JP2768736B2 - Charge transfer device - Google Patents
Charge transfer deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、電荷結合素子(CCD;Charge Coupled Devic
e)を用いた電荷転送装置に係り、特に信号入力部に表
面チャネルCCD方式を用い、信号転送部および信号出力
部に埋め込みチャネルCCD方式を用いた電荷転送装置に
関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a charge coupled device (CCD).
More particularly, the present invention relates to a charge transfer device using a surface channel CCD system for a signal input unit and a buried channel CCD system for a signal transfer unit and a signal output unit.
(従来の技術) CCDを用いてアナログ信号を伝送する電荷転送装置を
半導体集積回路内に構成する場合、信号入力部、信号転
送部および信号出力部に埋込みチャネルCCD方式を採用
することにより、高い転送効率、高いサンプリングレー
ト、高い信号対雑音比が得られる。(Prior Art) When a charge transfer device for transmitting an analog signal by using a CCD is configured in a semiconductor integrated circuit, the charge input device, the signal transfer portion, and the signal output portion adopt a buried channel CCD system, thereby increasing the cost. Transfer efficiency, high sampling rate, and high signal-to-noise ratio are obtained.
しかし、この埋込みチャネルCCD方式の問題点として
しばしば挙げられるのが、特に信号入力部における線形
性の劣化であり、この改善を図るために、信号入力部を
表面チャネルCCD方式とした表面チャネルCCD入力方式を
採用することも少なくない。However, one of the problems of the buried channel CCD system is often the deterioration of the linearity particularly at the signal input section, and in order to improve this, the surface channel CCD input is changed to the surface channel CCD system. It is not uncommon to employ a method.
ここで、従来の表面チャネルCCD入力方式を採用した
Nチャネル電荷転送装置の動作原理について説明する。
第7図は、電荷転送装置の構成を簡略化して示すと共
に、動作時における基板内のポテンシャル変化の様子を
示しており、第7図中のクロック発生回路80から出力す
る一対のクロックφ1およびφ2のタイミング関係およ
び電位を第8図に示している。Here, the operation principle of the conventional N-channel charge transfer device employing the surface channel CCD input method will be described.
FIG. 7 shows the configuration of the charge transfer device in a simplified manner, and shows how the potential in the substrate changes during operation. A pair of clocks φ1 and φ2 output from the clock generation circuit 80 in FIG. Is shown in FIG.
即ち、半導体基板表面に、入力ソース領域用の高濃度
不純物(N+)拡散領域70が形成されると共に、これより
離れた位置に電荷注入用井戸を形成するための不純物
(N)拡散領域75が形成され、これに隣接して埋込みチ
ャネル形成用の低濃度不純物(N-)拡散領域76および不
純物(N)拡散領域77が交互に電荷転送方向に形成され
ている。半導体基板上には、ゲート絶縁膜(図示せず)
を介して第1の入力ゲート電極71〜第4の入力ゲート電
極74が順に形成されると共に、転送装置78および蓄積電
極79の対が電荷転送方向に複数組形成されている。この
第1の入力ゲート電極71〜第3の入力ゲート電極73は、
N+拡散領域70とN拡散領域75との間の表面チャネル上に
位置しており、第4の入力ゲート電極74は、N拡散領域
75上に位置している。また、各対の転送電極78および蓄
積電極79は、それぞれ対応してN-拡散領域76およびこれ
に隣接するN拡散領域77の上に位置している。なお、転
送電極78および蓄積電極79は共通に接続されており、第
3の入力ゲート電極73および第4の入力ゲート電極74は
共通に接続されている。That is, a high-concentration impurity (N + ) diffusion region 70 for the input source region is formed on the surface of the semiconductor substrate, and an impurity (N) diffusion region 75 for forming a charge injection well at a position further away from this. A low concentration impurity (N − ) diffusion region 76 and an impurity (N) diffusion region 77 for forming a buried channel are alternately formed in the charge transfer direction. A gate insulating film (not shown) on the semiconductor substrate
, A first input gate electrode 71 to a fourth input gate electrode 74 are sequentially formed, and a plurality of pairs of a transfer device 78 and a storage electrode 79 are formed in the charge transfer direction. The first to third input gate electrodes 71 to 73 are:
The fourth input gate electrode 74 is located on the surface channel between the N + diffusion region 70 and the N diffusion region 75,
Located above 75. The transfer electrode 78 and the storage electrode 79 of each pair are respectively located on the N − diffusion region 76 and the N diffusion region 77 adjacent thereto. Note that the transfer electrode 78 and the storage electrode 79 are commonly connected, and the third input gate electrode 73 and the fourth input gate electrode 74 are commonly connected.
クロック発生回路80は、第8図に示すように互いにほ
ぼ逆相である2層のクロックφ1およびφ2を出力し、
このクロックφ1を第1の入力ゲート電極71および奇数
番目の各対の転送電極78および蓄積電極79に供給し、ク
ロックφ2を第3の入力ゲート電極73および第4の入力
ゲート電極74および偶数番目の各対の転送電極78および
蓄積電極79に供給する。つまり、第1の入力ゲート部71
には第3の入力ゲート部73および第4の入力ゲート部74
とはほぼ逆相のクロックが印加され、この第3の入力ゲ
ート部73および第4の入力ゲート部74には同相のクロッ
クが印加される。そして、第2の入力ゲート電極72には
直流電位Vx(例えばVcc電源電位)が与えられ、入力ソ
ース領域用のN+拡散領域70には直流バイアスと共にアナ
ログ信号入力Vinが与えられる。The clock generation circuit 80 outputs two layers of clocks φ1 and φ2 which are almost in opposite phases to each other as shown in FIG.
The clock φ1 is supplied to the first input gate electrode 71 and the odd-numbered pairs of transfer electrodes 78 and storage electrodes 79, and the clock φ2 is supplied to the third input gate electrode 73, the fourth input gate electrode 74, and the even-numbered Are supplied to the transfer electrode 78 and the storage electrode 79 of each pair. That is, the first input gate unit 71
Have a third input gate unit 73 and a fourth input gate unit 74
And a clock having the same phase as that of the third input gate unit 73 and the fourth input gate unit 74. Then, a DC potential Vx (for example, Vcc power supply potential) is applied to the second input gate electrode 72, and an analog signal input Vin is applied to the N + diffusion region 70 for the input source region together with the DC bias.
上記構成において、クロックφ1およびφ2のレベル
関係(低レベル“L"と高レベル“H"との関係)が第8図
中に示す時点t1,t2,t3,t4に対応する基板内のポテンシ
ャルおよび電荷は第7図中に示すように変化する。In the above configuration, the level relationship between the clocks φ1 and φ2 (the relationship between the low level “L” and the high level “H”) corresponds to the potentials in the substrate corresponding to the times t1, t2, t3, and t4 shown in FIG. The charge changes as shown in FIG.
即ち、時点t1においては、入力ソース領域用のN+拡散
領域70下にはP1のポテンシャルを持つ電荷Qが充満され
ている。このポテンシャルP1は入力信号の直流バイアス
値によって決定され、この時点t1での電荷の転送は行わ
れない。次に、時点t2においては、第1の入力ゲート電
極71下のポテンシャルは第2の入力ゲート電極72下のポ
テンシャルより高い位置へ移動し、第1の入力ゲート電
極71下および第2の入力ゲート電極72下はポテンシャル
P1を持つ電荷で充満される。同時に、奇数番目の転送電
極78および蓄積電極79下のポテンシャルは高い位置へ移
動し、前段から電荷が転送される。次に、時点t3におい
ては、第1の入力ゲート電極71下のポテンシャルは再び
低い位置へ移動し、電荷はポテンシャルP1を保ちつつ、
入力ソース領域用のN+拡散領域70下に戻されるものと、
第2の入力ゲート電極72下に戻されるものとに二分され
る。同時に、奇数番目の転送電極78および蓄積電極79下
のポテンシャルは再び低い位置へ移動し、電荷は蓄積電
極79下に蓄積される。次に、時点t4においては、第2の
入力ゲート電極72下に蓄積されていた電荷は第4の入力
ゲート電極74下に注入される。同時に、偶数番目の転送
電極78および蓄積電極79下のポテンシャルは高い位置へ
移動し、前段から電荷が転送される。以下、上記したよ
うな時点t1〜t4のサイクルの動作と同様な動作が繰返さ
れ、信号電荷の注入および転送が繰返し行われる。That is, at time t1, the charge Q having the potential of P1 is filled under the N + diffusion region 70 for the input source region. This potential P1 is determined by the DC bias value of the input signal, and no charge transfer is performed at this time t1. Next, at time t2, the potential under the first input gate electrode 71 moves to a position higher than the potential under the second input gate electrode 72, and the potential under the first input gate electrode 71 and the second input gate Potential below electrode 72
Filled with charge with P1. At the same time, the potentials under the odd-numbered transfer electrodes 78 and storage electrodes 79 move to higher positions, and charges are transferred from the preceding stage. Next, at time point t3, the potential below the first input gate electrode 71 moves to a lower position again, and the electric charge keeps the potential P1.
What is returned under the N + diffusion region 70 for the input source region;
The second input gate electrode 72 is divided into two. At the same time, the potentials under the odd-numbered transfer electrodes 78 and the storage electrodes 79 move to lower positions again, and the charges are stored under the storage electrodes 79. Next, at time t4, the electric charge accumulated under the second input gate electrode 72 is injected under the fourth input gate electrode 74. At the same time, the potential under the even-numbered transfer electrodes 78 and storage electrodes 79 moves to a higher position, and charges are transferred from the preceding stage. Thereafter, the same operation as the above-described operation in the cycle from time t1 to time t4 is repeated, and injection and transfer of signal charges are repeatedly performed.
第9図は、第1の入力ゲート電極71〜第4の入力ゲー
ト電極74に印加されるゲート電圧VGとそれぞれのゲー
ト電極下に形成されるポテンシャルPWの関係を示す。こ
こで、ゲート電圧VGがあるゲート電圧VGx以下の時に
は、ゲート電圧VGとポテンシャルPWとの関係(電荷転
送特性)は非線形となり、逆に、ゲート電圧VGがある
ゲート電圧VGx以上の時には、ゲート電圧VGとポテン
シャルPWとの関係は線形となる。FIG. 9 shows the relationship between the gate voltage VG applied to the first input gate electrode 71 to the fourth input gate electrode 74 and the potential PW formed under each gate electrode. Here, when the gate voltage VG is lower than a certain gate voltage VGx, the relationship (charge transfer characteristic) between the gate voltage VG and the potential PW becomes non-linear. Conversely, when the gate voltage VG is higher than a certain gate voltage VGx, the gate voltage VG becomes higher. The relationship between VG and potential PW is linear.
ところで、従来は、例えば9VのVcc電源電位を用い、
クロックφ1およびφ2の“H"レベルをVcc電源電位と
する場合には、第2の入力ゲート電極72に印加される直
流電位バイアスを適切な値に設定することにより、信号
入力部での電荷転送を第9図中に示した線形領域Iの範
囲内で行うことが可能であり、信号入力部における線形
性が劣化することなく、信号転送部への電荷の注入が可
能である。By the way, conventionally, for example, using a Vcc power supply potential of 9 V,
When the "H" level of the clocks φ1 and φ2 is set to the Vcc power supply potential, the DC transfer bias applied to the second input gate electrode 72 is set to an appropriate value, so that the charge transfer at the signal input unit is performed. Can be performed within the range of the linear region I shown in FIG. 9, and the charge can be injected into the signal transfer unit without deteriorating the linearity at the signal input unit.
しかし、低消費電力化を図るために低いVcc電源電位
でも動作可能な電荷転送装置を実現しようとする場合、
従来の電荷転送装置の構成のままでクロックφ1および
φ2の“H"レベルをVcc電源電位にしたとしても、この
“H"レベルの電位が従来よりも低くなる。換言すれば、
第1の入力ゲート電極71、第3の入力ゲート電極73、第
4の入力ゲート電極74に印加されるクロックの“H"レベ
ルが従来よりも低くなるので、この第1の入力ゲート電
極71、第3の入力ゲート電極73、第4の入力ゲート電極
74下での電荷転送の一部あるいは全部が第9図中に示し
た非線形領域IIの範囲内で行われることになり、信号入
力部における線形性が劣化することになるという問題が
生じる。However, when attempting to realize a charge transfer device that can operate even at a low Vcc power supply potential in order to reduce power consumption,
Even if the "H" level of the clocks φ1 and φ2 is set to the Vcc power supply potential with the configuration of the conventional charge transfer device, the “H” level potential is lower than in the conventional case. In other words,
Since the "H" level of the clock applied to the first input gate electrode 71, the third input gate electrode 73, and the fourth input gate electrode 74 is lower than in the conventional case, the first input gate electrode 71, Third input gate electrode 73, fourth input gate electrode
Part or all of the charge transfer under 74 is performed within the range of the non-linear region II shown in FIG. 9, which causes a problem that the linearity at the signal input portion is deteriorated.
(発明が解決しようとする課題) 上記したように従来の表面チャネルCCD入力方式を採
用した電荷転送装置は、低い電源電位で動作させること
に伴って入力ゲート部に印加するクロックの“H"レベル
が低くなり、この入力ゲート部での電荷転送の一部ある
いは全部が電荷転送特性の非線形領域の範囲内で行われ
ることになり、信号入力部における線形性が劣化すると
いう問題がある。(Problems to be Solved by the Invention) As described above, the charge transfer device employing the conventional surface channel CCD input method operates at a low power supply potential, and the "H" level of the clock applied to the input gate portion , And part or all of the charge transfer at the input gate portion is performed within the range of the non-linear region of the charge transfer characteristic, which causes a problem that the linearity at the signal input portion is deteriorated.
本発明は、上記問題点を解決すべくなされたもので、
その目的は、低い電源電位を使用する場合でも信号入力
部における線形性が劣化することなく動作可能になり、
低消費電力化を図り得る電荷転送装置を提供することに
ある。The present invention has been made to solve the above problems,
The purpose is to be able to operate without deteriorating the linearity at the signal input part even when using a low power supply potential,
An object of the present invention is to provide a charge transfer device that can achieve low power consumption.
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、信号入力部に表面チャネル電荷結合素子方
式を用いて、信号転送部に埋込みチャネル電荷結合素子
方式を用いた電荷転送装置において、前記信号入力部に
印加されるクロックは、“H"レベルがレベルが、クロッ
クを発生するクロック発生部に供給される電源電位以上
になるように昇圧回路により昇圧されたクロックである
ことを特徴とする。[Means for Solving the Problems] The present invention relates to a charge transfer device using a surface channel charge-coupled device method for a signal input unit and a buried channel charge-coupled device method for a signal transfer unit. The clock applied to the signal input unit is a clock boosted by a boosting circuit so that the “H” level is equal to or higher than a power supply potential supplied to a clock generation unit that generates a clock. I do.
(作用) この電荷転送装置おける動作原理は、前述した従来の
電荷転送装置と比べて、基本的な動作は同様であるが、
信号入力部には“H"レベルがレベルが、クロックを発生
するクロック発生部に供給される電源電位以上になるよ
うに昇圧されたクロックが印加されているので、信号入
力部ではポテンシャルのより高いところで信号電荷が取
扱われるようになる。(Operation) The operation principle of this charge transfer device is basically the same as that of the above-described conventional charge transfer device.
A clock whose voltage has been boosted so that the “H” level is equal to or higher than the power supply potential supplied to the clock generation unit that generates the clock is applied to the signal input unit, so that the signal input unit has a higher potential. By the way, signal charges are handled.
従って、低消費電力化を図るために低い電源電位を使
用し、昇圧されたクロックの“H"レベルが従来の電源電
位に対して例えばほぼ同じになるように昇圧すれば、信
号入力部における電荷転送を完全に線形領域の範囲内で
行うことが可能であり、信号入力部における線形性が劣
化することはない。なお、前記信号転送部に印加される
クロックの“H"レベルを電源電位にすると、このクロッ
クの“H"レベルの電位は従来よりも低くなるが、信号転
送部は埋め込みチャネルCCD方式を用いているので、線
形性が劣化しない。Therefore, if a low power supply potential is used to reduce the power consumption and the "H" level of the boosted clock is boosted to, for example, substantially the same as the conventional power supply potential, the electric charge at the signal input unit is increased. The transfer can be performed completely within the range of the linear region, and the linearity at the signal input unit does not deteriorate. When the “H” level of the clock applied to the signal transfer unit is set to the power supply potential, the “H” level potential of this clock becomes lower than before, but the signal transfer unit uses the embedded channel CCD method. Therefore, the linearity does not deteriorate.
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明
する。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第1図は、表面チャネルCCD入力方式を採用した電荷
転送装置の構成を簡略化して示すと共に、動作時におけ
る基板内のポテンシャルおよび電荷の変化の様子を示し
ており、第7図を参照して前述した従来の電荷転送装置
と比べて、(1)クロック発生回路10から前記したよう
な一対のクロックφ1,φ2および、これらと同様の互い
にほぼ逆相の二相の一対のクロックφ1′,φ2′が出
力し、この一対のクロックφ1′,φ2′がパルス昇圧
回路11に入力し、ここで“H"レベルがクロック発生回路
10に供給される電源電位Vcc以上の電位になるように昇
圧された互いにほぼ逆相の二相のクロックφ1″および
φ2″が前記一対のクロックφ1およびφ2に代わって
信号入力部の第1の入力ゲート電極71および第3の入力
ゲート電極73、第4の入力ゲート電極74に印加されてい
る点が異なり、その他は同じであるので第7図中と同一
符号を付している。FIG. 1 shows a simplified configuration of a charge transfer device employing a surface channel CCD input method, and shows how the potential and charge in the substrate change during operation. Compared with the above-described conventional charge transfer device, (1) a pair of clocks φ1 and φ2 as described above and a pair of two-phase clocks φ1 ′ and φ2 having substantially opposite phases to each other are generated from the clock generation circuit 10. And the pair of clocks φ1 ′ and φ2 ′ are input to the pulse booster circuit 11, where the “H” level changes to the clock generation circuit.
The two-phase clocks φ1 ″ and φ2 ″ of substantially opposite phases, which are boosted to a potential equal to or higher than the power supply potential Vcc supplied to 10, are replaced with the first pair of clocks φ1 and φ2 at the first signal input unit. The difference is that the voltage is applied to the input gate electrode 71, the third input gate electrode 73, and the fourth input gate electrode 74, and the other components are the same.
即ち、第1図において、半導体基板表面に、入力ソー
ス領域用の高濃度不純物(N+)拡散領域70が形成される
と共に、これより離れた位置に電荷注入用井戸を形成す
るための不純物(N)拡散領域75が形成され、これに隣
接して埋込みチャネル形成用の低濃度不純物(N-)拡散
領域76および不純物(N)拡散領域77が交互に電荷転送
方向に形成されている。半導体基板上にゲート絶縁膜
(図示せず)を介して第1の入力ゲート電極71〜第4の
入力ゲート電極74が順に形成されると共に、転送電極78
および蓄積電極79の対が電荷転送方向に複数組形成され
ている。この第1の入力ゲート電極71〜第3の入力ゲー
ト電極73は、N+拡散領域70とN拡散領域75との間の表面
チャネル上に位置しており、第4の入力ゲート電極74
は、N拡散領域75上に位置している。That is, in FIG. 1, a high-concentration impurity (N + ) diffusion region 70 for an input source region is formed on the surface of a semiconductor substrate, and an impurity for forming a charge injection well at a position further away from the high concentration impurity (N + ) region. An N) diffusion region 75 is formed, and adjacent thereto, low-concentration impurity (N − ) diffusion regions 76 and impurity (N) diffusion regions 77 for forming a buried channel are alternately formed in the charge transfer direction. A first input gate electrode 71 to a fourth input gate electrode 74 are sequentially formed on a semiconductor substrate via a gate insulating film (not shown), and a transfer electrode 78 is formed.
A plurality of pairs of the storage electrodes 79 are formed in the charge transfer direction. The first input gate electrode 71 to the third input gate electrode 73 are located on a surface channel between the N + diffusion region 70 and the N diffusion region 75, and the fourth input gate electrode 74
Are located on the N diffusion region 75.
また、各対の転送電極78および蓄積電極79は、それぞ
れ対応してN-拡散領域76および、これに隣接するN拡散
領域77の上に位置している。なお、上記各対の転送電極
78および蓄積電極79は共通に接続されており、第3の入
力ゲート電極73および第4の入力ゲート電極74は共通に
接続されている。入力ソース領域用のN+拡散領域70には
従来通り直流バイアスと共にアナログ信号入力Vinが与
えられ、前記第2の入力ゲート電極72には従来通り直流
電位Vxが与えられ、奇数番目の各対の転送電極78および
蓄積電極89には従来通りクロックφ1が印加され、偶数
番目の各対の転送電極78および蓄積電極79には従来通り
クロックφ2が印加される。The transfer electrode 78 and the storage electrode 79 of each pair are respectively located on the N − diffusion region 76 and the N diffusion region 77 adjacent thereto. In addition, each pair of transfer electrodes
The 78 and the storage electrode 79 are commonly connected, and the third input gate electrode 73 and the fourth input gate electrode 74 are commonly connected. An analog signal input Vin is applied to the N + diffusion region 70 for the input source region together with a DC bias as in the conventional case, and the DC potential Vx is applied to the second input gate electrode 72 as in the conventional case. The clock φ1 is applied to the transfer electrode 78 and the storage electrode 89 as usual, and the clock φ2 is applied to the even-numbered pairs of the transfer electrode 78 and the storage electrode 79 as before.
そして、本実施例では、第1の入力ゲート電極71には
クロックφ1″が印加され、第3の入力ゲート電極73お
よび第4の入力ゲート電極74にはクロックφ2″が印加
される。In this embodiment, the clock φ1 ″ is applied to the first input gate electrode 71, and the clock φ2 ″ is applied to the third input gate electrode 73 and the fourth input gate electrode 74.
第2図は、各クロックφ1,φ2,φ1′,φ2′,φ
1″,φ2″のタイミング関係および電位を示してい
る。ここで、Vcc+Vaは昇圧電位を示している。FIG. 2 shows each of the clocks φ1, φ2, φ1 ', φ2', φ
The timing relationship and potential of 1 ″ and φ2 ″ are shown. Here, Vcc + Va indicates a boosted potential.
上記実施例の電荷転送装置において、第2図中に示す
時点t1,t2,t3,t4に対応する基板内のポテンシャルおよ
び電荷は第1図中に実線で示すように変化し、第1の入
力ゲート電極71〜第4の入力ゲート電極74に印加される
ゲート電圧VGと、それぞれのゲート電極下に形成され
るポテンシャルPWの関係は第9図に示したようになる。In the charge transfer device of the above embodiment, the potential and charge in the substrate corresponding to the time points t1, t2, t3, and t4 shown in FIG. 2 change as shown by the solid line in FIG. The relationship between the gate voltage VG applied to the gate electrode 71 to the fourth input gate electrode 74 and the potential PW formed below each gate electrode is as shown in FIG.
即ち、上記実施例の電荷転送装置における基本的な動
作は、第7図を参照して前述した従来の電荷転送装置と
同様であるのでその説明を省略するが、信号入力部には
“H"レベルがVcc電源電位以上になるように昇圧された
クロックφ1″およびφ2″が印加されているので、信
号入力部ではポテンシャルのより高いところで信号電荷
が取り扱われている点が従来の電荷転送装置と異なる。That is, the basic operation of the charge transfer device of the above embodiment is the same as that of the conventional charge transfer device described above with reference to FIG. Since the clocks φ1 ″ and φ2 ″ which have been boosted so that the level becomes equal to or higher than the Vcc power supply potential are applied, the signal charge is handled at a higher potential at the signal input portion. different.
従って、上記実施例の電荷転送装置によれば、低消費
電力化を図るために低いVcc電源電位を使用した場合、
信号入力部に印加されるクロックφ1″およびφ2″の
“H"レベルが従来のVcc電源電位に対して例えばほぼ同
じになるように昇圧すれば、信号入力部における電荷転
送を完全に第9図中の線形領域Iの範囲内で行うことが
可能であり、信号入力部における線形性が劣化すること
はない。Therefore, according to the charge transfer device of the above embodiment, when a low Vcc power supply potential is used to reduce power consumption,
If the "H" level of the clocks φ1 ″ and φ2 ″ applied to the signal input unit is boosted so as to be, for example, substantially the same as the conventional Vcc power supply potential, the charge transfer in the signal input unit is completely completed. This can be performed within the range of the middle linear region I, and the linearity at the signal input portion does not deteriorate.
また、前記信号転送部に印加されるクロックφ1およ
びφ2の“H"レベルをVcc電源電位にすると、このクロ
ックφ1およびφ2の“H"レベルの電位は従来よりも低
くなるが、信号転送部は押込みチャネルCCD方式を用い
ているので、線形性が劣化しない。When the "H" level of the clocks φ1 and φ2 applied to the signal transfer unit is set to the Vcc power supply potential, the potential of the “H” level of the clocks φ1 and φ2 becomes lower than before, but the signal transfer unit Since the indented channel CCD method is used, the linearity does not deteriorate.
また、上記実施例の電荷転送装置によれば、従来と同
様のVcc電源電位(例えば9V)を用い、クロックφ1お
よびφ2の“H"レベルをVcc電源電位にした場合でも、
信号入力部には“H"レベルがVcc電源電位よりも高レベ
ルのクロックφ1″およびφ2″が印加されるので、信
号入力部における線形性は良好である。Further, according to the charge transfer device of the above embodiment, even when the "H" level of the clocks φ1 and φ2 is set to the Vcc power supply potential using the same Vcc power supply potential (for example, 9 V) as the conventional one,
Since the clocks φ1 ″ and φ2 ″ whose “H” level is higher than the Vcc power supply potential are applied to the signal input portion, the linearity in the signal input portion is good.
なお、前記第3の入力ゲート電極73および第4の入力
ゲート電極74は共通に接続されているので、これらに印
加すべきクロックφ2″を出力するための昇圧回路部が
1個で済み、しかも、第3の入力ゲート電極73および第
4の入力ゲート電極74に対する印加クロックのタイミン
グを一致させることが容易になる。Since the third input gate electrode 73 and the fourth input gate electrode 74 are connected in common, only one booster circuit for outputting the clock φ2 ″ to be applied to them is required. , The timings of the clocks applied to the third input gate electrode 73 and the fourth input gate electrode 74 can be easily matched.
また、第1図中、実線で示したポテンシャルおよび電
荷は、第2の入力ゲート電極72にVcc電源電位が印加さ
れる上記実施例に対応しているが、他の実施例として、
第2の入力ゲート電極72にVcc電源電位以上に昇圧され
た適切な直流電位を印加すれば、ポテンシャルおよび電
荷は第1図中に点線で示すようになる。このようにすれ
ば、第2の入力ゲート電極72下に蓄積された入力電荷の
うち、“H"レベルのクロックφ2″が第3の入力ゲート
電極73および第4の入力ゲート電極74に印加された時の
第3の入力ゲート電極73下のポテンシャルより低い電荷
のみ転送するモードを実現できるようになり、線形性が
よく、転送効率が高い電荷転送装置を実現できる。In FIG. 1, the potentials and charges shown by solid lines correspond to the above-described embodiment in which the Vcc power supply potential is applied to the second input gate electrode 72, but as another embodiment,
When an appropriate DC potential that has been boosted above the Vcc power supply potential is applied to the second input gate electrode 72, the potential and charge become as shown by the dotted lines in FIG. In this way, among the input charges stored under the second input gate electrode 72, the “H” level clock φ2 ″ is applied to the third input gate electrode 73 and the fourth input gate electrode 74. In this case, a mode in which only charges lower than the potential below the third input gate electrode 73 at the time of transfer can be realized, and a charge transfer device with good linearity and high transfer efficiency can be realized.
第3図は、パルス昇圧回路11の一具体例として、クロ
ックφ2″昇圧回路部を示している。即ち、Vcc電源電
位と接地電位Vssとの間に、それぞれドレイン・ゲート
が接続された第1のNチャネルMOSトランジスタN1およ
び第2のNチャネルMOSトランジスタN2が直列に接続さ
れている。この2個のトランジスタの直列接続点30と昇
圧出力ノード31との間に第3のNチャネルMOSトランジ
スタN3が接続され、この昇圧出力ノード31にブートスト
ラップ用の容量Cの一端が接続されている。そして、第
3のトランジスタN3のゲートにクロックφ1′が入力
し、容量Cの他端にクロックφ2′が入力する。3 shows a clock φ2 ″ booster circuit section as a specific example of the pulse booster circuit 11. That is, a first circuit in which the drain and the gate are connected between the Vcc power supply potential and the ground potential Vss, respectively. The N-channel MOS transistor N1 and the second N-channel MOS transistor N2 are connected in series, and a third N-channel MOS transistor N3 is connected between the series connection point 30 of the two transistors and the boosted output node 31. Is connected to one end of a bootstrap capacitor C. The clock φ1 ′ is input to the gate of the third transistor N3, and the clock φ2 ′ is connected to the other end of the capacitor C. Enter.
クロックφ2″昇圧回路部において、2個のトランジ
スタN1およびN2の直列接続点30の電位VaはVcc電源電位
が2個のトランジスタN1およびN2により抵抗分割された
一定値に保たれている。クロックφ1′が“H"レベル、
クロックφ2′が“L"レベルの時、第3のトランジスタ
N3はオンし、容量Cは前記電位Vaに充電される。次に、
クロックφ1′が“L"レベル、クロックφ2′が“H"レ
ベルになると、第3のトランジスタN3はオフになり、昇
圧出力ノード31の電位VbはVcc+Vaの電位まで昇圧され
る。これにより、昇圧出力ノード31には、クロックφ
2′と同相で“L"レベルの電位がVa、“H"レベルの電位
がVcc+Vaの昇圧されたクロックφ2″が出力すること
になる。In the clock φ2 ″ booster circuit section, the potential Va of the series connection point 30 of the two transistors N1 and N2 is maintained at a constant value obtained by dividing the Vcc power supply potential by resistance by the two transistors N1 and N2. ′ Is “H” level,
When the clock φ2 'is at "L" level, the third transistor
N3 is turned on, and the capacitor C is charged to the potential Va. next,
When the clock φ1 ′ goes to “L” level and the clock φ2 ′ goes to “H” level, the third transistor N3 is turned off, and the potential Vb of the boosted output node 31 is boosted to the potential of Vcc + Va. As a result, the clock φ
2 ′, the “L” level potential is Va, and the “H” level potential is Vcc + Va. The boosted clock φ2 ″ is output.
一方、クロックφ1″昇圧回路部は、上記と同様に構
成されるが、第3のトランジスタN3のゲートにクロック
φ2′が入力し、容量Cの他端にクロックφ1′が入力
する。On the other hand, the clock φ1 ″ booster circuit is configured in the same manner as described above, except that the clock φ2 ′ is input to the gate of the third transistor N3, and the clock φ1 ′ is input to the other end of the capacitor C.
なお、パルス昇圧回路は上記具体例に限らず、各種の
変形実施が可能である。Note that the pulse booster circuit is not limited to the above specific example, and various modifications can be made.
また、クロック発生回路10から一対のクロックφ1,φ
2のみを出力させ、これを分岐させて一対のクロックφ
1′,φ2′の代わりにパルス昇圧回路11に入力させる
ようにしてもよい。Further, a pair of clocks φ1, φ
2 is output, this is branched, and a pair of clocks φ
Instead of 1 ′ and φ2 ′, they may be input to the pulse booster circuit 11.
また、上記各実施例において、第2の入力ゲート部お
よび/あるいは第4の入力ゲート部をN+拡散領域で形成
するように変形してもよく、この変形例を第4図乃至第
6図に示す。In each of the above embodiments, the second input gate portion and / or the fourth input gate portion may be modified so as to be formed of an N + diffusion region. Shown in
第4図の電荷転送装置は、第1図に示した電荷転送装
置と比べて、第2の入力ゲート電極(第1図72)下に相
当する基板部分にN+拡散領域41を形成し、このN+拡散領
域41に直流電位Vx(あるいはVcc電源電位以上に昇圧さ
れた直流電位)を印加し、第2の入力ゲート電極(第1
図72)を省略した点が異なり、その他は同じであるので
第1図中と同一符号を付しており、第2図中に示す時点
t1,t2,t3,t4に対応する基板内のポテンシャルおよび電
荷は図示のように変化する。The charge transfer device shown in FIG. 4 is different from the charge transfer device shown in FIG. 1 in that an N + diffusion region 41 is formed in a substrate portion under a second input gate electrode (FIG. 1). A DC potential Vx (or a DC potential boosted to a Vcc power supply potential or higher) is applied to the N + diffusion region 41, and a second input gate electrode (first
FIG. 72) is omitted, and the other parts are the same. Therefore, the same reference numerals as those in FIG.
The potential and charge in the substrate corresponding to t1, t2, t3, t4 change as shown.
第5図の電荷転送装置は、第1図に示した電荷転送装
置と比べて、第4の入力ゲート電極(第1図74)下に相
当する基板部分およびN拡散領域75部分にN+拡散領域51
を形成し、このN+拡散領域51にクロックφ2″を印加
し、第4の入力ゲート電極(第1図74)を省略した点が
異なり、その他は同じであるので第1図中と同一符号を
付しており、第2図中に示す時点t1,t2,t3,t4に対応す
る基板内のポテンシャルおよび電荷は図示のように変化
する。The charge transfer device shown in FIG. 5 is different from the charge transfer device shown in FIG. 1 in that the N + -diffused substrate portion and the N-diffusion region 75 below the fourth input gate electrode (FIG. 74) are used. Region 51
The difference is that a clock φ2 ″ is applied to this N + diffusion region 51, and the fourth input gate electrode (FIG. 74) is omitted, and the other components are the same. The potential and charge in the substrate corresponding to time points t1, t2, t3, and t4 shown in FIG. 2 change as shown.
第6図の電荷転送装置は、第1図に示した電荷転送装
置と比べて、第2の入力ゲート電極(第1図72)下に相
当する基板部分にN+拡散領域61を形成すると共に、第4
の入力ゲート電極(第1図74)下に相当する基板部分お
よびN拡散領域75部分にN+拡散領域62を形成し、N+拡散
領域61に直流電位Vx(あるいはVcc電源電位以上に昇圧
された直流電位)を印加し、また、N+拡散領域62にクロ
ックφ2″を印加し、第2の入力ゲート電極(第1図7
2)および第4の入力ゲート電極(第1図74)を省略し
た点が異なり、その他は同じであるので第1図中と同一
符号を付しており、第2図中に示す時点t1,t2,t3,t4に
対応する基板内のポテンシャルおよび電荷は図示のよう
に変化する。The charge transfer device shown in FIG. 6 is different from the charge transfer device shown in FIG. 1 in that an N + diffusion region 61 is formed in a substrate portion below a second input gate electrode (FIG. 72). , Fourth
An N + diffusion region 62 is formed in the substrate portion and the N diffusion region 75 below the input gate electrode (FIG. 74), and the DC potential Vx (or Vcc power supply potential or more) is raised in the N + diffusion region 61. Applied to the N + diffusion region 62, and a clock φ2 ″ to the second input gate electrode (FIG. 7).
2) and the fourth input gate electrode (FIG. 74) are omitted, and the other components are the same. Therefore, they are denoted by the same reference numerals as those in FIG. The potential and charge in the substrate corresponding to t2, t3, t4 change as shown.
[発明の効果] 上述したように本発明の電荷転送装置によれば、低い
電源電位を使用する場合でも信号入力部における線形性
が劣化することなく動作可能になり、低消費電力化に伴
う様々な効果を得ることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the charge transfer device of the present invention, even when a low power supply potential is used, the operation can be performed without deteriorating the linearity in the signal input unit, and various factors associated with lower power consumption can be achieved. Effects can be obtained.
第1図は本発明の電荷転送装置の一実施例を示す構成説
明図、第2図は第1図中の各クロックのタイミング関係
および電位を示すタイミング図、第3図は第1図中のパ
ルス昇圧回路の一部の一具体例を示す回路図、第4図乃
至第6図はそれぞれ第1図の電荷転送装置の変形例を示
す構成説明図、第7図は従来の電荷転送装置の一例を示
す構成説明図、第8図は第7図中の各クロックのタイミ
ング関係および電位を示すタイミング図、第9図は第1
図の電荷転送装置および第7図の電荷転送装置における
入力ゲート電極に印加されるゲート電圧VGとゲート電
極下に形成されるポテンシャルPWの関係を示す特性図で
ある。 10……クロック発生回路、11……パルス昇圧回路、41,5
1,61,62,70……N+拡散領域、71……第1の入力ゲート電
極、72……第1の入力ゲート電極、73……第3の入力ゲ
ート電極、74……第4の入力ゲート電極、75,77……N
拡散領域、76……N-拡散領域、78……転送電極、79……
蓄積電極、φ1,φ2……クロック、φ1″,φ2″……
昇圧されたクロック、Vin……アナログ入力信号、Vx…
…直流電位。FIG. 1 is an explanatory view showing the configuration of an embodiment of the charge transfer device of the present invention, FIG. 2 is a timing diagram showing the timing relationship and potential of each clock in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing a specific example of a part of the pulse booster circuit. FIGS. 4 to 6 are explanatory diagrams each showing a modification of the charge transfer device of FIG. 1, and FIG. FIG. 8 is a timing chart showing timing relationships and potentials of respective clocks in FIG. 7, and FIG.
8 is a characteristic diagram showing a relationship between a gate voltage VG applied to an input gate electrode and a potential PW formed under the gate electrode in the charge transfer device shown in FIG. 7 and the charge transfer device shown in FIG. 10 …… Clock generation circuit, 11 …… Pulse booster circuit, 41,5
1,61,62,70... N + diffusion region, 71... First input gate electrode, 72... First input gate electrode, 73... Third input gate electrode, 74. Input gate electrode, 75,77 ... N
Diffusion region, 76 …… N - diffusion region, 78 …… Transfer electrode, 79 ……
Storage electrode, φ1, φ2 clock, φ1 ″, φ2 ″
Boosted clock, Vin …… Analog input signal, Vx…
... DC potential.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−123037(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 29/768 H01L 21/339────────────────────────────────────────────────── (5) References JP-A-3-123037 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H01L 29/768 H01L 21/339
Claims (4)
部と、この信号入力部から注入された電荷を転送する埋
込みチャネル電荷結合素子方式を用いた信号転送部と、
クロックを発生するクロック発生部とを具備し、前記信
号入力部は、不純物拡散領域と第1の入力ゲート部およ
び第2の入力ゲート部および第3の入力ゲート部および
第4の入力ゲート部が順に形成され、前記不純物拡散領
域には入力信号および直流バイアスが印加され、前記第
1の入力ゲート部は前記クロック発生部で発生される第
1のクロックで制御され、前記第2の入力ゲート部には
所定の直流電位が印加され、前記第3の入力ゲート部お
よび第4の入力ゲート部は前記クロック発生部で発生さ
れ、前記第1のクロックとはほぼ逆相の第2のクロック
で制御される電荷転送装置において、 前記信号入力部を制御する前記第1および第2のクロッ
クは、“H"レベルが前記クロック発生部に供給される電
源電位以上になるように昇圧回路により昇圧されたクロ
ックであることを特徴とする電荷転送装置。A signal input unit of a surface channel charge-coupled device type; a signal transfer unit of a buried channel charge-coupled device type for transferring charges injected from the signal input unit;
A clock generating unit for generating a clock, wherein the signal input unit includes an impurity diffusion region, a first input gate unit, a second input gate unit, a third input gate unit, and a fourth input gate unit. An input signal and a DC bias are applied to the impurity diffusion region, the first input gate section is controlled by a first clock generated by the clock generation section, and the second input gate section Is applied with a predetermined DC potential, and the third input gate section and the fourth input gate section are generated by the clock generation section, and controlled by a second clock having a phase substantially opposite to that of the first clock. In the charge transfer device, the first and second clocks for controlling the signal input unit are supplied to a booster circuit so that the “H” level becomes equal to or higher than a power supply potential supplied to the clock generation unit. Charge transfer device which is a boosted clock Ri.
“H"レベルが前記クロック発生部に供給される電源電位
になるクロックであることを特徴とする請求項1記載の
電荷転送装置。2. A clock applied to the signal transfer unit,
2. The charge transfer device according to claim 1, wherein the "H" level is a clock that becomes a power supply potential supplied to the clock generation unit.
電位は、前記クロック発生部に供給される電源電位以上
に昇圧された直流電位であることを特徴とする請求項1
または2記載の電荷転送装置。3. The DC potential applied to the second input gate unit is a DC potential boosted to a power supply potential supplied to the clock generation unit or higher.
Or the charge transfer device according to 2.
ゲート部は共通に接続されていることを特徴とする請求
項1または2または3記載の電荷転送装置。4. The charge transfer device according to claim 1, wherein said third input gate and said fourth input gate are connected in common.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP13519789A JP2768736B2 (en) | 1989-05-29 | 1989-05-29 | Charge transfer device |
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JPH031548A JPH031548A (en) | 1991-01-08 |
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Family Applications (1)
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KR101460818B1 (en) | 2007-01-23 | 2014-11-11 | 인터실 아메리카스 엘엘씨 | Pipeline charge area Analogue error correction of analog-to-digital converters |
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1989
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