is the load resistance R L of the FET. If the forward transfer admittance of the FET 11 is g n , then the voltage gain of the first stage is expressed as g n R L . 13 is the second stage amplifier,
14 is a resistance (R 14 ), and 15 is a capacitance (C 15 ). These elements are for determining open loop characteristics and are set so that f 1 =1/2πC 15 R 14 . 16 is a final stage amplifier, and the open loop gain G of this preamplifier is expressed as follows.
G=gnRL・G1・1/1+jf/f1G2
=G01/1+jf/f1 …(16)
ここで、G0=gnRL・G1・G2である。帰還イン
ピーダンスZfは、RfとCfの並列回路で構成する
と、
Zf=Rf/1+jf/f3
と表わされる。ここでf3=1/2πCfRfである。G=g n R L・G1・1/1+jf/f 1 G2 =G 0 1/1+jf/f 1 (16) Here, G 0 =g n R L・G1・G2. Feedback impedance Z f is expressed as Z f =R f /1+jf/f 3 when configured by a parallel circuit of R f and C f . Here, f 3 =1/2πC f R f .
さて、例えばf1=0.7MHz、f2=2MHz、f3=
0.2MHzとするには、各回路素子の定数を次のよ
うに選べばよい。 Now, for example, f 1 = 0.7MHz, f 2 = 2MHz, f 3 =
To set it to 0.2MHz, the constants of each circuit element can be selected as follows.
R14=1KΩ
C15=1/2π・R14・f1=227pF
Rf=2MHz
Cf=1/2πRf・f3=0.4pF
また、例えばプリアンプの入力端の容量が
30pFの場合には、ゲインG0を
G0=2πC0Rf×f2=754
に選べばよい。このように選ぶと、伝達関数は
V0/Is=−Rf/(1+jf/f+)(1+jf/f-)
と表される。ここでf+=7.5MHz、f-=0.186MHz
となるので、プリアンプの後段において
H(jf)=1+jf/f-
という伝達関数をもつ回路により高域補償を行な
えばよい。なおこの特性は第6図のような簡単な
エミツタピーキング回路により実現することがで
きる。 R 14 = 1KΩ C 15 = 1/2π・R 14・f 1 = 227pF R f = 2MHz C f = 1/2πR f・f 3 = 0.4pF Also, for example, if the capacitance at the input end of the preamplifier is
In the case of 30 pF, the gain G 0 may be selected as G 0 =2πC 0 R f ×f 2 =754. With this choice, the transfer function is expressed as V0 / Is = -Rf /(1+jf/f + )(1+jf/ f- ). where f + = 7.5MHz, f - = 0.186MHz
Therefore, high-frequency compensation can be performed by a circuit having a transfer function of H(jf)=1+jf/f - at the subsequent stage of the preamplifier. Note that this characteristic can be realized by a simple emitter peaking circuit as shown in FIG.
本発明によれば、MOS形撮像素子用のプリア
ンプにおいて、クロツクノイズの影響の小さな回
路を簡単に設計することができる。この結果プリ
アンプの電源電圧を極端に大きくとる必要がな
く、かつプリアンプの帰還抵抗による雑音を大幅
に小さくすることができる。
According to the present invention, it is possible to easily design a circuit that is less affected by clock noise in a preamplifier for a MOS image sensor. As a result, it is not necessary to make the power supply voltage of the preamplifier extremely high, and the noise caused by the feedback resistance of the preamplifier can be significantly reduced.
第1図はMOS形撮像素子の1画素からの信号
を読み出すための回路の模式図、第2図はプリア
ンプの構成を示す図、第3図は、プリアンプの開
ループ特性を制限したときに読み出し回路の伝達
関数が示す周波数特性の一例、第4図は本発明の
一実施例回路における周波数特性、第5図は本発
明による一実施例の回路図、第6図はプリアンプ
の後段において使用される補正回路の一実施例を
示す図である。
Figure 1 is a schematic diagram of a circuit for reading out signals from one pixel of a MOS image sensor, Figure 2 is a diagram showing the configuration of a preamplifier, and Figure 3 is a diagram for reading out signals when the open-loop characteristics of the preamplifier are restricted. An example of the frequency characteristics shown by the transfer function of the circuit, FIG. 4 is a frequency characteristic of a circuit according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 2 is a diagram showing an example of a correction circuit according to the present invention.
Claims (1)
受光素子の信号を、パルスにより開閉制御される
MOS型スイツチング素子を介して、プリアンプ
を含む信号処理回路に次々と読み出すようにした
固体撮像装置において、上記プリアンプが出力信
号をインピーダンス素子を介して入力側に帰還す
るループを備え、上記プリアンプの開ループ周波
数特性がビデオ帯域内に第1のカツトオフ周波数
f1を有する低域通過特性であり、さらにプリアン
プの入力端に存在する静電容量C0とプリアンプ
の入力インピーダンスRioにより決定される第2
のカツトオフ周波数f2が上記ビデオ帯域内に存在
し、かつ上記帰還ループのカツトオフ周波数f3も
上記ビデオ帯域内に存在するものであつて、前記
3種のカツトオフ周波数f1、f2、f3の関係を K=(f1f2/f3+f1)2−4f1f20 とすることを特徴とする固体撮像装置。 2 前記3種のカツトオフ周波数f1、f2、f3から
計算される第4のカツトオフ周波数f4 をビデオ帯域以上の周波数とするように上記周波
数f1、f2、f3を設定することを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の固体撮像装置。 3 前記3種のカツトオフ周波数f1、f2、f3から
計算される第5のカツトオフ周波数f5 より高い周波数領域の信号成分をプリアンプ以降
の回路により増強するための補正回路を含むこと
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の固体撮
像装置。[Claims] 1. Opening/closing signals of a plurality of light receiving elements arranged in the horizontal and vertical directions are controlled by pulses.
In a solid-state imaging device that sequentially reads out a signal to a signal processing circuit including a preamplifier via a MOS type switching element, the preamplifier is provided with a loop that feeds back the output signal to the input side via an impedance element, The loop frequency characteristic has a first cutoff frequency within the video band.
It has a low-pass characteristic with f 1 and a second frequency determined by the capacitance C 0 present at the input end of the preamplifier and the input impedance R io of the preamplifier.
The cutoff frequency f 2 of the feedback loop exists within the video band, and the cutoff frequency f 3 of the feedback loop also exists within the video band, and the three cutoff frequencies f 1 , f 2 , f 3 A solid-state imaging device characterized in that the relationship K=(f 1 f 2 /f 3 +f 1 ) 2 −4f 1 f 2 0. 2. Fourth cutoff frequency f 4 calculated from the three cutoff frequencies f 1 , f 2 , f 3 2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the frequencies f 1 , f 2 , and f 3 are set so that the frequencies f 1 , f 2 , and f 3 are higher than the video band. 3. Fifth cutoff frequency f 5 calculated from the three cutoff frequencies f 1 , f 2 , f 3 2. The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a correction circuit for amplifying signal components in a higher frequency region by a circuit after a preamplifier.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59251818A JPS60137177A (en) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | solid-state imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59251818A JPS60137177A (en) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | solid-state imaging device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60137177A JPS60137177A (en) | 1985-07-20 |
| JPS642272B2 true JPS642272B2 (en) | 1989-01-17 |
Family
ID=17228372
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59251818A Granted JPS60137177A (en) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | solid-state imaging device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60137177A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0197075A (en) * | 1987-10-09 | 1989-04-14 | Hitachi Ltd | Preamplifier circuit for solid-state image pickup device |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP59251818A patent/JPS60137177A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60137177A (en) | 1985-07-20 |
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