固体摄像装置以及摄像装置

申请号 CN200710091777.3 申请日 2007-04-11 公开(公告)号 CN101102420A 公开(公告)日 2008-01-09
申请人 松下电器产业株式会社; 发明人 吉田宏; 松长诚之; 室岛孝广;
摘要 本 发明 提供一种有效地抑制了条纹产生的固体摄像装置以及摄像装置。固体摄像装置,包括:进行光电变换的 像素 呈矩阵状配置而成的像素阵列、和放大从各像素输出的图像 信号 的列 放大器 部(7)。列放大器部(7),由在每列上设置的放大器(8)构成,且连接在电源 电压 供给部及接地上。从放大器(8)来看,电源一侧阻抗比接地一侧阻抗大。
权利要求

1.一种固体摄像装置,其特征在于:
包括:
将光转换为图像信号像素呈矩阵状配置而成的像素阵列,
在上述像素阵列上沿列方向延伸、并将从上述像素读出的上述图像信 号以电压信号的形式传输的在每列上设置的垂直信号线,
具有放大经由上述垂直信号线传输的上述图像信号且在每列上设置 的多个放大器、并被供给电源电压及接地电压的列放大器部,和
用以向上述多个放大器供给电源电压的电源线,以及
用以向上述多个放大器供给接地电压的接地线;
在上述多个放大器的各个放大器中,电源一侧的阻抗比接地一侧的阻 抗大。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置,其特征在于:
上述各放大器为,具有源极连接在上述接地线、且栅极电极被输入了 上述图像信号的放大用晶体管,和设置在上述放大用晶体管的漏极和上述 电源线之间、通常在接通状态下驱动的晶体管;从上述放大用晶体管和上 述晶体管之间输出放大了的上述图像信号。
3.根据权利要求2所述的固体摄像装置,其特征在于:
从上述各放大器来看,电源一侧的阻抗/接地一侧的阻抗的值等于上 述各放大器的增益/2。
4.根据权利要求2所述的固体摄像装置,其特征在于:
从上述各放大器来看,起因于电源一侧的电阻的阻抗,比不是起因于 上述电源一侧的电阻的电源一侧的阻抗大,
从上述各放大器来看,起因于接地一侧的电阻的阻抗,比不是起因于 上述接地一侧的电阻的接地一侧的阻抗大,
在上述各放大器中,电源一侧的电阻值比接地一侧的电阻值大。
5.根据权利要求2所述的固体摄像装置,其特征在于:
上述晶体管,是在线性区域驱动的n沟道型晶体管。
6.根据权利要求2所述的固体摄像装置,其特征在于:
上述晶体管,是在饱和区域驱动的p沟道型晶体管。
7.根据权利要求1所述的固体摄像装置,其特征在于:
还包括在上述电源线上相对于上述多个放大器设置的一个第一电阻 体。
8.根据权利要求1所述的固体摄像装置,其特征在于:
还包括在上述接地线上相对于上述多个放大器设置的一个第二电阻 体。
9.根据权利要求1所述的固体摄像装置,其特征在于:
使上述接地线的布线电阻比上述电源线的布线电阻小。
10.根据权利要求9所述的固体摄像装置,其特征在于:
使上述接地线的布线宽度比上述电源线的布线宽度大。
11.根据权利要求9所述的固体摄像装置,其特征在于:
上述电源线,是用电阻值比上述接地线的构成材料大的材料构成的。
12.根据权利要求1~10中任一项所述的固体摄像装置,其特征在于:
上述电源线以及上述接地线是由含有的导电体构成的。
13.一种摄像装置,其特征在于:
包括:
电源电压供给部,
接地电压供给部,
固体摄像装置,该固体摄像装置具有:将入射光转换为图像信号的像 素阵列,在上述像素阵列上沿列方向延伸、并将从上述像素读出的上述图 像信号以电压信号的形式传输的在每列上设置的垂直信号线,具有放大经 由上述垂直信号线传输的上述图像信号且在每列上设置的多个放大器、并 被供给电源电压及接地电压的列放大器部,和用以向上述多个放大器供给 电源电压的电源线,及用以向上述多个放大器供给接地电压的接地线,以 及
第一电阻体,设置在上述电源电压供给部和上述电源线之间的连接路 径上;
在上述多个放大器的各个放大器中,上述电源电压供给部和上述各放 大器之间的阻抗,比上述接地电压供给部和上述各放大器之间的阻抗大。
14.根据权利要求13所述的摄像装置,其特征在于:
从上述各放大器来看,起因于电源一侧的电阻的阻抗,比不是起因于 上述电源一侧的电阻的电源一侧的阻抗大,
从上述各放大器来看,起因于接地一侧的电阻的阻抗,比不是起因于 上述接地一侧的电阻的接地一侧的阻抗大,
在上述各放大器中,电源一侧的电阻值比接地一侧的电阻值大。
15.根据权利要求13所述的摄像装置,其特征在于:
还包括在上述接地电压供给部和上述接地线之间的连接路径上设置 的第二电阻体。
16.根据权利要求14所述的摄像装置,其特征在于:
上述各放大器为,具有源极连接在上述接地线、且栅极电极被输入了 上述图像信号的放大用晶体管,和设置在上述放大用晶体管的漏极和上述 电源线之间、通常在接通状态下驱动的晶体管;从上述放大用晶体管和上 述晶体管之间输出放大了的上述图像信号,
上述各放大器和上述电源电压供给部之间的电阻值,比上述各放大器 和上述接地电压供给部之间的电阻值大。
17.根据权利要求16所述的摄像装置,其特征在于:
将上述各放大器和上述电源电压供给部之间的电阻值假设为A、并将 上述各放大器和上述接地电压供给部之间的电阻值假设为B时,A/B的 值等于上述各放大器的增益/2。
18.根据权利要求16或17所述的摄像装置,其特征在于:
上述晶体管,是在线性区域驱动的n沟道型晶体管。
19.一种摄像装置,其特征在于:
包括:
电源电压供给部,
接地电压供给部,
固体摄像装置,该固体摄像装置具有:将入射光转换为图像信号的像 素阵列,在上述像素阵列上沿列方向延伸、并将从上述像素读出的上述图 像信号以电压信号的形式传输的在每列上设置的垂直信号线,具有放大经 由上述垂直信号线传输的上述图像信号且在每列上设置的多个放大器、并 被供给电源电压及接地电压的列放大器部,和用以向上述多个放大器供给 电源电压的电源线,及用以向上述多个放大器供给接地电压的接地线,以 及
电阻体,设置在上述接地电压供给部和上述接地线之间的连接路径 上;
在上述多个放大器的各个放大器中,上述电源电压供给部和上述各放 大器之间的阻抗,比上述接地电压供给部和上述各放大器之间的阻抗大。
20.根据权利要求19所述的摄像装置,其特征在于:
上述各放大器为,具有源极连接在上述接地线、且栅极电极被输入了 上述图像信号的放大用晶体管,和设置在上述放大用晶体管的漏极和上述 电源线之间、通常在接通状态下驱动的晶体管;从上述放大用晶体管和上 述晶体管之间输出放大了的上述图像信号,
上述各放大器和上述电源电压供给部之间的阻抗,比上述各放大器和 上述接地电压供给部之间的阻抗大。

说明书全文

技术领域

发明,涉及一种固体摄像装置和、包括固体摄像装置的摄像装置。

背景技术

近年来,作为取代CCD(Charge Coupled Device)型图像传感器的图像 传感器,MOS型图像传感器受到关注。这是因为能够使用与CPU(中央处 理器)或存储器相同的CMOS工艺进行制作,所以在可利用现有设备实现 稳定供给的方面、在与CCD型图像传感器相比能够以简单的结构构成驱 动电路信号处理电路的方面、在能够降低耗电量的方面等,MOS型图像 传感器具有很多的优点。
一般的MOS型图像传感器,包括像素阵列和列放大器部,且该像素 阵列具有呈矩阵状配置的多个像素,和在每列上设置的、传输在像素中进 行了光电变换的电压信号的垂直信号线101(参照图7(a)),该列放大器部具 有设置在每条垂直信号线101上、放大利用垂直信号线101传输的电压信 号的放大器。在列放大器部放大了的电压信号,通过由平扫描电路控制 的水平信号线的内部,并利用多路转换器等传输给输出电路。
还有,图7(a)、图7(b)是表示在以往的固体摄像装置中列放大器部的 结构示例的电路图。图7(a)表示连接到一条垂直信号线101上的一个放大 器,图7(b)表示多个放大器。
在以往的列放大器部设置有多个放大器,且该放大器具有:源极接地、 且栅极电极被输入了电压信号Vin的放大用晶体管M1,和一端连接在电 源电压供给部VDDA、另一端连接在放大用晶体管M1的漏极的电流源M2。 电流源M2,是由例如在饱和区域驱动的p沟道型MOS晶体管构成的。在 此,图7(a)、图7(b)所示的ra表示在电源电压供给部VDDA和电流源M2 之间产生的寄生电阻,rg表示在接地(图中的AGND)和放大用晶体管M1 之间产生的寄生电阻。
在这种结构的列放大器部中,经由垂直信号线101输入的电压信号Vin 在放大用晶体管M1中放大,放大了的电压信号Vout从放大用晶体管M1 的漏极一侧被取出。在以往的列放大器部,因为在每列上设置有放大器, 所以通过使用结构简单的源极接地放大器从而使电路面积的增大得到控 制。
此外,电压信号Vin的电压(在此,是与放大用晶体管的阈值电压Vt 相等的电压),是以电源电位和接地电位为基准生成的电压。由此,在读出 信号电平Vps(也就是Vout的电压)时,信号电压Vin一旦过大,则流过电 流源M2的电流的值Ids变化,电源电位和接地电位也变化,从而导致阈 值电压Vt也变化。其结果是,放大器的输出Vout的电位也变化,在输入 高亮度信号时和输入暗信号时观察到黑电平发生了变化。
再者,在行方向上仅设置的与列的数量相同的放大器,因为共有电源 以及接地的阻抗,所以从电源电压供给部流入任意一个放大器的电流的值 Ids一旦变化,则所有的放大器全都受到它的影响。例如,高亮度的光一旦 射入到像素阵列的一部分时,则流入对来自光射入部分的像素的电压信号 进行读出的放大器的电流产生变化。于是,所有的放大器受到电流变化影 响的结果是,在输出图像中,位于高亮度部分的左右的黑电平相对于其上 下部分的黑电平产生变化。也就是,在高亮度部分的左右产生白带或者黑 带。该现象,一般被称为条纹(streaking)。
对此,在日本专利公开2005-252529号公报中,记载了下记技术,即: 在每列上设置的放大器的输出部安装限幅器,将放大器的输出电压Vout 限制在可使流入放大器的电流Ids保持一定的范围内。
(专利文献1)日本专利公开2005-252529号公报
(发明所要解决的课题)
然而,即使在日本专利公开2005-252529号公报中所记载的以往的固 体摄像装置中,使流入放大器的电流Ids完全保持一定也是困难的。

发明内容

本发明,是鉴于这些问题所研制开发的,其目的在于:提供一种有效 地抑制条纹产生的固体摄像装置以及摄像装置。
(解决课题的方法)
本发明的固体摄像装置为,包括:将光转换为图像信号的像素呈矩阵 状配置而成的像素阵列,在上述像素阵列上沿列方向延伸、并将从上述像 素读出的上述图像信号以电压信号的形式传输的在每列上设置的垂直信号 线,具有放大经由上述垂直信号线传输的上述图像信号且在每列上设置的 多个放大器、并被供给电源电压及接地电压的列放大器部,和用以向上述 多个放大器供给电源电压的电源线,及用以向上述多个放大器供给接地电 压的接地线;在上述多个放大器的各个放大器中,电源一侧的阻抗比接地 一侧的阻抗大。
根据该构成,因为从各放大器来看电源一侧的阻抗比接地一侧的阻抗 大,所以即使在输入到放大器的图像信号的电压变动、流入该放大器的电 流变动的情况下,通过增大电源一侧的IR压降(drop)量,从而能够抑制所 输出的图像信号(Vout)的电位变动。因此,即使在高亮度的图像信号输入 到放大器时,也能够防止与该放大器共有电源线以及接地线的放大器的输 出受到高亮度的图像信号的影响。
特别是,在使用单端放大器时,从各放大器来看,理想的是电源一侧 的阻抗比接地一侧的阻抗大,且从各放大器来看,如果(电源一侧的阻抗) /(接地一侧的阻抗)的值等于(各放大器的增益)/2则是更为理想的。并且, 因为实际上寄生电阻在每个像素上存在若干偏差,也产生起因于制作工序 的误差等的种种问题,所以(电源一侧的电阻值)/(接地一侧的电阻值)的值 在包含这些误差的情况下大约等于(各放大器的增益)/2即可。再者,与电 源一侧电阻及接地一侧电阻相比,通过同时降低放大器的电源一侧以及接 地一侧的电抗成份,从而能够容易地调整放大器的输出电压,所以是理想 的。
还有,利用在放大用晶体管的电源一侧和接地一侧改变布线材料或布 线宽度等的方法,可以使电源一侧的电阻值大于接地一侧的电阻值。还有, 可以在放大器的电源一侧或者接地一侧另外设置电阻体(resistive element) 来调节电阻值的比。
还有,本发明的第一摄像装置为,包括:电源电压供给部、接地电压 供给部、固体摄像装置以及在上述电源电压供给部和上述电源线之间的连 接路径上设置的第一电阻体,且上述固体摄像装置具有:将入射光转换为 图像信号的像素阵列,在上述像素阵列上沿列方向延伸、并将从上述像素 读出的上述图像信号以电压信号的形式传输的在每列上设置的垂直信号 线,具有放大经由上述垂直信号线传输的上述图像信号且在每列上设置的 多个放大器、并被供给电源电压及接地电压的列放大器部,和用以向上述 多个放大器供给电源电压的电源线,及用以向上述多个放大器供给接地电 压的接地线;在上述多个放大器的各个放大器中,上述电源电压供给部和 上述各放大器之间的阻抗,比上述接地电压供给部和上述各放大器之间的 阻抗大。
根据该构成,因为电源电压供给部和各放大器之间的阻抗,比接地电 压供给部和各放大器之间的阻抗大,所以即使在高亮度的图像信号输入到 放大器的情况下,也能够降低由放大器放大了的图像信号的电位变动。由 此,能够抑制所谓的条纹产生。
特别是,通过将第一电阻体设置在固体摄像装置的外部,从而与第一 电阻体设置在固体摄像装置内的情况相比,对电阻值的调节能够变得更加 容易。
还有,还可以包括在上述接地电压供给部和上述接地线之间的连接路 径上设置的第二电阻体。
本发明的第二摄像装置为,包括:电源电压供给部、接地电压供给部、 固体摄像装置以及在上述接地电压供给部和上述接地线之间的连接路径上 设置的电阻体,且上述固体摄像装置具有:将入射光转换为图像信号的像 素阵列,在上述像素阵列上沿列方向延伸、并将从上述像素读出的上述图 像信号以电压信号的形式传输的在每列上设置的垂直信号线,具有放大经 由上述垂直信号线传输的上述图像信号且在每列上设置的多个放大器、并 被供给电源电压及接地电压的列放大器部,和用以向上述多个放大器供给 电源电压的电源线,及用以向上述多个放大器供给接地电压的接地线;在 上述多个放大器的各个放大器中,上述电源电压供给部和上述各放大器之 间的阻抗,比上述接地电压供给部和上述各放大器之间的阻抗大。
根据该构成,如上所述,在输出图像中抑制条纹的产生成为可能。特 别是因为从放大器来看设置在接地一侧的电阻所产生的影响比设置在电源 一侧的电阻大,所以根据上述构成,能够更加有效地调节放大器的电源一 侧的电阻值和接地一侧的电阻值之比。
(发明的效果)
根据本发明的固体摄像装置,在用以放大从像素读出的图像信号的放 大器中,因为使电源一侧的电阻值大于接地一侧的电阻值,所以即使在向 一个放大器输入高亮度的图像信号时,与其同列的放大器的输出电位也难 以变动。
附图说明
图1是表示包括本发明的第一实施例所涉及的固体摄像装置的摄像装 置的方图。
图2是表示第一实施例所涉及的固体摄像装置的像素阵列及其周围电 路的电路图。
图3(a)、图3(b)是表示第一实施例所涉及的固体摄像装置的列放大器 部的结构的电路图,图3(c)是表示在MOS晶体管中的阈值Vt和源·漏极 间电压Vps之间关系的图。还有,图3(d)是表示在第一实施例的变形例所 涉及的固体摄像装置中,列放大器部7的电路结构的图。
图4(a)、图4(b)是表示第一实施例所涉及的固体摄像装置的列放大器 部的结构的电路图。
图5(a)、图5(b)是表示本发明的第二实施例所涉及的固体摄像装置的 放大器部的结构的电路图。
图6(a)、图6(b)是表示本发明的第三实施例所涉及的固体摄像装置的 放大器部的结构的电路图。
图7(a)、图7(b)是表示在以往的固体摄像装置中的列放大器部的结构 示例的电路图。
(符号说明)
1            像素
3            垂直信号线
4            固体摄像装置
5        像素阵列
6        时标发生器(timing generator)
7        列放大器部
8        放大器
9        输出电路
11       列读出部(column readout section)
13       水平扫描电路
14       行选择线
18       信号处理电路
20       垂直扫描电路
21       电源垫(power supply pad)
23       接地垫(ground pad)
25       电阻
27       放大用晶体管
29       电流源
30       第一电阻体
32       第二电阻体
r        寄生电阻

具体实施方式

为了解决上述课题,本申请的发明者们反复进行各种实验和探讨,对 原因进行调查的结果是,已弄清由于连接在放大器的电源一侧或者接地一 侧的布线等引起的寄生电阻给放大器的输出电位带来的影响在预测之上。 因此,本申请的发明者们,考虑到有必要适当地调节放大器-电源电压供 给部之间的电阻值和放大器-接地电压供给部之间的电阻值,从而想到了 下面所阐述的发明。
下面,使用附图对本发明的实施例加以详细的说明。
(第一实施例)
-固体摄像装置的构成-
图1是表示包括本发明的第一实施例所涉及的固体摄像装置的摄像装 置的方块图,图2是表示第一实施例所涉及的固体摄像装置的像素阵列及 其周围电路的电路图。
如图1所示,本实施例的摄像装置包括:收集来自外部的入射光的透 镜(光学部件)2,具有将入射光转换为图像信号的受光部(像素阵列)的固体 摄像装置4,向固体摄像装置4提供用以控制驱动时机的信号的时标发生 器(TG)6,和在处理从固体摄像装置4输出的图像信号的同时、根据图像信 号向时标发生器6输出用以使驱动时机发生变化的信号的信号处理电路(D SP=Digital Signal Processor)18,以及接收从信号处理电路18输出的已处理 完的图像信号、并向外部机器(Back-End单元:以下简称为B/E单元)12输 出该图像信号的接口部(I/F)10。在此,所谓时标发生器6输出的“用以控 制驱动时机的信号”,包括例如时钟信号、垂直同期信号、水平同期信号 等。再者,固体摄像装置4、时标发生器6以及信号处理电路18可以分别 作为不同的半导体芯片搭载在摄像装置上,也可以相互设置在同一个半导 体芯片上。
还有,如图2所示,本实施例的固体摄像装置包括:由呈矩阵状配置 的多个像素1构成的像素阵列5,配置在像素1的每行上且在像素阵列5 上沿行方向延伸的行选择线14,驱动行选择线14的垂直扫描电路20,配 置在像素1的每列上且在像素阵列5上沿列方向延伸、并传输在像素1产 生的图像信号的垂直信号线3,具有放大由垂直信号线3传输的图像信号 的列放大器部7、并将放大了的该图像信号向外部输出的列读出部11,和 使保持在列读出部11上的一行图像信号顺次读出的水平扫描电路13,以 及用以向外部电路(例如DSP18)输出保持在列读出部11上的图像信号的输 出电路9。本实施例的固体摄像装置,是通过MOS晶体管传输在像素(光 电二极管)1中生成的图像信号的所谓MOS传感器。
下面,关于本实施例的固体摄像装置的特征部分即列放大器部7的结 构进行说明。
图3(a)、图3(b)是表示本实施例的固体摄像装置的列放大器部的结构 的电路图。如图3(a)、图3(b)所示,本实施例的固体摄像装置中的列放大 器部7具有:放大并输出由垂直信号线3传送的电压信号(图像信号)的放 大器8-1、8-2、...、8-n-1、8-n;分别连接到放大器8-1、8-2、...、8-n-1、8-n 的各个放大器上、用以向各放大器8供给电源电压的电源垫21,和用以向 各放大器8供给接地电压的接地垫23;以及例如设置在电源垫21和各放 大器8之间、分别连接到各放大器8上的第一电阻体30,和设置在接地垫 23和各放大器8之间、分别连接到各放大器8上的第二电阻体32。在此, 不特别对放大器8-1、8-2、...、8-n-1、8-n中的各个放大器进行区分时,将 各放大器统称为“放大器8”。再者,电源垫21连接在固体摄像装置的外 部的电源电压供给部AVDD上,接地垫23连接在固体摄像装置的外部的 接地电位供给部AGND上。还有,第一电阻体30以及第二电阻体32有别 于布线,是另外设置的电阻体。
再有,各放大器8,如图3(b)所示,具有例如由n沟道型晶体管构成 的电阻25、和放大由各垂直信号线传送的图像信号Vin并作为输出Vout 输出的放大用晶体管27。也就是,电阻25设置在放大用晶体管27和第一 电阻体30之间。在此,不特别对图3(b)所示的电阻25-1、25-2、...、25-n-1、 25-n中的各个电阻进行区分时,如上所述将各电阻统称为“电阻25”。还 有,不特别对放大用晶体管27-1、27-2、...、27-n-1、27-n中的各个放大用 晶体管进行区分时,如上所述将各放大用晶体管统称为“放大用晶体管2 7”。
图3(c),是表示在MOS晶体管中的阈值Vt和源·漏极间电压Vps之 间关系的图。在本实施例的放大器8中,电阻25是在固体摄像装置的动作 期间一直在如图3(c)所示的线性区域动作的n沟道型晶体管。
放大用晶体管27,通过第二电阻体32接地,构成所谓的单端放大器。 因此,与具有复杂结构的放大器相比,即使在每列上配置该放大器也能够 抑制面积的增加。
本实施例的固体摄像装置的特征,在于放大器8的电源一侧的阻抗比 接地一侧的阻抗大。还有,如果放大器8的电源一侧阻抗与接地一侧阻抗 之比((电源一侧阻抗)/(接地一侧阻抗))实质上等于(放大器8的增益)/2, 则是特别理想的。在此,在放大器8的电源以及接地侧布线中与布线电阻 一起必然产生LC(电抗)成份。所以,从放大器8来看,成为(电源一侧阻 抗)=(电源一侧电阻)+(起因于电阻以外的电源一侧的电抗Xv),且成为(接 地一侧阻抗)=(接地一侧电阻)+(起因于电阻以外的接地一侧的电抗Xg)。
再者,在本实施例的放大器8中,为了容易地对输出Vout的电位进行 调整,通过在放大器8的电源一侧以及接地一侧增大布线宽度、或者同时 缩短第一电阻体30和放大器8之间的距离以及第二电阻体32和放大器8 之间的距离等,从而将电源一侧的电抗Xv以及接地一侧的电抗Xg减小到 能够忽略不计的程度。在此,所谓电源一侧电阻值,是在放大器8和电源 电压供给部(AVDD)之间产生的电阻值的总和,具体来说,指的是用(放大 器8和电源电压供给部之间的寄生电阻的总和)+(第一电阻体30的电阻值 Rv)求得的值。还有,所谓接地一侧电阻值,是在放大器8和接地(AGND) 之间产生的电阻值的总和,具体来说,指的是用(放大器8和接地之间的寄 生电阻的总和)+(第二电阻体32的电阻值Rg)求得的值。还有,在寄生电阻 中分别包含电源线、接地线的布线电阻等。在此,作为布线材料最好使用 (Al),也可以使用包含铝的导电体或多晶、或者包含(Cu)的导电体 等。
在本实施例的固体摄像装置中,如果能够将放大器8-1、8-2、...、8-n-1、 8-n各自的电源一侧的寄生电阻设计为大致相同,且接地一侧的寄生电阻也 同样分别设计为大致相同的话,则通过适当地设定第一电阻体30以及第二 电阻体32的电阻值,在任意的列中都能够使放大器8的电源一侧电阻值比 接地一侧电阻值大,并且能够将这两者之比调整为最适当的比率。
根据以上的结构,因为使放大器8的电源一侧的阻抗大于接地一侧的 阻抗,所以在图像信号Vin的电位变动时对Vout的影响减小。再者,通过 增大放大器8的电源一侧的电阻值,从而在从列放大器部7向接地方向流 动的放大器电流Icol变动时,因为与以往的固体摄像装置相比能够增大在 电源一侧的IR压降量,所以能够抵消在图像信号Vin的电位变动时对Vout 的影响。特别是,在放大器8的电源一侧电阻值与接地一侧电阻值之比和 放大器8的增益/2实质上相等时,能够更加有效地抑制图像信号Vin的 电位给Vout带来的影响。
还有,根据上述结构,因为即使在高亮度的图像信号Vin输入到放大 器8时也能够抑制Vout的电位变动,所以与输入了高亮度图像信号Vin的 放大器8共用电源线以及接地线的其他放大器8没有受到高亮度的图像信 号Vin的影响。因此,在输出图像中,能够抑制所谓的条纹产生。
另外,在图7(a)、图7(b)所示的以往的固体摄像装置中,在放大用晶 体管的漏极上连接有在饱和区域驱动、作为电流源发挥作用的p沟道型晶 体管M2,与此相对在本实施例的固体摄像装置中,连接有在线性区域驱 动、作为电阻25发挥作用的n沟道型晶体管。当然,在饱和区域驱动晶体 管能够减小与源极-漏极间电压Vsd的变化相对的漏极电流Id的变化,但 在本实施例的固体摄像装置中,通过使电源一侧电阻值大于接地一侧电阻 值,从而即使将晶体管作为电阻使用时,也能够很好地抑制由于Vout的亮 度产生的影响。因此,在本实施例的固体摄像装置中,因为没有必要限制 连接在放大用晶体管上的晶体管的动作区域,所以与以往的固体摄像装置 相比能够提高设计上的自由度。再者,在本实施例的固体摄像装置中,连 接在放大用晶体管27上的晶体管在固体摄像装置的动作中通常处于接通 状态。
还有,如图3(a)所示,第一电阻体30以及第二电阻体32可以与像素 阵列以及列放大器部7形成在同一个半导体芯片上,而第一电阻体30及第 二电阻体32的其中之一或者这两个电阻体也可以设置在搭载有列放大器 部7的半导体芯片的外部(且在摄像装置的内部)。第一电阻体30以及第二 电阻体32与列放大器部7形成在同一个芯片上时,在各放大器8和电源垫 21之间产生的电阻值的总和能够看作电源一侧电阻值,在放大器8和接地 垫23之间产生的电阻值的总和能够看作接地一侧电阻值。第一电阻体30 以及第二电阻体32与列放大器部7形成在同一个芯片上时,能够减小安装 有固体摄像装置的摄像装置的尺寸。另一方面,将第一电阻体30以及第二 电阻体32设置在固体摄像装置的外部时,与设置在固体摄像装置内相比, 能够容易地对这两电阻体的电阻值进行控制。
再者,在本实施例的固体摄像装置中,从放大器8来看,通过调整第 一电阻体30和第二电阻体32的电阻值,从而能将电源一侧电阻值和接地 一侧电阻值的比设定为适当的比值,而通过改变布线宽度或布线材料,从 而也能够将电源一侧电阻值和接地一侧电阻值的比设定为所希望的比值。 例如,通过使接地一侧的布线宽度大于电源一侧的布线宽度,从而能够使 电源一侧的寄生电阻小于接地一侧的寄生电阻,并能够调整电阻值。还有, 在没设置第一电阻体30以及第二电阻体32等的电阻体的情况下,通过与 电源一侧相比在放大器8的接地一侧增大布线长度、或用比接地一侧的布 线的电阻小的材料构成电源一侧的布线、或者使电源一侧的布线宽度大于 接地一侧的布线宽度等,从而可以使电源一侧的寄生电阻大于接地一侧的 寄生电阻。
还有,在本实施例中,对使用单端放大器作为构成列放大器部7的放 大器的示例进行了说明,而也可以使用差动放大器。此时,列放大器部7 的面积比使用单端放大器时增大,但也能够使其难于受到被输入了输出Vo ut的图像信号变化的影响。
还有,在上面关于具有列放大器部7的固体摄像装置进行了说明,而 在列放大器部7的输出一侧,也可以设置在每条垂直信号线上设置的列AD 转换器。该列AD转换器,具有连接在电源电压供给部以及接地上的比较 仪,且理想的是比较仪的电源一侧阻抗比接地一侧阻抗大,如果(电源一侧 阻抗)/(接地一侧阻抗)的值大约等于(比较仪的增益)/2的话更为理想。这 样一来,通过在固体摄像装置中加入列AD转换器,从而因为能够使得列 AD转换器内的插销(latch)和计算器间的布线长度在每列上保持一定且缩 短,所以不需要AD转换时的等待时间,并能够提高图像信号的处理速度。
-电源一侧的阻抗和接地一侧的阻抗之间的关系-
下面,对从放大器8来看最好使电源一侧的阻抗和接地一侧的阻抗之 比、或者电源一侧电阻值和接地一侧电阻值之比与放大用晶体管的增益的 1/2一致的理由进行说明。
图4(a)、图4(b)是表示本实施例的固体摄像装置的列放大器部7的结 构的电路图。图4(a)是对于一个放大器8(符号参照图3(b))进行观察时的电 路图,图4(b)是对于多个放大器8进行观察时的电路图。
在图4(a)、图4(b)所示的放大器8中,当电阻25在线性区域、放大用 晶体管27在饱和区域动作的情况下,将流入具有高亮度图像输出的放大器 的电阻25的电流设定为Ib、将流入放大用晶体管27的电流设定为Ia时, 则Ia=Ib。此时,
(β/2)(Vin-Vc-Vth)2=(Va-Vout)/Rchp
由于β×(Vin-Vc-Vth)=gm,则gm×(Vin-Vc-Vth)/2=(Va-Vout)/Rch p。不过,β=μ·Cox·W/L(μ是载流子移动性、Cox是每单位面积的栅极容 量、W是晶体管的栅极宽度、L是晶体管的栅极长度)。还有,Vin是输入 到放大用晶体管27的栅极电极的图像信号的电压、Vc是放大用晶体管27 的源极电压、Vth是放大用晶体管27的阈值电压、Va是电阻25的漏极电 压、Vout是放大器的输出电压、Rchp是电阻25的电阻值。
下面,从列放大器的复位电平(reset level)为Vin=Vout,得出:
gm×Rchp×(Vout-Vc-Vth)=2×(Va-Vout)
Vout={2Va+gm×Rchp×(Vc+Vth)}/(gm×Rchp+2)...(1)
在此,把Va=Vdd-Icol×Za、Vc=Icol×Zg代入到上述算式(1)中,则:
Vout={2(Vdd-Icol×Za)+gm×Rchp×(Icol×Zg+Vth)}/(gm×Rchp+2)= {2Vdd+gm×Rchp×Vth+Icol×(-2Za+gm×Rchp×Zg)}/(gm×Rchp+2)...(2)
在此,Za是从放大器来看电源一侧的阻抗,Zg是从放大器来看接地 一侧的电阻值以及接地一侧的阻抗。在上述算式(2)中,为了满足不产生条 纹的条件、也就是不出现由于从放大器沿接地方向流动的电流Icol而导致 的Vout变化的条件,则
-2×Za+gm×Rchp×Zg=0
(Za/Zg)=gm×Rchp/2
由于Acol=gm×(Rchp+Za)、且Rchp>>Za的这一关系,设定Acolg m×Rchp,则成为(Za/Zg)Acol/2。在此,Acol指的是放大器的增益。 再者,可以看出在本实施例的放大器中,如果设计为电源一侧的电抗成份、 以及接地一侧的电抗成份与电源一侧及接地一侧的电阻值相比非常小的 话,则成为(电源一侧的电阻值/接地一侧的电阻值)Acol/2。
-第一实施例的变形例-
图3(d)是表示在本发明的第一实施例的变形例所涉及的固体摄像装置 中,列放大器部7的电路结构的附图。下面,仅关于本变形例不同于第一 实施例的固体摄像装置的地方进行说明。
如图3(d)所示,在本变形例所涉及的固体摄像装置里,列放大器部7 中,在放大用晶体管27-1、27-2、...、27-n的各个漏极上,连接有由p沟 道型晶体管构成的电流源29-1、29-2、...、29-n来取代电阻。并且,从放 大器来看,电源一侧阻抗变得大于接地一侧阻抗。还有,在放大器的电源 一侧以及接地一侧,均设计为使电抗成份尽可能地减少。并且,电源一侧 电阻值比接地一侧电阻值大。在此,所谓电源一侧电阻值,是放大器与电 源电压供给部之间的寄生电阻、和第一电阻体30的电阻值的总和。所谓接 地一侧电阻值,是放大器与接地之间的寄生电阻、和第二电阻体32的电阻 值的总和。
在本变形例中,因为使p沟道型晶体管在饱和区域驱动,所以即使源 极-漏极间电压变动的情况下,漏极电流的变动也比较小。再者,通过使电 源一侧电阻值大于接地一侧电阻值,从而即使流入放大器的电流Icol变化, Vout的变动也很小。
再者,可以在各放大器的输出一侧各设置一个日本专利公开2005-252 529号公报中记载的限幅器LM。限幅器LM,是将放大器的输出Vout限 制在可使流经电流源29的电流保持一定的范围内。这样一来,在本变形例 的固体摄像装置中,与以往的固体摄像装置相比能够显著地降低伴随着图 像信号Vin的变化而产生的Vout的变动。由此,在向放大器输入高亮度像 素输出时,也可使有效地抑制横条的产生或黑电平的变化成为可能。
(第二实施例)
图5(a)、图5(b)是表示本发明的第二实施例所涉及的固体摄像装置的 放大器部的结构的电路图。本实施例的固体摄像装置,除了列放大器部7 和电源电压供给部之间、以及列放大器部7和接地之间的结构以外均与第 一实施例所涉及的固体摄像装置相同,所以下面仅关于其特征部分进行说 明。
如图5(a)、图5(b)所示,本实施例的固体摄像装置的列放大器部7的 特征在于:在放大器8的电源一侧、也就是放大器8和电源电压供给部AV DD或电源垫21之间没有设置第一电阻体。放大器8和电源电压供给部A VDD或电源垫21之间,是用与固体摄像装置的其他部分的布线相同的普 通布线连接的。该布线,是由例如铝构成的。
另一方面,在放大器8和接地之间,为了在降低接地一侧的寄生电阻 的同时、减少电抗成份,设置有下记所述的布线,即:使布线宽度大于电 源一侧、或将布线的材质变更为电阻比电源一侧的布线低的材质、或者使 布线长度小于电源一侧等。还有,在放大器8和接地或者接地垫23之间, 相对于多个放大用晶体管27设置有一个第二电阻体32。
并且,与第一实施例的固体摄像装置相同,从放大器8来看,电源一 侧阻抗变得比接地一侧阻抗大。更好的是,(电源一侧阻抗)/(接地一侧阻 抗)的值大约等于放大器8的增益  1/2。还有,从放大器8来看,电源一 侧电阻值变得比接地一侧电阻值大。更好的是,(电源一侧电阻值)/(接地 一侧电阻值)的值大约等于放大器8的增益的1/2。
根据以上结构,即使在图像信号Vin为高亮度信号时,也能够减小Vout 的变动。还有,即使高亮度光射入到一部分的像素中时,也能够使与输入 了高亮度的图像信号Vin的放大器8共用电源线以及接地线的其他放大器, 难于受到高亮度的图像信号Vin的影响。因此,在输出图像中,能够有效 地抑制条纹的产生。还有,因为在放大器8的电源一侧以及接地一侧降低 布线等的电抗成份,所以能够容易地对输出Vout的电位进行调整。
如上所述,在列放大器部7中,改变接地一侧的电阻值时,与改变电 源一侧的电阻值相比,改变接地一侧的电阻值能够有效地使Vout的电位变 化趋向稳定化。
再者,在本实施例的固体摄像装置中第二电阻体32,是为了将电源一 侧电阻值和接地一侧电阻值之比调节为所希望的比值而设定的电阻体,所 以在只有寄生电阻的情况下就可将电源一侧电阻值和接地一侧电阻值之比 调节为所希望的比值时也可以不加以设置。
再者,在本实施例的固体摄像装置中,第二电阻体32可以设置在固体 摄像装置内,也可以设置在固体摄像装置的外部。
(第三实施例)
图6(a)、图6(b)是表示本发明的第三实施例所涉及的固体摄像装置的 放大器部的结构的电路图。本实施例的固体摄像装置,除了列放大器部7 和电源电压供给部之间、以及列放大器部7和接地之间的结构以外与第一 实施例所涉及的固体摄像装置相同,所以下面仅关于其特征部分进行说明。
如图6(a)、图6(b)所示,本实施例的固体摄像装置的列放大器部7的 特征在于:在放大器8的接地一侧、也就是放大器8和接地或接地垫23 之间没有设置第二电阻体。并且,放大器8和接地或接地垫23之间,是用 与固体摄像装置的其他部分的布线相同的普通布线连接的。该布线,是由 例如铝构成的。
另一方面,在放大器8和电源电压供给部或者电源垫21之间,为了增 大电源一侧的寄生电阻,设置有下记所述的布线,即:使布线宽度小于接 地一侧、或将布线的材质变更为电阻比接地一侧的布线高的材质(例如多晶 硅)、或者使布线长度大于接地一侧等。还有,在电阻25和电源电压供给 部或者电源垫21之间,相对于多个放大用晶体管27设置有一个第一电阻 体30。
并且,与第一实施例的固体摄像装置相同,从放大器8来看,电源一 侧阻抗变得比接地一侧阻抗大。更好的是,(电源一侧阻抗)/(接地一侧阻 抗)的值大约等于放大器8的增益的1/2。再者,电抗成份设计为:与电阻 相比在放大器8的电源一侧、接地一侧都变得非常小。还有,从放大器8 来看,电源一侧电阻值变得比接地一侧电阻值大。更好的是,(电源一侧电 阻值)/(接地一侧电阻值)的值大约等于放大器8的增益的1/2。
根据以上结构,即使在图像信号Vin为高亮度信号时,也能够减小Vout 的变动。还有,即使高亮度光射入到一部分的像素中时,也能够使与输入 了高亮度的图像信号Vin的放大器8共用电源线以及接地线的其他放大器, 难于受到高亮度的图像信号Vin的影响。因此,在输出图像中,能够有效 地抑制条纹的产生。还有,因为电抗成份降低,所以可容易地对放大器8 的输出Vout的电位进行调整。
特别是,在本实施例的固体摄像装置中,因为理想的是第一电阻体30 的电阻值和寄生电阻之间的合计值比接地一侧的寄生电阻大,所以与其他 部分相比在不改变电源一侧的布线宽度等的情况下,通过仅对第一电阻体 30的电阻值进行调整,能够使Vout的电位趋向稳定化。还有,因为电源 一侧电阻值的变动对Vout的影响比接地一侧电阻值的变动对Vout的影响 小,所以与第二实施例相比即使在第一电阻体30或寄生电阻r1的电阻值 中存在少许误差也是允许的。
再者,在本实施例的固体摄像装置中仅对电源一侧的寄生电阻进行调 整就能够将电源一侧阻抗和接地一侧阻抗之比、以及电源一侧电阻值和接 地一侧电阻值之比设定为所希望的比值时,也可以不设置第一电阻体30。
还有,在本实施例的固体摄像装置中,第二电阻体32可以设置在固体 摄像装置内,也可以设置在固体摄像装置的外部。不过,理想的是第二电 阻体32配置在尽可能距放大器8近的位置上。
(产业上的利用可能性)
本发明的固体摄像装置,被用于数码照相机或摄像机等各种摄像装置。
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