固态图像拾取器件及其箝位控制方法.pdf

具体实施方式

将参照附图描述本发明的各个实施例。

图1是表示解释本发明的工作原理的相应信号的状态的时序图。

按照这个实施例的固态图像拾取器件，图1的时序图表示水平定时周期
(H定时)30、模拟FE的输出信号(DRVout)31、使模拟FE执行箝位操
作的箝位控制信号(CLPOB)32、在模拟FE的AGC电路的箝位时间对应Y
一电压状态的AGCCLP 33和噪声干扰A和B的定时34-1和34-2。

DRVout信号31包括位于1H周期之前的黑参考周期(前OPB部分)
31-1期间、位于1H周期之后的黑参考周期(后OPB部分)31-2期间、和上
述各黑参考周期之间的有效周期31-3期间的信号。

在这种情况下，由第一CLPOB信号32-1对前黑参考周期的信号31-1
区域进行箝位操作。即，仅CLPOB信号32-1期间模拟FE的反馈环电路进
行操作，使得输出DRVout 31，即基于前OPB部分31-1的一部分的黑参考
周期的电压与后面描述的参考信号电压Vref相同。

即使由于相同IC中的温度变化，DRVout电压31的前OPB部分31-1
的电压电平变化，也可以通过如上所述的反馈操作强迫设置为固定的Vref
电压。

即，输出电压DRVout的参考信号电压31-1被设置为在所有时间具有固
定值的输出电压值Vref，而与温度变化无关。如上所述，可以通过使输出电
压DRVout 31-1在第一CLPOB周期32-1期间进行反馈操作，抑制温度变化
的作用。

在这个实施例中，由于噪声干扰，提供在反馈箝位周期33-1期间调整
反馈环增益的电流电压变换电路，因此抑制在反馈时间出现在电源或地的噪
声(噪声干扰34-1A)。

另外，利用一个线路装备从IC外部连接具有大容量的外接电容(第一
电容元件)，在除了反馈箝位周期(噪声干扰34-1B)之外的周期33-2期间，
通过该线路没有外部噪声从连接到外部电容的外部连接终端污染进来。

将接着描述实施本发明特征的具体实施例。在下面的实施例中，与现有
技术相同的构成部件由相同的标号表示。

图2是表示按照本发明第一实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结构
的框图。

模拟FE被设计为电压-电流变换电路(衰减放大器)36加到如图15所
示的常规模拟FE的结构中，并且CDS电路3、AGC电路4、LPF电路5、
DRV放大器6等与图15相同。另外，从外部连接到模拟FE1的电容9、15
等也与图15相同。在这种情况下，外部电容9对应于如上所述的第一电容
元件。

与图15的情况一样，箝位电路18装备有反馈环18A、开关18B、参考
电压源11和OP放大器(运算装置)12，并且电压-电流变换电路36被装备
作为反馈环18A的开关18B与AGC电路4之间的增益控制装置。

在箝位电路18中，通过对由OP放大器12输出的差分信号的电压变化
值ΔVout进行电压-电流变换，小于电压变化值ΔVout的电压值ΔVfb(ΔVfb
＜ΔVout)作为增益控制信号被输出到AGC电路4。

这里，因为OP放大器12将输入信号差(DRVout-Vref)作为大电压
输出ΔVout馈送到AGC电路4，有效地使模拟FE1的输出电压DRVout与参
考电压Vref相同。

但是，例如，来自OP放大器12的电源或地的噪声污染也被OP放大器
12的大放大系数放大，使得噪声也被放大。因此，为了抑制噪声的作用，控
制反馈环增益的电路不可缺少地装备到反馈环18A中。

从而，按照这个实施例，插入将电压变换为相应电流的电压-电流变换
电路36，并且利用这个电路来控制反馈环增益。

这里，电压-电流变换电路36的输出成为电流变化量Δifb，并且被表示
为相应于图2中的电流变化量的电压变化量Δvfb。

在这个实施例中，电压-电流变换电路36被用作反馈环增益的增益控制
装置。然而，电流-电压变换电路、电流-电流变换电路、或电压-电压变换电
路也可以用作增益控制装置。即，只要是可以抑制反馈环增益，任何装置都
可以在被利用范围之列。简言之，这个实施例的特征在于，除了用于输出信
号与参考信号比较的OP放大器12外，可以控制反馈环增益的任何装置都可
以插入到反馈环中。

图3是表示如图2所示第一实施例的结构中增益控制装置的控制操作的
具体例子的图，并且该图表示出电压-电流变换电路36的控制电压ΔVfb的变
化(纵坐标)相对于对应OP放大器12的输入的输出信号DRVout的变化(横
坐标)。

如图3的实线C所示，当反馈环的增益大时，相对于输出信号DRVout
的小的变化的反馈的电压变化ΔVout增加，并且模拟FE1对OP放大器12等
对电源和地的噪声变化反映弱。

因此，如图3的虚线D所示，通过插入电压-电流变换电路36，反馈环
增益被降低到一预定幅度或者更小，从而改进了相对于噪声变化的特性。

即，通过保持如下不等式：ΔVfb＜ΔVout，可以抑制OP放大器12和电
压-电流变换电路36来自电源和地的噪声污染。这相应于反馈环操作周期(图
1的CLPOB周期32-1)的噪声干扰A。

图4是表示按照本发明第二实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结构
的框图。

这个实施例的模拟FE具有与图2基本相同的结构。但是，这个实施例
不同于图2所示的地方是，用于保持反馈环18A电压的电容(第二电容元件)
41是装备在输入到OP放大器12的反馈环18A上，和开关18B装备在电容
41的下游侧(在输出端(7)侧)。即，在这个实施例中，即使在开关18B设
置为“断开”状态，连接到外部连接端14的电容15防止处于浮动状态，以
便抑制来自连接到外部连接端的电容15的各种噪声污染(交流声噪声、外
部潜入噪声、电源/地噪声)。这对应于图1的噪声干扰B(34-2)。

其它部分与图2是相同的，因此，省略对它们的描述。

图5是表示按照本发明第三实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结构
的框图。

在这个实施例中，电容42装备在模拟FE1以替代连接到如图2所示的
外部连接端的电容15。这种电路结构没必要用外部连接端，并带来如下作用。

第一个作用是如果外部连接端引出，则不可避免的从外部连接端本身引
入任何的噪声污染，而这个实施例可以防止这些噪声污染。

第一个作用是如果具有约0.1μF到10μF的大容量值电容元件装备到外
部端子上，该电容元件的体积可能很大并从而难以使系统的整个结构小型
化，而这个实施例可以通过在IC上提供该电容元件实现小型化。

其它部分与图2是相同的，并省略对它们的描述。

图6是表示按照本发明第四实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结构
的框图。

在这个实施例中，用于转换OP放大器12的输入端的开关44、45，内
部电容46和用于转换电容46的连接的开关47新装备到模拟FE上。

即，在这个实施例中，反馈环18A装备有两个路径18D、18E，它们直
接从OP放大器12的两个输入端侧连接到输出端侧。内部电容46和开关47
装备在正向输入端(参考电压源11)侧的路径18E。

装备到OP放大器12的反向输入端的开关44根据箝位控制信号CLPOB
2进行转换，以选择电压电流转换电路36侧和输出信号DRVout侧之一，OP
放大器12的反向输入端将通过路径18E而被连接。

另外，装备到OP放大器12的正向输入端的开关45根据箝位控制信号
CLPOB2进行转换，选择内部电容46与开关47侧和参考电压源11侧之一，
OP放大器12的正向输入端将通过路径18E而被连接。

再另外，开关47根据箝位控制信号CLPOB 3进行转换，以确定内部电
容46是应当连接到还是不连接到电压-电流变换电路36侧。

这个实施例的结构的目的在于图1的噪声干扰34-2B。即，现有技术的
外部电容15保持在浮动状态，因此，有不可避免地噪声污染的缺点。但是，
这个实施例中，防止外部电容15保持在浮动状态而避免噪声干扰。

即，在图6的结构中，开关44、45、47在反馈操作被设置在“通”周
期期间保持在由“实线”指示的状态。即，OP放大器12被操作，并且来自
OP放大器12的差分输出被写入内部电容46。

再有，当箝位周期结束时，开关44、45、47被转换到由“虚线”指示
的状态。因此，写入内部电容46的电压也输出到外部连接端14侧，以便外
部电容15不被设置为浮动状态并且可以消除外部噪声的作用。

如上所述，即使用于箝位的开关44被设置为“关断”时，也可以实现
防止外部电容15被设置为浮动状态的结构。

在图6的实施例中，示出了外部电容15，但是它可以与内部电容46合
并。即，外部电容15可以忽略。同样，外部电容9也可以形成在芯片上，
因此它也可以忽略。

图7是表示按照本发明第五实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结构
的框图。

这个实施例的模拟FE1装备有微型电压变化电路52，以便改变参考电
压源11的电压。微电压变化电路52根据来自外部的偏移信号OFFSET可调
整地可变为一预定值。微电压ΔVref是由微电压变化电路52产生的，以便在
反馈箝位周期期间输出信号DRVout可以与Vref+ΔVref一致。

图8是表示按照本发明第六实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结构
的框图。

这个实施例是如图4所示的第二实施例的改进，其中装备与如图5所示
第三实施例相同的内部电容42，替代连接到外部连接端14的外部电容15。
假设内部电容42是在半导体衬底中形成的。利用这种电路结构，可以抑制
从外部连接端的噪声。

图9是表示按照本发明第七实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结构
的框图。

在这个实施例中，连接到外部连接端14的电容15的其它电极被短路到
用于保持OP放大器12的参考电压Vref的电容9的其它电极，并且，这些
电极连接到公共地(或公共VDD)53。这意味着通过在外部衬底上建立公共
地(公共VDD)，来自外部端子的噪声污染的作用同时在两个电容上产生，
以增加同相输入噪声消除比和抑制噪声的作用。

图10是表示按照本发明第八实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结构
的框图。

在这个实施例中，本发明应用具有如图16所示结构的模拟FE2，并且
内部电容54装备到IC芯片上，替代外部电容。因此，可以去除外部连接端
14，并且可以抑制来自外部连接端的噪声污染的作用。

图11是表示按照本发明第九实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结构
的框图。

按照这个实施例，在如图10所示的结构中，用作增益控制装置的增益
变换电路57随后还装备到OP放大器12和反馈环18A的开关18B。这种电
路结构能控制OP放大器12的大增益，并且通过设置反馈环增益为一预定值
或更小的值，可以抑制到OP放大器12的来自电源和地的噪声污染作用。

图12是表示按照本发明第十实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结构
的框图。

按照这个实施例，箝位的开关59和开关60装备到OP放大器12的反
馈环侧的输入端(反向输入端)，以便在如图16所示的模拟FE2中防止外部
电容15保持在浮动状态下。也就是说，在图12中，开关59根据箝位控制
信号CLPOB进行其打开/关闭操作，执行OP放大器12的反向输入端与反馈
环之间的连接/断开的操作。

在这种结构中，在反馈箝位中低通滤波器5的输出信号被写入内部电容
60。因此，即使开关59被设置为“断开”，因为以前的信号已经被写入内部
电容60，所以防止了外部电容15保持在浮动状态下。因此，可以抑制来自
外部端子的噪声污染的作用。

图13是表示按照本发明第十一实施例的固态图像拾取器件的模拟FE结
构的框图。

在这个实施例中，如图6所示的原理被应用到具有如图10所示的模拟
FE2上，并且装备有在反馈箝位操作中OP放大器12的输出电压被写入的内
部电容62、以及执行这种写操作的开关63、64、和65。

根据箝位控制信号CLPOB 2，开关63连接OP放大器12的正向输入端
到内部电容62或到参考电压Vref。根据箝位控制信号CLPOB 2，开关64将
OP放大器12的反向输入端连接到OP放大器12的输出端或LFP电路5的
输出端。

另外，根据箝位控制信号CLPOB 3，开关65转换内部电容62和OP放
大器12的输出端之间的连接/断开。在这种结构中，在图1的CLPOB周期
之外的周期期间(即，除了图1的CLPOB周期之外的周期32-2期间)开关
63、64、和65从“实线”状态转换到“虚线”状态，从而写入内部电容62
的电压总是可以被输出。

图14是表示具有按照本发明每个实施例的模拟FE(AFE1、AFE2)的
固态图像拾取器件(CMOS型图像检测器)整体结构的框图。

图14的模拟FE74是由模拟FE1或模拟FE2的任何一个构成的。

在这种固态图像拾取器件中，在半导体衬底68上安装图像检测器区69、
每个垂直寄存器块70、水平寄存器71、输出放大器73、定时发生器TG72
和模拟FE74，并且模拟FE74形成在与图像检测器相同的芯片上。

在这种固态图像拾取器件中，在垂直消隐周期和水平消隐周期的至少一
个周期提供黑参考信号。因为在实际使用条件下器件温度在每个瞬间都是变
化的，图像检测器69的输出信号DRVout的参考电压通过如上所述反馈环箝
位电路的黑参考电压的箝位操作可以保持在固定值。

因此，本发明的固态图像拾取器件可以广泛地应用到如图14所示的
COMS型图像检测器。另外，在CCD图像检测器或类似的图像检测器中，
每个实施例的模拟FE都可以作为单独设计的芯片进行装备。

也就是说，本发明可以广泛地应用到CCD图像检测器、COMS图像检
测器等等。