JP2010034813A - Cds circuit of solid-state imaging element - Google Patents
Cds circuit of solid-state imaging element Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010034813A JP2010034813A JP2008194328A JP2008194328A JP2010034813A JP 2010034813 A JP2010034813 A JP 2010034813A JP 2008194328 A JP2008194328 A JP 2008194328A JP 2008194328 A JP2008194328 A JP 2008194328A JP 2010034813 A JP2010034813 A JP 2010034813A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- holding
- pixel
- signal
- switch
- capacitor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 4
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 abstract description 91
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
Description
本発明は固体撮像素子のCDS回路に係り、特にCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)型撮像素子(以下、CMOSセンサ)等の固体撮像素子で用いられる、水平信号線への読み出し時に発生するオフセット等を改善する固体撮像素子のCDS回路に関する。 The present invention relates to a CDS circuit of a solid-state image sensor, and in particular, an offset generated at the time of reading to a horizontal signal line used in a solid-state image sensor such as a CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) type image sensor (hereinafter referred to as a CMOS sensor). The present invention relates to a CDS circuit for a solid-state imaging device.
従来CMOSセンサの画素出力は画素別に分離して出力され、垂直方向に信号を取り出し、水平ライン単位で一度にCDS回路(相関二重サンプリング回路)による処理を行う事が多い。このCDS回路は垂直信号別(カラム毎)に用意され、CDS回路の動作を高速に行わずともよいようにしている。 Conventionally, the pixel output of a CMOS sensor is output separately for each pixel, and a signal is often taken out in the vertical direction and processed by a CDS circuit (correlated double sampling circuit) at a time in units of horizontal lines. This CDS circuit is prepared for each vertical signal (each column) so that the operation of the CDS circuit need not be performed at high speed.
図11は上記のCMOSセンサの一例の構成図を示す。同図において、画素1は二次元マトリクス状に複数個配置されており、その中の任意の画素を垂直選択回路2と水平選択回路3とを用いて選択する。その選択された画素から水平ライン毎にCDS回路4に信号が出力されて、カラム毎にあるCDS回路4で水平ライン同時に相関二重サンプリング動作が行われる。CDS回路4でCDS処理された信号は、最終的にアンプ(AMP)5を通して画素毎に出力される。
FIG. 11 shows a configuration diagram of an example of the CMOS sensor. In the figure, a plurality of
図12は画素1の一例の等価回路図を示す。同図に示すように、1つの画素はフォトダイオードPD1と3個のMOSトランジスタTr11、Tr12、Tr13とから構成されている。この画素からの読み出しはMOSトランジスタTr13のゲートへの入力信号ROWS1をHIGH電圧にしてMOSトランジスタTr13をオン(ON)状態にし、PD1で発生する電圧をソースフォロワを構成するMOSトランジスタTr12のソースからMOSトランジスタTr13を通して端子Soutへ出力電圧Vsoutとして出力する。このVsoutが図11のCDS回路4に信号として入力される。
FIG. 12 shows an equivalent circuit diagram of an example of the
次に、リセット信号PDRST1をMOSトランジスタTr11のゲートに印加してMOSトランジスタTr11をON状態にすることで、フォトダイオードPD1のカソードにMOSトランジスタTr11のドレイン、ソースを介してVddが印加されてPD1をリセットする。続いて、前記と同様にMOSトランジスタTr13をONにして選択状態とし、ソースフォロワのMOSトランジスタTr12及びMOSトランジスタTr13を介して端子Soutへ信号Vroutを出力する。 Next, the reset signal PDRST1 is applied to the gate of the MOS transistor Tr11 to turn on the MOS transistor Tr11, so that Vdd is applied to the cathode of the photodiode PD1 via the drain and source of the MOS transistor Tr11 and PD1 is applied. Reset. Subsequently, similarly to the above, the MOS transistor Tr13 is turned on to be in a selected state, and the signal Vrout is output to the terminal Sout via the source-follower MOS transistor Tr12 and the MOS transistor Tr13.
ここで、光を電圧に変換した後の信号出力Vsoutは次式で表される。 Here, the signal output Vsout after the light is converted into a voltage is expressed by the following equation.
Vsout=Vpd1−Vth12−Von13 (1)
Vpd1:PD1で変換された光信号電圧
Vth12:Tr12の閾値電圧
Von13:Tr13のON電圧
また、PD1リセット後の信号出力Vroutは次式で表される。
Vsout = Vpd1-Vth12-Von13 (1)
Vpd1: Optical signal voltage converted by PD1
Vth12: threshold voltage of Tr12
Von13: ON voltage of Tr13 The signal output Vrout after PD1 reset is expressed by the following equation.
Vrout=Vdd−Vth11−Vth12−Von13 (2)
Vdd:電源電圧
Vth11:Tr11の閾値電圧
Vth12:Tr12の閾値電圧
Von13:Tr13のON電圧
ここで、CMOSセンサがHD(High Definition)クラスの多画素の場合、CDS回路を各画素毎に1個ずつ設けた構成では、画素からの出力を高速にする必要があり、画素に配置されるアンプが複雑になる。この場合、画素の読み出しスピードを上げるのに限界があり、動画等に用いる場合フレームレートを上げられないという問題が発生する。よって、一般的には図11に示すようにCDS回路4をカラム毎に設けることで、CDS処理の時間を十分に取り、高速動作を可能としている。
Vrout = Vdd−Vth11−Vth12−Von13 (2)
Vdd: power supply voltage
Vth11: Tr11 threshold voltage
Vth12: threshold voltage of Tr12
Von13: ON voltage of Tr13 Here, when the CMOS sensor is a multi-pixel of HD (High Definition) class, it is necessary to increase the output from the pixel in a configuration in which one CDS circuit is provided for each pixel. The amplifier arranged in the pixel becomes complicated. In this case, there is a limit to increasing the pixel reading speed, and there is a problem that the frame rate cannot be increased when used for moving images. Therefore, in general, by providing the
カラム毎のCDS回路4は(1)コンデンサとスイッチのみで構成されカラムでは差分を算出せずに水平信号線へ信号を出力し、水平信号線の端にて差分を算出する構成や、(2)アンプをカラム毎に配置し、信号の差分を算出する事でCDS処理を行う構成が知られている。
The
しかしながら、上記(1)の構成のカラム毎のCDS回路では、画素からの信号に付加されるオフセット電圧と、画素からのリセット信号に付加されるオフセット電圧とがカラム毎に異なるため、カラム毎にオフセット電圧のバラツキが発生し、これが縦縞状の固定パターン雑音(FPN;Fixed Pattern Noise)となって画質を悪化させるという問題がある。 However, in the CDS circuit for each column having the configuration (1), the offset voltage added to the signal from the pixel and the offset voltage added to the reset signal from the pixel are different for each column. There is a problem that the offset voltage varies, and this becomes a vertical stripe-shaped fixed pattern noise (FPN) to deteriorate the image quality.
一方、上記(2)の構成のカラム毎のCDS回路では、上記(1)の構成のカラム毎のCDS回路と同様にカラム毎のCDS回路で発生するオフセットの違いが縦縞状のFPNを発生させ、またカラム毎のCDS回路等のゲインバラツキが縦縞状のノイズとなる、という問題が発生する。また、上記(2)に示す構成のCDS回路は、ゲインが1以下であるため、S/Nが悪化し、更に、CDS動作を水平信号線の端に設けた差動アンプで行っているため、高速に動作できないという問題もある。なお、ソースフォロワの替わりにオペアンプ形式でバッファアンプを構成している場合もあるが、どちらの場合も素子のバラツキによるオフセットが発生し、これが縦縞状のFPNとして残る。 On the other hand, in the CDS circuit for each column configured as described in (2) above, the difference in offset generated in the CDS circuit for each column generates vertical stripe-shaped FPN as in the CDS circuit for each column configured as described in (1) above. In addition, there arises a problem that the gain variation of the CDS circuit or the like for each column becomes vertical stripe noise. Further, the CDS circuit having the configuration shown in (2) has a gain of 1 or less, so that the S / N is deteriorated, and further, the CDS operation is performed by a differential amplifier provided at the end of the horizontal signal line. There is also a problem that it cannot operate at high speed. In some cases, the buffer amplifier is configured in the form of an operational amplifier instead of the source follower. In either case, an offset due to element variation occurs, which remains as a vertically striped FPN.
そこで、従来はこれらの課題を解決するため、CMOSセンサではCDS回路を水平信号線の出力部にも1個持ち、CDS動作をもう一度行うDDS回路構成によりオフセットを抑圧したり、CMOSセンサの光学的な黒レベルの信号を読み出した時に、その信号をカラム毎の回路のオフセット信号としてデジタル信号化した後でメモリに保持し、実信号読み出し時にデジタル的に減算処理を行って、オフセットを抑圧したりしている(例えば、特許文献1、非特許文献1参照)。また、電荷領域差分方式という読み出しをカラム毎に行う方法も提案されている。この方法は画素信号と画素部のリセット信号の差分を電荷によって計量する方法で、CDSでの読み出しにオフセットの影響が出ない方法である。
Therefore, conventionally, in order to solve these problems, the CMOS sensor has one CDS circuit at the output portion of the horizontal signal line, and the offset is suppressed by the DDS circuit configuration that performs the CDS operation again, or the optical sensor of the CMOS sensor. When a black level signal is read out, the signal is converted into a digital signal as an offset signal for the circuit for each column and then stored in the memory, and when the actual signal is read out, digital subtraction is performed to suppress the offset. (For example, refer to
しかしながら、上記の対策には以下のような課題がある。オフセットを抑圧するDDS回路の場合は水平信号線の端で2回目のCDS動作を高速に行う必要があるが、スピードに限界があり、HDクラスの多画素の固体撮像素子では実現が難しい。 However, the above measures have the following problems. In the case of a DDS circuit that suppresses offset, it is necessary to perform the second CDS operation at the end of the horizontal signal line at a high speed, but there is a limit to the speed, and it is difficult to realize it with an HD class multi-pixel solid-state imaging device.
また、光学的な黒レベル、つまり遮光している画素の信号を読み出した時に、その信号をカラム毎のCDS回路のオフセット信号としてデジタル的にメモリに保持し、実信号読み出し時にデジタル的に引き算を行って抑圧する構成の従来のCDS回路では、回路の増加によるチップ面積の増大などでデジタル回路の規模が大きくなる可能性があり、場合によっては撮像素子の外部に回路を増設する必要があり、コスト上問題となる場合がある。更に、電荷領域差分方式は動作が難しく、電荷注入時のランダム雑音が増加する可能性がある。 In addition, when the signal of the optical black level, that is, the light-shielded pixel is read, the signal is digitally held in the memory as an offset signal of the CDS circuit for each column, and is subtracted digitally when the actual signal is read. In a conventional CDS circuit configured to perform and suppress, there is a possibility that the scale of a digital circuit may increase due to an increase in chip area due to an increase in the circuit, and in some cases, it is necessary to add a circuit outside the imaging device. It may be a cost issue. Furthermore, the charge region difference method is difficult to operate, and random noise at the time of charge injection may increase.
本発明は以上の点に鑑みなされたもので、多画素のCMOSセンサ等の固体撮像素子であっても、カラム毎のCDS回路にて水平信号線への読み出しに発生するオフセットを、デバイス面積を殆ど増加させない構成にて改善し得る固体撮像素子のCDS回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and even in a solid-state imaging device such as a multi-pixel CMOS sensor, an offset generated in reading out to a horizontal signal line in a CDS circuit for each column is reduced. An object of the present invention is to provide a CDS circuit of a solid-state imaging device that can be improved with a configuration that hardly increases.
上記の目的の達成のため、本発明は、各々光電変換手段を備えた画素が複数規則的に配列された固体撮像素子の複数の画素のうち、列方向に配列された画素から読み出された信号を電荷として保持する第1の保持手段と、列方向に配列された画素のリセット時の画素リセット信号を保持する第2の保持手段と、第2の保持手段から転送された電荷を保持する第3の保持手段と、列方向に配列されている第1の画素からの信号を第1の保持手段で保持し、アンプを用いて差動増幅して得た第1の画素から読み出された信号と第1の画素からの画素リセット信号との差分を、第2の保持手段で保持した後、第1の保持手段を特定の電位にすると共に、第2の保持手段に保持されている電荷を第3の保持手段に転送する第1の転送手段と、第1の転送手段による電荷転送後に、第1の画素に対して列方向に隣接した第2の画素から読み出された信号を第1の保持手段で保持した後、アンプを用いて差動増幅して得た第2の画素から読み出された信号と第2の画素からの画素リセット信号との差分を、第2の保持手段で保持し、続いて第1の保持手段を特定の電位にすると共に、第2の保持手段に保持されている電荷を第3の保持手段に転送して、第3の保持手段に保持されている第1の転送手段で転送した電荷に加算する第2の転送手段と、第2の転送手段による電荷転送により電荷が加算保持された第3の保持手段の電位を保持する第4の保持手段と、第4の保持手段に保持された電位を転送する第1のスイッチ手段と、第1のスイッチを介して転送されて第4の保持手段に保持された電位を保持する第5の保持手段と、第5の保持手段が第4の保持手段に保持された電位を保持する前に、第5の保持手段を所定電位にリセットするリセット手段と、水平信号線の端に設けられ、入力信号の減算動作を行う補正回路部と、リセット手段による第5の保持手段のリセット開始後から第4の保持手段に保持された電位を保持するまでの期間、第5の保持手段の保持電位を水平信号線に出力して補正回路部に入力信号として供給する第2のスイッチ手段とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention reads out from pixels arranged in the column direction among a plurality of pixels of a solid-state imaging device in which a plurality of pixels each having photoelectric conversion means are regularly arranged. A first holding unit that holds a signal as a charge, a second holding unit that holds a pixel reset signal at the time of resetting pixels arranged in the column direction, and a charge transferred from the second holding unit Signals from the third holding means and the first pixels arranged in the column direction are held by the first holding means and read out from the first pixels obtained by differential amplification using an amplifier. After the difference between the received signal and the pixel reset signal from the first pixel is held by the second holding unit, the first holding unit is set to a specific potential and held by the second holding unit. A first transfer means for transferring the charge to the third holding means; a first transfer means; After the charge transfer by the means, the signal read from the second pixel adjacent to the first pixel in the column direction is held by the first holding means, and then obtained by differential amplification using an amplifier. The difference between the signal read from the second pixel and the pixel reset signal from the second pixel is held by the second holding unit, and then the first holding unit is set to a specific potential. A second transfer means for transferring the charge held in the second holding means to the third holding means and adding to the charge transferred by the first transfer means held in the third holding means; A fourth holding means for holding the potential of the third holding means in which charges are added and held by charge transfer by the second transfer means; and a first switch means for transferring the potential held in the fourth holding means. And transferred through the first switch and held in the fourth holding means. A fifth holding means for holding the position, a reset means for resetting the fifth holding means to a predetermined potential before the fifth holding means holds the potential held by the fourth holding means, and a horizontal signal A correction circuit unit that is provided at the end of the line and performs a subtraction operation of the input signal, and a period from the start of resetting the fifth holding unit by the reset unit until the potential held in the fourth holding unit is held, And a second switch means for supplying the holding potential of the holding means 5 to the horizontal signal line and supplying it to the correction circuit section as an input signal.
ここで、上記発明の第1乃至第5の保持手段と、第1及び第2の転送手段と、第1及び第2のスイッチ手段と、リセット手段とは同一の集積回路内に設けられており、上記補正回路部は、上記集積回路の外部に設けられていてもよい。 Here, the first to fifth holding means, the first and second transfer means, the first and second switch means, and the reset means of the above invention are provided in the same integrated circuit. The correction circuit unit may be provided outside the integrated circuit.
本発明によれば、デジタル回路の規模やデバイスの面積を従来に比べてあまり大きくすることなく、HDクラスの多画素の固体撮像素子においてもオフセットを補正することができ、その結果、カラム毎に発生する縦縞状のFPNを抑圧することができ、画質を改善できると共に、kTCノイズ等の低減により出力信号のS/Nの改善もできる。 According to the present invention, the offset can be corrected even in an HD class multi-pixel solid-state imaging device without increasing the size of the digital circuit and the area of the device so much as compared with the conventional one. The generated vertical stripe FPN can be suppressed, the image quality can be improved, and the S / N of the output signal can be improved by reducing kTC noise and the like.
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明になる固体撮像素子のCDS回路の一実施の形態の要部の回路図を示す。図1において、画素1a、画素1b等の列方向(垂直方向)に配列された複数の画素に共通に接続された1本の垂直信号線が2分岐され、一方はスイッチSW1を介してオペアンプ11の非反転入力端子に接続され、他方はスイッチSW2及びコンデンサC2を直列に介してオペアンプ11の反転入力端子に接続されている。ここで、上記画素1aと画素1bとは任意の隣接する2本の水平ラインの画素である。また、オペアンプ11の非反転入力端子は、コンデンサC1を介して接地されると共に、スイッチSW7を介して基準電圧VREFが印加される構成とされている。また、オペアンプ11の出力端子はスイッチSW4及びコンデンサC3の直列回路とスイッチSW3とを並列に介して反転入力端子に帰還接続されている。更に、オペアンプ11の出力端子は、回路部15及びスイッチSW9を介して水平信号線13に接続されている。水平信号線13は更にCDS回路部14に接続されている。
FIG. 1 shows a circuit diagram of a main part of an embodiment of a CDS circuit of a solid-state imaging device according to the present invention. In FIG. 1, one vertical signal line commonly connected to a plurality of pixels arranged in the column direction (vertical direction) such as the pixel 1a and the pixel 1b is branched into two, one of which is an
回路部15は、スイッチSW5、SW6及びSW8と、スイッチSW5及びSW6の接続点と接地との間に接続されたコンデンサC4と、その非反転入力端子がスイッチSW6及びSW5を介してオペアンプ11の出力端子に直列に接続されたオペアンプ12と、オペアンプ12の非反転入力端子とスイッチSW6との接続点に接続されたコンデンサC5とからなる。スイッチSW8の一端は基準電圧VREFが印加される。また、コンデンサC5の一端は接地されている。オペアンプ12は出力端子が反転入力端子に帰還接続されてボルテージフォロワを構成している。また、オペアンプ12の出力端子はスイッチSW9を介して水平信号線13に接続されている。なお、スイッチSW1〜SW9は基本的にオン(ON)状態で信号を保持した後、オフ(OFF)状態とする動作を行う。
The
本実施の形態のCDS回路10は、スイッチSW1及びSW2の共通接続点であるA点からオペアンプ11の出力端子のC点までの回路部による第1のCDS回路部と、第2のCDS回路部14の計2つのCDS回路部を有する。この本実施の形態のCDS回路10は、回路部15とスイッチSW9とCDS回路部14とからなる回路に特徴がある。
The
次に、まず、本実施の形態のCDS回路10中の上記第1のCDS回路部の動作について、図2のタイミングチャートを併せ参照して説明する。
Next, the operation of the first CDS circuit section in the
同じ列方向に配列された画素1a、1bからの信号電圧は、図2(A)に示すように変化するものとする。選択された画素1aからの信号電圧VS1は、図2(B)にハイレベルで模式的に示すように時刻t1でスイッチSW1がON状態になると、コンデンサC1に保持される。これによりコンデンサC1に充電される電荷Q1は次式で表される。なお、以下の各数式におけるCx(xは番号)は、コンデンサCxの容量値を示すものとする。
Q1=C1×VS1 (3)
It is assumed that signal voltages from the pixels 1a and 1b arranged in the same column direction change as shown in FIG. The signal voltage VS1 from the selected pixel 1a is held in the capacitor C1 when the switch SW1 is turned on at time t1, as schematically shown at a high level in FIG. Thereby, the charge Q1 charged in the capacitor C1 is expressed by the following equation. Note that Cx (x is a number) in each of the following mathematical expressions represents the capacitance value of the capacitor Cx.
Q1 = C1 × VS1 (3)
次に、図2(B)にローレベルで模式的に示すようにスイッチSW1をOFF状態とした状態で、画素1aをリセットした後の図2(A)に示す画素リセット信号VR1を時刻t2で読み出すと共に、図2(C)、(D)、(E)にそれぞれハイレベルで模式的に示すようにスイッチSW2、SW4、SW3をON状態にし、コンデンサC2を信号VR1で充電する。この時、図1に示す点A、B、C、Dにおける電圧Va、Vb、Vc、Vdはそれぞれ次式で表される。 Next, the pixel reset signal VR1 shown in FIG. 2A after resetting the pixel 1a in the state where the switch SW1 is in the OFF state as schematically shown at the low level in FIG. At the same time as reading, the switches SW2, SW4, and SW3 are turned on as schematically shown at high levels in FIGS. 2C, 2D, and 2E, respectively, and the capacitor C2 is charged with the signal VR1. At this time, voltages Va, Vb, Vc, and Vd at points A, B, C, and D shown in FIG.
Va=VR1 (4)
Vb=Vc=Vd=VS1 (5)
注)この時オペアンプ11は理想的なオペアンプでオフセット等がないものと考える。
Va = VR1 (4)
Vb = Vc = Vd = VS1 (5)
Note) At this time, it is considered that the
また、コンデンサC2、C3に充電される電荷Q2、Q3はそれぞれ次式で表される。
Q2=C2×(VS1−VR1) (6)
Q3=C3×0=0 (7)
Further, the charges Q2 and Q3 charged in the capacitors C2 and C3 are respectively expressed by the following equations.
Q2 = C2 × (VS1-VR1) (6)
Q3 = C3 × 0 = 0 (7)
次に、図2(E)にローレベルで模式的に示すようにスイッチSW3をOFF状態とした状態で、図2(B)、(C)、(D)、(F)にハイレベルで模式的に示すように、時刻t3でスイッチSW1,SW2,SW4,SW7をそれぞれON状態として、点Dに基準電圧VREFを印加する。この時、コンデンサC2の電荷は全てSW4を介してコンデンサC3に移り、画素1aから出力された信号VS1と画素リセット信号VR1との差分を、コンデンサC2とC3の各容量値で決まるゲイン倍した信号(差動増幅信号)がオペアンプ11の出力端子のC点に出てくる。この時の点A、B、C、Dにおける電圧Va’、Vb’、Vc’、Vd’はそれぞれ次式で表される。
Next, in a state where the switch SW3 is in an OFF state as schematically shown at low level in FIG. 2E, it is schematically shown at high level in FIGS. 2B, 2C, 2D, and 2F. As shown, the switches SW1, SW2, SW4, and SW7 are turned on at time t3, and the reference voltage VREF is applied to the point D. At this time, all the electric charge of the capacitor C2 is transferred to the capacitor C3 via SW4, and a signal obtained by multiplying the difference between the signal VS1 output from the pixel 1a and the pixel reset signal VR1 by a gain determined by the capacitance values of the capacitors C2 and C3. (Differentially amplified signal) appears at point C of the output terminal of the
Va’=Vb’=Vd’=VREF (8)
Vc’=(C2/C3)×(VS1−VR1)−VREF (9)
また、コンデンサC3に移動した電荷Q3’は以下のようになる。
Q3’=Q2=C2×(VS1−VR1) (10)
Va ′ = Vb ′ = Vd ′ = VREF (8)
Vc ′ = (C2 / C3) × (VS1-VR1) −VREF (9)
Further, the charge Q3 ′ transferred to the capacitor C3 is as follows.
Q3 ′ = Q2 = C2 × (VS1-VR1) (10)
次に、画素1aの次の水平ラインの画素1bが図2(A)に示すように時刻t4で選択されて画素1bから信号VS2が出力される。この信号VS2はコンデンサC1に充電電圧として取り込まれる。つまり、図2(B)にハイレベルで模式的に示すように時刻t4でスイッチSW1をONしてコンデンサC1を信号VS2で充電する。これにより、コンデンサC1の充電電荷Q1’は次式で表される。
Q1’=C1×VS2 (11)
Next, the pixel 1b on the horizontal line next to the pixel 1a is selected at time t4 as shown in FIG. 2A, and the signal VS2 is output from the pixel 1b. This signal VS2 is taken as a charging voltage by the capacitor C1. That is, as schematically shown at a high level in FIG. 2B, the switch SW1 is turned on at time t4 to charge the capacitor C1 with the signal VS2. Thereby, the charge Q1 ′ of the capacitor C1 is expressed by the following equation.
Q1 ′ = C1 × VS2 (11)
次に、画素1bをリセットした後の図2(A)に示す画素リセット信号VR2を時刻t5で読み出すと共に、図2(C)、(E)にハイレベルで模式的に示すようにスイッチSW2,SW3をON状態にして、コンデンサC2を充電する。この時、図1に示す点A、B、C、Dにおける電圧Va”、Vb”、Vc”、Vd”はそれぞれ次式で表される。 Next, the pixel reset signal VR2 shown in FIG. 2A after resetting the pixel 1b is read at time t5, and the switches SW2, SW2 and SW2 are schematically shown at high levels in FIGS. SW3 is turned on to charge the capacitor C2. At this time, voltages Va ″, Vb ″, Vc ″, and Vd ″ at points A, B, C, and D shown in FIG. 1 are respectively expressed by the following equations.
Va”=VR2 (12)
Vb”=Vc”=Vd”=VS2 (13)
ここで、スイッチSW4は図2(D)にローレベルで模式的に示すようにOFF状態にしているため、コンデンサC3の電荷は先に充電されたQ3’が残っている。この結果、コンデンサC2及びC3に充電されている電荷Q2’及びQ3’は次式で表される。
Q2’=C2×(VS2−VR2) (14)
Q3’=C2×(VS1−VR1) (15)
Va ″ = VR2 (12)
Vb ″ = Vc ″ = Vd ″ = VS2 (13)
Here, since the switch SW4 is in the OFF state as schematically shown in FIG. 2D at a low level, the charge of the capacitor C3 remains Q3 ′ that has been charged first. As a result, the charges Q2 ′ and Q3 ′ charged in the capacitors C2 and C3 are expressed by the following equations.
Q2 ′ = C2 × (VS2-VR2) (14)
Q3 ′ = C2 × (VS1-VR1) (15)
次に、図2(B)、(C)、(D)、(F)にハイレベルで模式的に示すように、時刻t6でスイッチSW1,SW2,SW4,SW7をそれぞれON状態として、点Dに基準電圧VREFを印加する。この時、コンデンサC2の電荷Q2’は全てコンデンサC3に移り、画素1bから出力された信号VS2とリセット後の画素リセット信号VR2との差分をコンデンサC2とC3の各容量値で決まるゲイン倍した信号が、オペアンプ11の出力端子のC点に出力される。この時の点A、B、Dにおける電圧Va’、Vb’、Vd’はそれぞれ前記(8)式で表され、また点Cにおける電圧Vc'''は次式で表される。
Vc'''=(C2/C3)×(VS1−VR1+VS2−VR2)−VREF (16)
Next, as schematically shown at a high level in FIGS. 2B, 2C, 2D, and 2F, the switches SW1, SW2, SW4, and SW7 are turned on at time t6, and the point D Is applied with a reference voltage VREF. At this time, the charge Q2 ′ of the capacitor C2 is all transferred to the capacitor C3, and a signal obtained by multiplying the difference between the signal VS2 output from the pixel 1b and the reset pixel reset signal VR2 by a gain determined by the capacitance values of the capacitors C2 and C3. Is output to point C of the output terminal of the
Vc ′ ″ = (C2 / C3) × (VS1−VR1 + VS2−VR2) −VREF (16)
また、コンデンサC3に移動した電荷Q3”は次式で表される。
Q3”=Q2’+Q3’
=C2×(VS1−VR1+VS2−VR2) (17)
Further, the charge Q3 ″ moved to the capacitor C3 is expressed by the following equation.
Q3 "= Q2 '+ Q3'
= C2 × (VS1-VR1 + VS2-VR2) (17)
ここで、上記の(16)式で表される第1のCDS回路部の出力電圧Vc'''で、仮に上記の時刻t6の直後にオンとなるスイッチを通して、一端が接地されたコンデンサを充電し、その充電電圧をバッファアンプを通して、カラム毎に設けたスイッチSW9をオンとして水平信号線13に出力する構成とした場合は、カラム毎のオフセット電圧が水平信号線13に出力される電圧に付加される。このオフセット電圧はカラム毎にばらつき、前述したように縦縞状の固定パターン雑音(FPN)となって画質を悪化させる。
Here, the output voltage Vc ′ ″ of the first CDS circuit unit expressed by the above equation (16) is used to charge a capacitor whose one end is grounded through a switch that is turned on immediately after time t6. When the charging voltage is output to the
そこで、本発明者は、先に特願2007−141845により、例えば図8又は図9に示すオフセット補正回路を上記の第1のCDS回路部の出力側の回路部15の位置に接続することで、オフセット電圧を補正するCDS回路を提案した。
Therefore, the inventor previously connected, for example, the offset correction circuit shown in FIG. 8 or FIG. 9 to the position of the
図8は、上記の提案になるオフセット補正回路の一例の回路図を示す。同図中、図1のC点がスイッチSW11及びSW12を直列に介してNチャンネルMOSトランジスタTr7のゲートに接続される。スイッチSW12とNチャンネルMOSトランジスタTr7のゲートとの接続点にはスイッチSW13を介して基準電圧VREFが入力される。また、MOSトランジスタTr7のソースは信号出力端子と電流源31とスイッチSW16の一端とにそれぞれ接続されている。上記の信号出力端子は図1のスイッチSW9を介して水平信号線13に接続される。
FIG. 8 shows a circuit diagram of an example of the offset correction circuit proposed above. In FIG. 1, point C in FIG. 1 is connected to the gate of an N-channel MOS transistor Tr7 through switches SW11 and SW12 in series. A reference voltage VREF is input to the connection point between the switch SW12 and the gate of the N-channel MOS transistor Tr7 via the switch SW13. The source of the MOS transistor Tr7 is connected to the signal output terminal, the current source 31, and one end of the switch SW16. The signal output terminal is connected to the
スイッチSW16の他端は、コンデンサ21を介して接地されると共に、バッファアンプ30の非反転入力端子に接続されている。バッファアンプ30の出力端子はスイッチSW15及びコンデンサC22を介してスイッチSW11とSW12との接続点に接続されると共に、スイッチSW15及びスイッチSW14を介して基準電圧VREFが入力される電源端子に接続されている。
The other end of the switch SW16 is grounded via the
図9は、上記の提案になるオフセット補正回路の他の例の回路図を示す。同図中、図8と同一回路部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図9は、図8中のスイッチSW16、コンデンサC21及びバッファアンプ30の回路部を削除し、MOSトランジスタTr7のソースをスイッチSW15に直接接続した構成である。図8及び図9に示したオフセット補正回路は、いずれも出力ソースフォロワ構成のオフセット補正回路である。
FIG. 9 shows a circuit diagram of another example of the offset correction circuit proposed above. In the figure, the same circuit portions as those in FIG. 8 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. FIG. 9 shows a configuration in which the switch SW16, capacitor C21, and
次に、図8及び図9に示すオフセット補正回路の動作について、図10に示すタイミングチャートを併せ参照して説明する。図10のタイミングチャートは図1に示した第1のCDS回路部のスイッチのON/OFF動作や信号波形等も含んでいる。このうち図10(A)〜(G)は図2(A)〜(G)と同じ図1の各回路部のタイミングチャートであり、その説明を省略する。なお、図8及び図9の動作は基本的には同じであるので、以下の説明では代表して図9の回路にて動作を説明する。 Next, the operation of the offset correction circuit shown in FIGS. 8 and 9 will be described with reference to the timing chart shown in FIG. The timing chart of FIG. 10 also includes the ON / OFF operation of the switch of the first CDS circuit section shown in FIG. Among these, FIGS. 10A to 10G are timing charts of the respective circuit portions in FIG. 1 which are the same as FIGS. 2A to 2G, and the description thereof is omitted. Since the operations in FIGS. 8 and 9 are basically the same, in the following description, the operation will be described using the circuit in FIG. 9 as a representative.
図10(H)にハイレベルで模式的に示すように、時刻taで図9のスイッチSW11がON状態にされる時と同タイミングで、図10(I)にハイレベルで模式的に示すように、スイッチSW13とスイッチSW15とがON状態にされる。また、このときはスイッチSW12、SW15はOFF状態にある。すると、図1に示したC点の電圧Vc'''が図9のスイッチSW11を介してコンデンサC22のSW11側端子に印加される。また、図9のMOSトランジスタTr7のゲートにはスイッチSW13を介して基準電圧VREFが印加され、Tr7のソースには次式で表されるソース電圧Vstr7が出力される。
Vstr7=VREF−Vth7 (18)
Vth7:Tr7の閾値電圧
As schematically shown at high level in FIG. 10 (H), as schematically shown at high level in FIG. 10 (I) at the same timing as when the switch SW11 in FIG. 9 is turned on at time ta. In addition, the switch SW13 and the switch SW15 are turned on. At this time, the switches SW12 and SW15 are in the OFF state. Then, the voltage Vc ′ ″ at the point C shown in FIG. 1 is applied to the SW11 side terminal of the capacitor C22 via the switch SW11 of FIG. Further, the reference voltage VREF is applied to the gate of the MOS transistor Tr7 in FIG. 9 via the switch SW13, and the source voltage Vstr7 expressed by the following equation is output to the source of Tr7.
Vstr7 = VREF−Vth7 (18)
Vth7: threshold voltage of Tr7
このソース電圧Vstr7はON状態のスイッチSW15を介してコンデンサC22のSW15側端子に印加される。このとき、コンデンサC22のSW11側端子には前記C点の電圧Vc'''がスイッチSW11を介して印加されている。従って、コンデンサC22には次式で表される電圧Vc22が保持される。
Vc22=Vc'''−Vstr7=Vc'''−VREF+Vth7 (19)
This source voltage Vstr7 is applied to the SW15 side terminal of the capacitor C22 via the switch SW15 in the ON state. At this time, the voltage Vc ′ ″ at the point C is applied to the SW11 side terminal of the capacitor C22 via the switch SW11. Accordingly, the voltage Vc22 expressed by the following equation is held in the capacitor C22.
Vc22 = Vc ′ ″ − Vstr7 = Vc ′ ″ − VREF + Vth7 (19)
次に、時刻tbで図10(H)、(I)にローレベルで模式的に示すようにスイッチSW11、SW13、SW15をOFF状態にし、かつ、図10(J)にハイレベルで模式的に示すようにスイッチSW12及びSW14をON状態にする。これにより、コンデンサC22のSW15側端子にはスイッチSW14を介して基準電圧VREFが印加されるため、コンデンサC22からスイッチSW12を介してMOSトランジスタTr7のゲートに次式で表されるように、基準電圧VREFが相殺除去された電圧Vgtr7として印加される。 Next, at time tb, the switches SW11, SW13, and SW15 are turned off as schematically shown at low levels in FIGS. 10 (H) and (I), and schematically at high level in FIG. 10 (J). As shown, the switches SW12 and SW14 are turned on. Thereby, since the reference voltage VREF is applied to the SW15 side terminal of the capacitor C22 via the switch SW14, the reference voltage is applied from the capacitor C22 to the gate of the MOS transistor Tr7 via the switch SW12 as shown in the following equation. VREF is applied as a voltage Vgtr7 from which cancellation has been eliminated.
Vgtr7=VREF+Vc22
=VREF+Vc'''−VREF+Vth7
=Vc'''+Vth7 (20)
従って、この時のTr7のソース電圧Vstr7’は(20)式を用いて整理すると、次式に示される。
Vgtr7 = VREF + Vc22
= VREF + Vc '''-VREF + Vth7
= Vc '''+ Vth7 (20)
Therefore, the source voltage Vstr7 ′ of Tr7 at this time is expressed by the following equation when arranged using equation (20).
Vstr7’=Vgtr7−Vth7=Vc''' (21)
よって、MOSトランジスタTr7のVth7は除去され、図1のCDS回路中のC点から出力された信号電圧Vc'''のみとなる。このソース電圧Vstr7’(=Vc''')は、時刻tdで図10(G)に示すように図1のスイッチSW9がON状態とされることにより、図10(K)に示す期間水平信号線13へ出力される。
Vstr7 ′ = Vgtr7−Vth7 = Vc ′ ″ (21)
Therefore, Vth7 of the MOS transistor Tr7 is removed, and only the signal voltage Vc ″ ′ output from the point C in the CDS circuit of FIG. 1 is obtained. The source voltage Vstr7 ′ (= Vc ′ ″) is the horizontal signal for the period shown in FIG. 10K when the switch SW9 in FIG. 1 is turned on as shown in FIG. 10G at time td. Output to
しかしながら、上記の本発明者が先に提案したCDS回路では、実際の読み出しは図9の信号出力の後に水平信号線の読み出し用SW(図1のSW9)が接続され、カラム毎に選択して読み出す構成であるが、図9に示す定電流源31はカラム毎に設けているため、水平信号線13に接続されている、外部の定電流源と電流値が異なり消費電力の点から小さな電流となっている。よって(18)式中のVth7と(21)式中のVth7は異なる可能性があり、完全にVth7を抑圧できない場合がある。
However, in the CDS circuit previously proposed by the inventor, the actual readout is performed by connecting the horizontal signal line readout SW (SW9 in FIG. 1) after the signal output in FIG. Since the constant current source 31 shown in FIG. 9 is provided for each column, the current value is different from that of the external constant current source connected to the
また、上記の先に提案したCDS回路では、水平信号線への信号読み出し時に図9のSW12を用いてMOSトランジスタTr7のゲートをドライブする場合、kTCノイズが発生する。このノイズは上記の回路構成と動作では抑圧することが難しい。 Further, in the CDS circuit proposed above, kTC noise is generated when the gate of the MOS transistor Tr7 is driven using the SW12 of FIG. 9 when reading a signal to the horizontal signal line. This noise is difficult to suppress with the above circuit configuration and operation.
そこで、図1に示した実施の形態では、この本発明者が先に提案したCDS回路での問題点も従来の課題と共に解決するために、第1のCDS回路部の出力側とスイッチSW9との間に補正回路部15を設けたものである。次に、図1に示した実施の形態の第1のCDS回路部以降の回路部15とスイッチSW9からなるオフセット補正回路部の動作について、図2のタイミングチャートを併せ参照して説明する。
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, in order to solve the problems in the CDS circuit previously proposed by the present inventor together with the conventional problems, the output side of the first CDS circuit section, the switch SW9, The
前述したように、図2の時刻t6でスイッチSW1,SW2,SW4,SW7をそれぞれON状態とすることで、(16)式に示した電圧Vc'''がC点に出力される。ここで、上記の時刻t6の後の時刻t7の期間まで、図1のスイッチSW5は、図2(G)にハイレベルで模式的に示すようにON状態にあり、かつ、スイッチSW6は図2(J)にローレベルで模式的に示すようにOFF状態にあるので、上記の電圧Vc'''はスイッチSW5を介してコンデンサC4に充電される。従って、このときのコンデンサC4の充電電圧Veは次式で表される。
Ve=Vc'''=(C2/C3)×(VS1−VR1+VS2−VR2)
−VREF (22)
As described above, by turning on the switches SW1, SW2, SW4, and SW7 at time t6 in FIG. 2, the voltage Vc ′ ″ shown in the equation (16) is output to the point C. Here, until the period of time t7 after the above-described time t6, the switch SW5 in FIG. 1 is in the ON state as schematically shown in FIG. 2G and the switch SW6 is in FIG. Since it is in the OFF state as schematically shown at (J) at the low level, the voltage Vc ′ ″ is charged to the capacitor C4 via the switch SW5. Accordingly, the charging voltage Ve of the capacitor C4 at this time is expressed by the following equation.
Ve = Vc ′ ″ = (C2 / C3) × (VS1−VR1 + VS2−VR2)
-VREF (22)
続いて、時刻t8で図2(H)及び(I)にハイレベルで模式的に示すように、スイッチSW9及びSW8がそれぞれON状態とされるため、コンデンサC5がスイッチSW8を介して基準電圧VREFで充電され(リセットされ)、そのコンデンサC5の端子電圧がボルテージフォロワのアンプ12及びスイッチSW9を通して水平信号線13へ出力される。この基準電圧VREFは、基本的にはカラム毎には変化しないため、カラム毎のオフセットは補正されていることになる。
Subsequently, as schematically shown at a high level in FIGS. 2 (H) and (I) at time t8, the switches SW9 and SW8 are turned on, so that the capacitor C5 is connected to the reference voltage VREF via the switch SW8. And the terminal voltage of the capacitor C5 is output to the
続いて、時刻t9で図2(H)、(J)にハイレベルで模式的に示すように、スイッチSW9はON状態を継続し、かつ、スイッチSW6がON状態となり、また、これと同時に図2(I)にローレベルで模式的に示すように、スイッチSW8がOFF状態に変化するので、コンデンサC4の端子電圧VeがスイッチSW6を介して、リセット後のコンデンサC5に転送されて充電される。そのコンデンサC5の端子電圧は、ボルテージフォロワのアンプ12及びスイッチSW9を通して水平信号線13へ出力される。この出力状態は、時刻t10で図2(H)にローレベルで模式的に示すように、スイッチSW9がOFF状態となるまで行われる。図2(K)は、水平信号線13の出力電圧を示す。
Subsequently, at time t9, as schematically shown at a high level in FIGS. 2H and 2J, the switch SW9 continues to be in the ON state, and the switch SW6 is in the ON state. Since the switch SW8 changes to the OFF state as schematically shown at 2 (I) at a low level, the terminal voltage Ve of the capacitor C4 is transferred to the capacitor C5 after reset through the switch SW6 and charged. . The terminal voltage of the capacitor C5 is output to the
この水平信号線13の出力電圧は、水平信号線端の第2のCDS回路部14に供給される。なお、後述するように、回路部15から水平信号線13へ出力される出力電圧には、スイッチSW5〜SW8のスイッチングにより発生するkTCノイズが抑圧されて出力される。第2のCDS回路部14は、時刻t8〜t9の期間の水平信号線13の出力電圧から時刻t9〜t10の期間の水平信号線13の出力電圧を減算するCDS処理を行い、後述するように、スイッチSW9の閾値電圧がカラム毎に異なることによるオフセットを補正した信号を出力する。
The output voltage of the
次に、図1に示した実施の形態の第1のCDS回路以降のオフセット補正回路部の各実施の形態について更に詳細に説明する。図3は、本発明の要部のオフセット補正回路部の一実施の形態の回路図を示す。同図において、図1のC点がスイッチS1、バッファアンプ21及びスイッチS2を直列に介してNチャンネルMOSトランジスタTr1のゲートに接続されている。スイッチS1とバッファアンプ21の接続点には、コンデンサC11が接続されている。また、スイッチS2とトランジスタTr7のゲートとの接続点には、コンデンサC12及びスイッチS3がそれぞれ接続されている。コンデンサC11及びC12の他端とスイッチS3の他端には基準電圧VREFが印加される。
Next, each embodiment of the offset correction circuit unit after the first CDS circuit of the embodiment shown in FIG. 1 will be described in more detail. FIG. 3 shows a circuit diagram of an embodiment of the offset correction circuit unit of the main part of the present invention. In FIG. 1, point C in FIG. 1 is connected to the gate of an N-channel MOS transistor Tr1 through a switch S1, a
また、MOSトランジスタTr1のソースは、水平選択スイッチS4を介して信号出力端子と電流源22とにそれぞれ接続されている。上記の信号出力端子は、図1の水平信号線を介して大規模半導体集積回路(LSI)内の2段目のCDS回路部24に接続されている。CDS回路部24は、コンデンサC13、スイッチS5及びオペアンプ23を有して構成されている。オペアンプ23は、その非反転入力端子にコンデンサC13及びスイッチS5が接続されており、また出力端子が反転入力端子に帰還接続されたボルテージフォロワを構成している。スイッチS5は一端に基準電圧VREF’が印加される。
The source of the MOS transistor Tr1 is connected to the signal output terminal and the
ここで、図3のスイッチS1、S2、S3、S4は、図1のスイッチSW5、SW6、SW8、SW9に相当する。また、図3のCDS回路部24は、図1のCDS回路部14に相当する。また、図3のコンデンサC11、C12は、図1のコンデンサC4、C5に相当する。また、図3のソースフォロワのMOSトランジスタTr1は、図1のボルテージフォロワのアンプ12に相当する。なお、図3のバッファアンプ21は、図1には図示されていない。
Here, the switches S1, S2, S3, and S4 in FIG. 3 correspond to the switches SW5, SW6, SW8, and SW9 in FIG. 3 corresponds to the
また、図1のコンデンサC4、C5の各一端は接地されている(GNDに接続されている)のに対し、図3のコンデンサC11、C12の各一端は基準電圧VREFの電源端子に接続されている点で相違する(これは、後述する図5、図6も同様)。しかし、コンデンサの基準電圧側を図1のようにGNDにするか、図3や後述する図5、図6のようにVREFにするかは、実際の場合は、VREFのDC電圧やVREF側のインピーダンスによって性能に差が生じる場合もあるが、理論的な性能上の違いはないので、どちらでもよい。 Further, each end of the capacitors C4 and C5 in FIG. 1 is grounded (connected to GND), whereas each end of the capacitors C11 and C12 in FIG. 3 is connected to the power supply terminal of the reference voltage VREF. (This also applies to FIGS. 5 and 6 described later). However, whether the reference voltage side of the capacitor is set to GND as shown in FIG. 1 or VREF is set as shown in FIG. 3 or FIGS. 5 and 6 to be described later, in the actual case, the DC voltage of VREF or the VREF side There may be a difference in performance depending on the impedance, but there is no theoretical difference in performance.
次に、図3の実施の形態の動作について、図4のタイミングチャートを併せ参照して説明する。まず、図1に示した第1のCDS回路部からの信号であるC点の電圧Vc'''が図4(A)に示すように時刻t11以降入力されると、図4(B)にハイレベルで模式的に示すように時刻t12でスイッチS1がON状態とされ、また、スイッチS2は図4(D)にローレベルで模式的に示すようにOFF状態であるため、スイッチS1を通してコンデンサC11が電圧Vc'''で充電されて、これを保持する。図4(C)は、このコンデンサC11に保持されている信号を示す。 Next, the operation of the embodiment of FIG. 3 will be described with reference to the timing chart of FIG. First, when a voltage Vc ′ ″ at a point C, which is a signal from the first CDS circuit portion shown in FIG. 1, is input after time t11 as shown in FIG. 4A, FIG. As shown schematically at the high level, the switch S1 is turned on at time t12, and the switch S2 is turned off as schematically shown at the low level in FIG. C11 is charged with the voltage Vc ′ ″ and held. FIG. 4C shows a signal held in the capacitor C11.
次に、時刻t13で図4(G)にハイレベルで模式的に示すようにスイッチS4をON状態とすると共に、図4(D)にローレベルで模式的に示すようにスイッチS2を引き続きOFF状態とし、かつ、図4(F)にハイレベルで模式的に示すようにスイッチS3をON状態とする。これにより、基準電圧VREFがスイッチS3を介してコンデンサC12に印加されて充電される。すなわち、コンデンサC12は、基準電圧VREFによりリセットされる。このコンデンサC12のリセット電圧は、ソースフォロワトランジスタTr1のゲート、ソース及びスイッチS4を通して水平信号線へ出力される。ここで、スイッチS4は1カラムに1個あり、水平駆動回路の出力で走査するように1個ずつ選択していく。図3では1カラム分の信号しか水平信号線に出力しないように図示してあるが、実際はこの1カラム分の信号が連続して出力される。 Next, at time t13, the switch S4 is turned on as schematically shown at a high level in FIG. 4G, and the switch S2 is continuously turned off as schematically shown at a low level in FIG. 4D. And the switch S3 is turned on as schematically shown at a high level in FIG. Thereby, the reference voltage VREF is applied to the capacitor C12 via the switch S3 and charged. That is, the capacitor C12 is reset by the reference voltage VREF. The reset voltage of the capacitor C12 is output to the horizontal signal line through the gate and source of the source follower transistor Tr1 and the switch S4. Here, one switch S4 is provided in one column, and the switches S4 are selected one by one so as to scan with the output of the horizontal drive circuit. Although FIG. 3 shows that only a signal for one column is output to the horizontal signal line, actually, the signal for one column is continuously output.
水平信号線に出力された上記のリセット電圧は、基準電圧としてCDS回路部24内のコンデンサC13を充電する。ここで、CDS回路部24内のスイッチS5は、図4(I)にハイレベルで模式的に示す時刻t13から時刻t14までの期間ON状態とされ、このON状態の期間に基準電圧VREF’をコンデンサC13のオペアンプ23側端子に印加する。従って、スイッチS4及びスイッチS5がON状態の時刻t13から時刻t14までの期間でのコンデンサC13の充電電圧Vc13は次式で表される。
Vc13=VREF−Vth2−VREF' (23)
Vth2:Tr1の閾値電圧
VREF:カラムCDS回路10の基準電圧
VREF':水平信号線端のCDS回路部24の基準電圧
The reset voltage output to the horizontal signal line charges the capacitor C13 in the
Vc13 = VREF−Vth2−VREF ′ (23)
Vth2: Tr1 threshold voltage
VREF: reference voltage of the
VREF ′: reference voltage of the
次に、スイッチS4がON状態にある時刻t14で図4(D)にハイレベルで模式的に示すようにスイッチS2がON状態とされ、かつ、図4(F)にローレベルで模式的に示すようにスイッチS3がOFF状態とされる。これにより、コンデンサC11に保持されている第1のCDS回路部からの信号が、バッファアンプ21を通してコンデンサC12に転送される。この時、スイッチS3はOFF状態となっているため、コンデンサC12の端子電圧Vc12は次式で表される。
Next, at time t14 when the switch S4 is in the ON state, the switch S2 is turned on as schematically shown at the high level in FIG. 4D, and schematically at the low level in FIG. 4F. As shown, the switch S3 is turned off. As a result, the signal from the first CDS circuit unit held in the capacitor C11 is transferred to the capacitor C12 through the
Vc12={C11/(C11+C12)}×(VS1−VREF)+VREF
(24)
VS1−VREF:第1のCDS回路部から入力される対GNDの信号電圧
ここでは、図3のバッファアンプ21はなく、コンデンサC11とスイッチS2が直接接続していると考えている。図4(E)は、コンデンサC12に保持されている信号を示す。
Vc12 = {C11 / (C11 + C12)} × (VS1-VREF) + VREF
(24)
VS1-VREF: signal voltage of GND input from the first CDS circuit section Here, it is considered that there is no
この電圧Vc12は、ソースフォロワトランジスタTr1のゲート、ソース及びスイッチS4を通して水平信号線へ図4(H)に示すように出力される。水平信号線に出力された上記の電圧Vc12は、コンデンサC13を充電する。ここで、CDS回路部24内のスイッチS5は、図4(I)にローレベルで模式的に示す時刻t14からt15の期間OFF状態とされており、このOFF状態の期間のコンデンサC13のオペアンプ23側端子の端子電圧Vc13'は次式で表される。
The voltage Vc12 is output to the horizontal signal line through the gate and source of the source follower transistor Tr1 and the switch S4 as shown in FIG. The voltage Vc12 output to the horizontal signal line charges the capacitor C13. Here, the switch S5 in the
Vc13'=(Vc12−Vth2)−Vc13
=Vc12−Vth2−(VREF−Vth2−VREF')
={C11/(C11+C12)}×(VS1−VREF)+VREF' (25)
なお、図3のようにバッファアンプ21がカラム毎のCDS回路のオフセット補正回路部に入っていると、コンデンサC11及びC12による信号の分配が行われないため、入力信号VS1はそのままVc12となる。従って、この場合、(25)式は次式で表される。
Vc13 ′ = (Vc12−Vth2) −Vc13
= Vc12-Vth2- (VREF-Vth2-VREF ')
= {C11 / (C11 + C12)} × (VS1-VREF) + VREF ′ (25)
If the
Vc13'=VS1−VREF+VREF’ (26)
上記の(25)式又は(26)式で表された端子電圧Vc13'は、ボルテージフォロワのオペアンプ23を通してCDS回路24の出力信号として出力される。
Vc13 ′ = VS1−VREF + VREF ′ (26)
The terminal voltage Vc13 ′ represented by the above expression (25) or (26) is output as an output signal of the
このように、CDS回路部24は、時刻t13〜時刻t15のスイッチS4のON期間中に水平信号線を介して入力される信号(Vc12−Vth2)及びVc13の減算処理を行って、(25)式又は(26)式で表された信号Vc13'を出力する。
In this way, the
ここで、(25)式及び(26)式から分かるように、CDS回路部24の出力信号Vc13'には閾値電圧Vth2は含まれておらず、また出力信号Vc13'中の基準電圧VREF及びVREF'は、基本的にはカラム毎に変化しないため、オペアンプ23の出力信号Vc13'はカラム毎のオフセットが補正されていることになる。図4(J)はCDS回路部24から出力されたオフセットが補正された信号Vc13'を示す。
Here, as can be seen from the equations (25) and (26), the output signal Vc13 ′ of the
次に、本発明の要部のオフセット補正回路部の他の実施の形態の回路について説明する。図5は、本発明の要部のオフセット補正回路部の他の実施の形態の回路図を示す。同図中、図3と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。 Next, a circuit of another embodiment of the offset correction circuit unit of the main part of the present invention will be described. FIG. 5 shows a circuit diagram of another embodiment of the offset correction circuit unit of the main part of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG.
図5の実施の形態のオフセット補正回路部では、図1のCDS回路部14を図3のようにLSI内に作らず、LSIの外部に信号出力端子25に接続された外部CDS回路部26を用いた例を示している。この外部CDS回路部26は、例えばCCD(Charge Coupled Devise)などで用いられるアナログフロントエンドに入っているCDS回路等で代用できる。図5のオフセット補正回路部の動作は、図3のオフセット回路部の動作と同じ図4のタイミングチャートで表される。
In the offset correction circuit unit of the embodiment of FIG. 5, the
ところで、図3及び図5に示したオフセット補正回路部では、オフセットだけではなくスイッチS1,S2,S3のスイッチ動作によりkTCノイズが発生する。しかしながら、これらのkTCノイズのうち、スイッチS3のスイッチ動作で発生するkTCノイズは、水平信号線端のCDS回路部24、外部CDS回路部26の動作でオフセット電圧と共に抑圧できる。
By the way, in the offset correction circuit unit shown in FIGS. 3 and 5, kTC noise is generated not only by the offset but also by the switch operations of the switches S1, S2, and S3. However, of these kTC noises, the kTC noise generated by the switch operation of the switch S3 can be suppressed together with the offset voltage by the operation of the
また、スイッチS1及びS2のスイッチ動作で発生するkTCノイズVns1及びVns2は、以下の式で表される。 Further, kTC noises Vns1 and Vns2 generated by the switch operations of the switches S1 and S2 are expressed by the following equations.
Vns1=√(kT/C11) (27)
Vns2=√(kT/C12) (28)
ただし、(27)式、(28)式中、kはボルツマン定数、Tは絶対温度を示す。
Vns1 = √ (kT / C11) (27)
Vns2 = √ (kT / C12) (28)
In equations (27) and (28), k represents Boltzmann's constant, and T represents absolute temperature.
しかし、コンデンサC11,C12の各容量値をpF程度に大きくしておけば、スイッチS1及びS2のスイッチ動作で発生するkTCノイズVns1及びVns2は100μV以下と極めて小さくできる。その結果、図3及び図5に示したオフセット補正回路部では、kTCノイズによる信号のS/N劣化を問題ないレベルにすることができる。 However, if the capacitance values of the capacitors C11 and C12 are increased to about pF, the kTC noises Vns1 and Vns2 generated by the switch operations of the switches S1 and S2 can be made extremely small to 100 μV or less. As a result, in the offset correction circuit unit shown in FIGS. 3 and 5, the S / N degradation of the signal due to the kTC noise can be brought to a level with no problem.
次に、本発明になる固体撮像素子のCDS回路の実施例1について図面と共に説明する。図6は、本発明になる固体撮像素子のCDS回路の実施例1の回路図を示す。同図中、図1と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
Next, a first embodiment of the CDS circuit of the solid-state imaging device according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 shows a circuit diagram of
図6において、画素1a、画素1b等の列方向(垂直方向)に配列された複数の画素に共通に接続された1本の垂直信号線が2分岐され、一方はNチャンネルMOSトランジスタTR1及びコンデンサ2を介してNチャンネルMOSトランジスタTR3及びTR4の各ドレインとPチャンネルMOSトランジスタTR7のゲートに接続され、他方はNチャンネルMOSトランジスタTR2を介してPチャンネルMOSトランジスタTR8のゲートとNチャンネルMOSトランジスタTR11のソースとコンデンサC1に接続されている。トランジスタTR3のソースはコンデンサC3を介して、トランジスタTR4のソースと共にPチャンネルMOSトランジスタTR14、TR16、TR17の共通接続点に接続されている。ここで、上記画素1aと画素1bとは任意の隣接する2本の水平ラインの画素である。トランジスタTR1、TR2、TR3、TR4、TR11は図1に示したスイッチSW2、SW1、SW4、SW3、SW7に相当する。 In FIG. 6, one vertical signal line commonly connected to a plurality of pixels arranged in the column direction (vertical direction) such as the pixel 1a and the pixel 1b is branched into two, one of which is an N-channel MOS transistor TR1 and a capacitor. 2 is connected to the drains of the N-channel MOS transistors TR3 and TR4 and the gate of the P-channel MOS transistor TR7, and the other is connected to the gate of the P-channel MOS transistor TR8 and the N-channel MOS transistor TR11 via the N-channel MOS transistor TR2. The source and the capacitor C1 are connected. The source of the transistor TR3 is connected to the common connection point of the P-channel MOS transistors TR14, TR16 and TR17 through the capacitor C3 together with the source of the transistor TR4. Here, the pixel 1a and the pixel 1b are pixels on any two adjacent horizontal lines. Transistors TR1, TR2, TR3, TR4, TR11 correspond to the switches SW2, SW1, SW4, SW3, SW7 shown in FIG.
また、上記トランジスタTR7及びTR8と、それらTR7及びTR8の各ドレインにソースが接続されたPチャンネルMOSトランジスタTR5と、カレントミラー回路を構成するPチャンネルMOSトランジスタTR6及びTR13と、カレントミラー回路を構成するPチャンネルMOSトランジスタTR15及びTR16と、トランジスタTR15のソース側に直列に接続された2つのNチャンネルMOSトランジスタTR12及びTR9と、トランジスタTR16のソース側に直列に接続され、かつ、トランジスタTR12、TR9とそれぞれゲートが共通接続された2つのNチャンネルMOSトランジスタTR14及びTR10とは、図1のオペアンプ11に相当するCMOSのフォールデットカスコードタイプのオペアンプを構成している。トランジスタTR7のソースは、トランジスタTR14とTR10の共通接続点に接続されている。また、トランジスタTR8のソースは、トランジスタTR12とTR9の共通接続点に接続されている。
The transistors TR7 and TR8, a P-channel MOS transistor TR5 whose source is connected to the drains of the TR7 and TR8, P-channel MOS transistors TR6 and TR13 constituting a current mirror circuit, and a current mirror circuit. P-channel MOS transistors TR15 and TR16, two N-channel MOS transistors TR12 and TR9 connected in series to the source side of the transistor TR15, and connected in series to the source side of the transistor TR16, and the transistors TR12 and TR9, respectively. The two N-channel MOS transistors TR14 and TR10 having the gates connected in common constitute a CMOS folded cascode type operational amplifier corresponding to the
更に、コンデンサC3とトランジスタTR4、TR16及びTR14との共通接続点は、NチャンネルMOSトランジスタTR17、TR18を直列に介してNチャンネルMOSトランジスタTR19のソースとNチャンネルMOSトランジスタTR20のゲートとに接続されている。また、トランジスタTR18、TR19の各ソース共通接続点は、コンデンサC5を介して基準電圧VREFの電源端子に接続されている。また、トランジスタTR17及びTR18の共通接続点は、コンデンサC4を介して基準電圧VREFの電源端子に接続されている。また更に、トランジスタTR20のソースは、NチャンネルMOSトランジスタTR21のドレイン、ソースを介して水平信号線17に接続されている。水平信号線17には定電流源16も接続されている。
Further, the common connection point between the capacitor C3 and the transistors TR4, TR16, and TR14 is connected to the source of the N-channel MOS transistor TR19 and the gate of the N-channel MOS transistor TR20 via the N-channel MOS transistors TR17 and TR18 in series. Yes. The source common connection point of the transistors TR18 and TR19 is connected to the power supply terminal of the reference voltage VREF via the capacitor C5. The common connection point of the transistors TR17 and TR18 is connected to the power supply terminal of the reference voltage VREF via the capacitor C4. Furthermore, the source of the transistor TR20 is connected to the
上記のトランジスタTR17、TR18、TR19、TR20は図1に示したスイッチSW5、SW6、SW8、バッファアンプ12に相当し、トランジスタTR21は図1に示したスイッチSW9に相当する。また、水平信号線17は、図1に示した水平信号線13に相当する。
The transistors TR17, TR18, TR19, TR20 correspond to the switches SW5, SW6, SW8, and the
次に、本実施例の動作について図7のタイミングチャートと共に説明する。図7(A)のVS1、VR1は図6の画素1aの出力信号電圧、リセット信号電圧であり、VS2、VR2は画素1bの出力信号電圧、リセット信号電圧である。また、図7(B)はトランジスタTR2のゲート入力電圧SHS、同図(C)はトランジスタTR1のゲート入力電圧SHRを示す。また、図7(D)、(E)、(F)、(G)、(H)は、スイッチング用のトランジスタTR3、TR4、TR11、TR17、TR21のゲートに印加されるスイッチング信号a、b、c、d、H1を示す。このスイッチング信号のハイレベル期間、そのスイッチング信号がゲートに印加されるトランジスタがON状態に制御される。 Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the timing chart of FIG. In FIG. 7A, VS1 and VR1 are the output signal voltage and reset signal voltage of the pixel 1a in FIG. 6, and VS2 and VR2 are the output signal voltage and reset signal voltage of the pixel 1b. 7B shows the gate input voltage SHS of the transistor TR2, and FIG. 7C shows the gate input voltage SHR of the transistor TR1. 7 (D), (E), (F), (G), (H) are switching signals a, b, applied to the gates of the switching transistors TR3, TR4, TR11, TR17, TR21. c, d, and H1 are shown. During the high level period of the switching signal, the transistor to which the switching signal is applied to the gate is controlled to be in the ON state.
更に、図7(I)、(J)は、スイッチング用のトランジスタTR18、TR19のゲートに印加されるスイッチング信号e、fを示す。このスイッチング信号e、fのハイレベル期間、そのスイッチング信号e、fがゲートに印加されるトランジスタTR18、TR19がON状態に制御される。そして、図7(K)は水平信号線17に出力される信号電圧を示す。
7 (I) and 7 (J) show switching signals e and f applied to the gates of the switching transistors TR18 and TR19. During the high level period of the switching signals e and f, the transistors TR18 and TR19 to which the switching signals e and f are applied to the gates are controlled to be in the ON state. FIG. 7K shows the signal voltage output to the
本実施例の動作は図1と共に説明した動作と基本的には同じであり、図6の回路において画素1aからの読み出しと、次の水平ラインの画素1bからの読み出しとを行い、コンデンサC3にて電荷加算を行う。最終的にオペアンプの出力トランジスタTR16のドレイン側出力には、次式で表される信号Vt16sが出力される。 The operation of the present embodiment is basically the same as the operation described with reference to FIG. 1. In the circuit of FIG. 6, reading from the pixel 1a and reading from the pixel 1b of the next horizontal line are performed, and the capacitor C3 Charge addition. Finally, a signal Vt16s represented by the following equation is output to the drain side output of the output transistor TR16 of the operational amplifier.
Vt16s=(C2/C3)×(VS1−VR1+VS2−VR2)−VREF (29)
この信号Vt16sが読み出された後に図7(G)に示すスイッチング信号dにより、トランジスタTR17がON状態になっている期間に、コンデンサC4にこの信号Vt16sが保持される。ここで、コンデンサC4のTR15側端子の電圧Vc4uは次式で表される。
Vt16s = (C2 / C3) x (VS1-VR1 + VS2-VR2) -VREF (29)
After the signal Vt16s is read, the signal Vt16s is held in the capacitor C4 during the period in which the transistor TR17 is turned on by the switching signal d shown in FIG. Here, the voltage Vc4u at the TR15 side terminal of the capacitor C4 is expressed by the following equation.
Vc4u=Vt16s (30)
一方、コンデンサC4の下側の電圧Vc4lは、次式で表される。
Vc4u = Vt16s (30)
On the other hand, the lower voltage Vc41 of the capacitor C4 is expressed by the following equation.
Vc4l=VREF (31)
よって、コンデンサC4に保持される電圧Vc4は次式で表される。
Vc4l = VREF (31)
Therefore, the voltage Vc4 held in the capacitor C4 is expressed by the following equation.
Vc4=Vc4u−Vc4l=Vt16s−VREF (32)
次に、時刻t7にて図7(G)に示すようにスイッチング信号dをローレベルとしてトランジスタTR17をOFF状態とした後、時刻t8にて同図(H)に示すようにスイッチング信号H1をハイレベルとしてトランジスタTR21をON状態とすると共に、同図(I)に示すようにスイッチング信号fをハイレベルとしてトランジスタTR19をON状態とする。これにより、基準電圧VREFがトランジスタTR19のドレイン、ソース、ソースフォロワのトランジスタTR20のゲート、ソース及びトランジスタTR21のドレイン、ソースを経由して水平信号線17へ出力される。このときの水平信号線17の電圧は、次式で表される。
Vc4 = Vc4u-Vc4l = Vt16s-VREF (32)
Next, at time t7, as shown in FIG. 7G, the switching signal d is set to the low level to turn off the transistor TR17. At time t8, the switching signal H1 is set high as shown in FIG. The transistor TR21 is turned on as a level, and the switching signal f is turned high as shown in FIG. Accordingly, the reference voltage VREF is output to the
Vr17=VREF−Vth20 (33)
Vth20:TR20の閾値電圧
また、このとき、コンデンサC5が基準電圧VREFにより充電されてリセットされる。
Vr17 = VREF−Vth20 (33)
Vth20: threshold voltage of TR20 Also, at this time, the capacitor C5 is charged by the reference voltage VREF and reset.
続いて、トランジスタTR17がOFF状態で、かつ、トランジスタTR21がON状態である時刻t9にて、トランジスタTR19をOFF状態にすると共に、図7(J)に示すようにスイッチング信号eをハイレベルにし、トランジスタTR18をON状態にすると、コンデンサC4に保持されている電荷は、トランジスタTR18のドレイン、ソースを通してコンデンサC5に分配される。これにより、コンデンサC5のTR18及びTR19側には次式で表される端子電圧Vc5が生じる。 Subsequently, at time t9 when the transistor TR17 is in the OFF state and the transistor TR21 is in the ON state, the transistor TR19 is turned off, and the switching signal e is set to the high level as shown in FIG. When the transistor TR18 is turned on, the charge held in the capacitor C4 is distributed to the capacitor C5 through the drain and source of the transistor TR18. As a result, a terminal voltage Vc5 expressed by the following equation is generated on the TR18 and TR19 side of the capacitor C5.
Vc5={C4/(C4+C5)}×(Vt16s−VREF)+VREF
={C4/(C4+C5)}×[{(C2/C3)×(VS1-VR1
+VS2−VR2)−VREF}−VREF]+VREF (34)
この端子電圧Vc5は、ソースフォロワのトランジスタTR20のベースに供給され、ソースから出力される。このときのトランジスタTR20のソース電圧Vt20sは次式で表される。
Vc5 = {C4 / (C4 + C5)} × (Vt16s−VREF) + VREF
= {C4 / (C4 + C5)} × [{(C2 / C3) × (VS1-VR1
+ VS2-VR2) -VREF} -VREF] + VREF (34)
This terminal voltage Vc5 is supplied to the base of the transistor TR20 of the source follower and output from the source. At this time, the source voltage Vt20s of the transistor TR20 is expressed by the following equation.
Vt20s=Vc5−Vth20
={C4/(C4+C5)}×{(C2/C3)×(VS1-VR1+VS2
−VR2)−VREF}−VREF+VREF−Vth20 (35)
このソース電圧Vt20sは、トランジスタTR21がON状態の期間(t9〜t10)、水平信号線17へ出力される。これにより、水平信号線17への出力信号は、図7(K)に示すようになる。
Vt20s = Vc5-Vth20
= {C4 / (C4 + C5)} × {(C2 / C3) × (VS1-VR1 + VS2)
−VR2) −VREF} −VREF + VREF−Vth20 (35)
The source voltage Vt20s is output to the
更に、上記の水平信号線17の出力信号は、図1に示したCDS回路部14、あるいは図3に示したCDS回路部24、あるいは図5に示した外部CDS回路部26に供給されて減算されて出力される。このときのCDS回路部14、24又は26の出力電圧Voutは、トランジスタTR21のON電圧を無視すると、(33)式〜(35)式より次式で表される。
Vout=Vr17−Vt20s
=VREF−Vth20−(Vc5−Vth20)
=VREF−Vc5
=−{C4/(C4+C5)}×{(C2/C3)×(VS1-VR1
+VS2−VR2)−2×VREF} (36)
Further, the output signal of the
Vout = Vr17−Vt20s
= VREF-Vth20- (Vc5-Vth20)
= VREF-Vc5
= − {C4 / (C4 + C5)} × {(C2 / C3) × (VS1-VR1)
+ VS2−VR2) −2 × VREF} (36)
従って、本実施例1によれば、(36)式より分かるように、出力信号Vout中のVth20を除去することができるので、カラム毎のVth20のオフセットを抑圧し、FPNを抑圧することができる。また、本実施例1によれば、(28)式、(29)式と同様の式により発生して画素部のFPNを抑圧した信号にのるkTCノイズは、前述したようにコンデンサC4,C5の各容量値をpF程度に大きくしておけば、100μV以下に小さくできるので、出力信号VoutのS/N劣化を抑圧することができる。 Therefore, according to the first embodiment, as can be seen from the equation (36), Vth20 in the output signal Vout can be removed, so that the offset of Vth20 for each column can be suppressed and the FPN can be suppressed. . Further, according to the first embodiment, the kTC noise generated in the signal generated by the same expression as Expressions (28) and (29) and suppressing the FPN of the pixel portion is the capacitors C4 and C5 as described above. If each capacitance value is increased to about pF, S / N deterioration of the output signal Vout can be suppressed.
このように、以上説明した実施の形態及び実施例1によれば、水平信号線端に設けたCDS回路部14、24、26にて、通常読み出し状態での読み出し信号のオフセットを減算して抑圧することができると共に、カラム毎のCDS回路(第1のCDS回路部)で画素部のFPNを抑圧した信号にのるkTCノイズをできる限り小さくして読み出すことができるので、出力信号のS/N劣化を抑圧することができる。
As described above, according to the embodiment and Example 1 described above, the
また、水平信号線端に設けたCDS回路部14、24、26は高速に動作する必要があるが、HDクラスの多画素センサでは、基本的に読み出しチャンネルを複数にする必要があるため、1チャンネル当たりの読み出しスピードを下げる事は可能である。従って、上記の実施の形態及び実施例1によれば、CMOSセンサの性能を上げるために1チャンネル当たりの読み出しスピードを20MHz程度までにしても、水平信号線端に設けたCDS回路部14、24、26のオフセット補正動作は問題なく行える。これにより、上記の実施の形態及び実施例1によれば、DDS回路等では2段目のCDS回路を高速に動作させる事が難しいためにオフセット補正が困難であったHDクラスの多画素の固体撮像素子においてもオフセットを補正することができ、その結果、カラム毎に発生する縦縞状のFPNを抑圧することができ、画質を改善できると共に、出力信号のS/Nの改善もできる。
Further, the
また、上記の実施の形態及び実施例1によれば、トランジスタ4個(図3、図5のS2〜S5)と1個の電流源22、更には必要に応じて1個のバッファアンプ21を追加することでオフセットの補正とkTCノイズの抑圧が可能になり、従来に比べてデバイスの面積も殆ど増加しない構成にできる。また、上記の実施の形態及び実施例1によれば、デジタル回路での補正よりもデバイス面積の増加を小さくできる。
Further, according to the above embodiment and Example 1, four transistors (S2 to S5 in FIGS. 3 and 5), one
更に、図5に示した実施の形態によれば、LSIの外部に設けた2段目の外部CDS回路部26として、CCD用のアナログフロントエンド内のCDS回路を利用してオフセット補正を実現できるため、画質の点からADCをセンサチップ内に持たない場合などは非常に実用的である。
Further, according to the embodiment shown in FIG. 5, offset correction can be realized by using a CDS circuit in the analog front end for CCD as the second stage external
1a、1b 画素
10 CDS回路
11、12、23 オペアンプ
13、17 水平信号線
14、24 第2のCDS回路部
15 オフセット補正回路部
21 バッファアンプ
22 電流源
26 外部CDS回路部
SW1〜SW9、S1〜S5 スイッチ
C1〜C5、C11〜C13 コンデンサ
Tr1、TR20 ソースフォロワを構成するMOSトランジスタ
TR1〜TR4、TR11、TR17〜TR19、TR21 スイッチング用MOSトランジスタ
TR5〜TR10、TR12〜TR16 フォールデットカスコードタイプのオペアンプを構成するMOSトランジスタ
1a,
Claims (2)
列方向に配列された前記画素のリセット時の画素リセット信号を保持する第2の保持手段と、
前記第2の保持手段から転送された電荷を保持する第3の保持手段と、
列方向に配列されている第1の画素からの信号を前記第1の保持手段で保持し、アンプを用いて差動増幅して得た前記第1の画素から読み出された信号と前記第1の画素からの前記画素リセット信号との差分を、前記第2の保持手段で保持した後、前記第1の保持手段を特定の電位にすると共に、前記第2の保持手段に保持されている電荷を前記第3の保持手段に転送する第1の転送手段と、
前記第1の転送手段による電荷転送後に、前記第1の画素に対して列方向に隣接した第2の画素から読み出された信号を前記第1の保持手段で保持した後、前記アンプを用いて差動増幅して得た前記第2の画素から読み出された信号と前記第2の画素からの前記画素リセット信号との差分を、前記第2の保持手段で保持し、続いて前記第1の保持手段を特定の電位にすると共に、前記第2の保持手段に保持されている電荷を前記第3の保持手段に転送して、該第3の保持手段に保持されている前記第1の転送手段で転送した電荷に加算する第2の転送手段と、
前記第2の転送手段による電荷転送により電荷が加算保持された前記第3の保持手段の電位を保持する第4の保持手段と、
前記第4の保持手段に保持された電位を転送する第1のスイッチ手段と、
前記第1のスイッチを介して転送されて前記第4の保持手段に保持された電位を保持する第5の保持手段と、
前記第5の保持手段が前記第4の保持手段に保持された電位を保持する前に、該第5の保持手段を所定電位にリセットするリセット手段と、
水平信号線の端に設けられ、入力信号の減算動作を行う補正回路部と、
前記リセット手段による前記第5の保持手段のリセット開始後から前記第4の保持手段に保持された電位を保持するまでの期間、該第5の保持手段の保持電位を前記水平信号線に出力して前記補正回路部に前記入力信号として供給する第2のスイッチ手段と
を有することを特徴とする固体撮像素子のCDS回路。 First holding that holds, as a charge, a signal read from the pixels arranged in the column direction among the plurality of pixels of the solid-state imaging device in which a plurality of pixels each having photoelectric conversion means are regularly arranged. Means,
Second holding means for holding a pixel reset signal at the time of resetting the pixels arranged in a column direction;
Third holding means for holding the charge transferred from the second holding means;
The signal from the first pixel arranged in the column direction is held by the first holding means, and the signal read from the first pixel obtained by differential amplification using an amplifier and the first After the difference from the pixel reset signal from one pixel is held by the second holding unit, the first holding unit is set to a specific potential and is held by the second holding unit. First transfer means for transferring charge to the third holding means;
After the charge transfer by the first transfer means, the signal read from the second pixel adjacent to the first pixel in the column direction is held by the first holding means, and then the amplifier is used. The difference between the signal read from the second pixel obtained by differential amplification and the pixel reset signal from the second pixel is held by the second holding means, and then the second The first holding unit is set to a specific potential, and the electric charge held in the second holding unit is transferred to the third holding unit, and the first holding unit holds the first holding unit. Second transfer means for adding to the charge transferred by the transfer means;
Fourth holding means for holding the potential of the third holding means in which charges are added and held by charge transfer by the second transfer means;
First switch means for transferring the potential held in the fourth holding means;
Fifth holding means for holding the potential transferred through the first switch and held in the fourth holding means;
Reset means for resetting the fifth holding means to a predetermined potential before the fifth holding means holds the potential held by the fourth holding means;
A correction circuit unit that is provided at the end of the horizontal signal line and performs a subtraction operation of the input signal;
The holding potential of the fifth holding unit is output to the horizontal signal line during a period from the start of resetting the fifth holding unit by the reset unit to the holding of the potential held by the fourth holding unit. And a second switch unit for supplying the correction circuit unit as the input signal.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008194328A JP2010034813A (en) | 2008-07-29 | 2008-07-29 | Cds circuit of solid-state imaging element |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008194328A JP2010034813A (en) | 2008-07-29 | 2008-07-29 | Cds circuit of solid-state imaging element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010034813A true JP2010034813A (en) | 2010-02-12 |
Family
ID=41738808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008194328A Pending JP2010034813A (en) | 2008-07-29 | 2008-07-29 | Cds circuit of solid-state imaging element |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010034813A (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102545627A (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-04 | 三垦电气株式会社 | Constant current power supply device |
WO2013042643A1 (en) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photodetector and method for driving photodetector |
CN103066831A (en) * | 2011-12-07 | 2013-04-24 | 崇贸科技股份有限公司 | Control circuit and control method |
US9086494B2 (en) | 2011-09-23 | 2015-07-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor and X-ray image sensing module including the same |
CN107666570A (en) * | 2016-07-29 | 2018-02-06 | 佳能株式会社 | Imaging device, imaging system and moving body |
-
2008
- 2008-07-29 JP JP2008194328A patent/JP2010034813A/en active Pending
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102545627A (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-04 | 三垦电气株式会社 | Constant current power supply device |
WO2013042643A1 (en) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photodetector and method for driving photodetector |
US9055245B2 (en) | 2011-09-22 | 2015-06-09 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photodetector including difference data generation circuit and data input selection circuit |
US9609244B2 (en) | 2011-09-22 | 2017-03-28 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Photodetector having a first transistor with a channel formed in an oxide semiconductor layer and method for driving photodetector |
US9086494B2 (en) | 2011-09-23 | 2015-07-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor and X-ray image sensing module including the same |
CN103066831A (en) * | 2011-12-07 | 2013-04-24 | 崇贸科技股份有限公司 | Control circuit and control method |
CN107666570A (en) * | 2016-07-29 | 2018-02-06 | 佳能株式会社 | Imaging device, imaging system and moving body |
CN107666570B (en) * | 2016-07-29 | 2021-01-15 | 佳能株式会社 | Imaging apparatus, imaging system, and moving body |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6385192B2 (en) | Imaging apparatus, imaging system, and driving method of imaging system | |
JP5034610B2 (en) | Solid-state imaging device, signal processing method for solid-state imaging device, and imaging device | |
CN102905088B (en) | Solid state image pickup device | |
KR101625394B1 (en) | Method for driving image pickup device, method for correcting digital signal, image pickup device, method for driving image capturing system, and image capturing system | |
JP7374586B2 (en) | Solid-state imaging device, driving method for solid-state imaging device, and electronic equipment | |
JP4474982B2 (en) | Solid-state imaging device and signal processing method for solid-state imaging device | |
JP6561315B2 (en) | Solid-state imaging device | |
KR20090010073A (en) | Video sensor circuit | |
JP6053398B2 (en) | Imaging device driving method, imaging system driving method, imaging device, and imaging system | |
JP2013051527A (en) | Solid-state imaging device and imaging apparatus | |
JP5228961B2 (en) | Amplification circuit and imaging device | |
JP2010114487A (en) | Solid-state image pickup apparatus and image pickup apparatus | |
JP2010034813A (en) | Cds circuit of solid-state imaging element | |
JPWO2011093225A1 (en) | Solid-state imaging device and method for reading signal from pixel array of solid-state imaging device | |
JP2017050669A (en) | Solid-state imaging device and imaging system | |
TW201110688A (en) | Solid-state imaging device | |
US9258505B2 (en) | Imaging apparatus, imaging system, method for driving imaging apparatus, and method for driving imaging system | |
JP2024086838A (en) | Imaging device | |
US20090251572A1 (en) | Efficient wide-range and high-resolution black level and offset calibration system | |
JP2015115745A (en) | Solid-state imaging element, imaging device, and electronic equipment | |
JP2008300941A (en) | Cds circuit of solid-state imaging element | |
JP7214622B2 (en) | Solid-state imaging device and camera system using the same | |
JP2008079072A (en) | Cds circuit of solid imaging device | |
JP2010232804A (en) | Solid-state image pickup element and solid-state image pickup device using the same | |
JP4216141B2 (en) | Charge detection circuit and circuit constant design method thereof |