JP2652258B2 - CCD output circuit - Google Patents

CCD output circuit

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JP2652258B2
JP2652258B2 JP2103100A JP10310090A JP2652258B2 JP 2652258 B2 JP2652258 B2 JP 2652258B2 JP 2103100 A JP2103100 A JP 2103100A JP 10310090 A JP10310090 A JP 10310090A JP 2652258 B2 JP2652258 B2 JP 2652258B2
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gate electrode
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吉光 工藤
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電荷結合型デバイス(CCD)の信号電荷を
検出して信号処理可能な電子信号に変換するCCD出力回
路に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a CCD output circuit that detects a signal charge of a charge-coupled device (CCD) and converts it into an electronic signal that can be processed.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、かかるCCD出力回路として、特願昭63−224761
号に示されるものがある。
Conventionally, as such a CCD output circuit, Japanese Patent Application No. 63-224761
There is something shown in the issue.

これは、埋込チャネルCCD(BCCD)を遅延線本体とし
て、転送されてくる信号電荷を元の信号に再生するため
のCCD出力回路を設けたCCD遅延線に関するものである。
This relates to a CCD delay line having a buried channel CCD (BCCD) as a delay line body and a CCD output circuit for reproducing transferred signal charges into an original signal.

まず、この従来例の構造を第3図と共に説明すると、
P形半導体基板10の表面部分にN-形不純物のイオン注入
層11が形成され、更にゲート酸化膜を介して電荷転送用
のゲート電極が積層されることで同図中の領域Aに埋込
チャネルCCD(BCCD)が形成され、該領域Aは遅延線の
本体部分を構成している。
First, the structure of this conventional example will be described with reference to FIG.
N on the surface portion of the P-type semiconductor substrate 10 - ion implanted layer 11 in the form impurity formation, further buried in the area A in the drawing by the gate electrode is stacked for charge transfer through a gate oxide film A channel CCD (BCCD) is formed, and the area A constitutes a main part of the delay line.

イオン注入層11の終端にはN+形不純物層12が形成さ
れ、該不純物層12に続いてゲート酸化膜上にゲート電極
13,14,15,16が併設され、ゲート電極16の終端部分に続
いてP形半導体基板10の表面部分にはN+形不純物層17が
形成され、この不純物層17に後述の出力回路が接続して
いる。又、N+形不純物層12につながる領域Bのゲート電
極13,14,15,16は表面チャネルCCD(SCCD)を構成してい
る。
An N + type impurity layer 12 is formed at the end of the ion implantation layer 11, and a gate electrode is formed on the gate oxide film following the impurity layer 12.
13, 14, 15, and 16, an N + -type impurity layer 17 is formed on the surface portion of the P-type semiconductor substrate 10 following the terminal portion of the gate electrode 16, and an output circuit described later is formed on the impurity layer 17. Connected. The gate electrodes 13, 14, 15, and 16 in the region B connected to the N + type impurity layer 12 constitute a surface channel CCD (SCCD).

次に出力回路を説明する。18,19は差動増幅器であ
り、差動増幅器18の反転入力接点にN+形不純物層17が接
続し、非反転入力接点に3ボルトのバイアス電圧VBが印
加され、反転入力接点と出力接点の間に互いに並列な容
量素子20及びアナログスイッチ21を接続することによっ
てスイッチト・キャパシタ積分器を構成している。差動
増幅器19は非反転入力接点と出力接点が接続して且つ出
力接点が出力端子22に接続することでバッファ・アンプ
を構成している。
Next, the output circuit will be described. 18 and 19 is a differential amplifier, the connected N + form impurity layer 17 to the inverting input contact of the differential amplifier 18, the non-inverting bias voltage V B of the input contacts to 3 volts is applied, and an inverting input contact output A switched-capacitor integrator is formed by connecting a capacitance element 20 and an analog switch 21 in parallel between the contacts. The differential amplifier 19 forms a buffer amplifier by connecting a non-inverting input contact and an output contact and connecting an output contact to an output terminal 22.

差動増幅器18の出力接点と差動増幅器19の非反転入力
接点がアナログスイッチ23を介して接続すると共に、差
動増幅器19の非反転入力接点とアース接点間に容量素子
24が接続され、アナログスイッチ23と容量素子24によっ
てサンプル・ホールド回路を構成している。
The output contact of the differential amplifier 18 and the non-inverting input contact of the differential amplifier 19 are connected via an analog switch 23, and a capacitive element is connected between the non-inverting input contact of the differential amplifier 19 and the ground contact.
24 are connected, and the analog switch 23 and the capacitive element 24 constitute a sample and hold circuit.

又、BCCDの終端部分を構成するためのゲート電極25〜
30には、第2図に示すようなタイミングの電荷転送用の
クロック信号φ212Aが印加され、信号φ2
2相駆動方式による転送クロック信号であり、信号φ2A
は信号φに同期して正及び負の値をとるクロック信号
である。ゲート電極31は常に一定電圧(零ボルト)の信
号ZGが印加され、ゲート電極31下を零ボルトに相当する
一定のポテンシャル・レベルに設定する。
Also, gate electrodes 25 to constitute the terminal portion of the BCCD
The clock signals φ 2 , φ 1 , φ 2A for charge transfer at the timing shown in FIG. 2 are applied to 30, and the signals φ 2 , φ 1 are transfer clock signals by a two-phase driving method. φ 2A
Is a clock signal having positive and negative values in synchronism with the signals phi 2. A signal ZG of a constant voltage (zero volt) is always applied to the gate electrode 31, and the potential under the gate electrode 31 is set to a constant potential level corresponding to zero volt.

更に、B領域のN+形不純物層12はフローティング状態
のままであり、ゲート電極13には一定電圧(3.5ボル
ト)の信号DGが印加され、ゲート電極16には一定電圧
(2ボルト)の信号OGが印加される。又、ゲート電極14
にはクロック信号φに対して90゜位相のずれた信号φ
1A、ゲート電極15にはクロック信号φと同相である
が、信号電荷の転送をより迅速に行うために若干変形し
た波形の信号φ2Bが印加される。これらの信号により、
ゲート電極31,13,16の下には夫々の印加電圧に比例する
深さのポテンシャル障壁が設定され、他のゲート電極2
5,26,27,28,29,30,14,15の下には夫々のクロック信号に
よって深さの変化するポテンシャル・レベルが設定され
る。
Further, the N + -type impurity layer 12 in the B region remains in a floating state, a signal DG of a constant voltage (3.5 volts) is applied to the gate electrode 13, and a signal of a constant voltage (2 volts) is applied to the gate electrode 16. OG is applied. Also, the gate electrode 14
Signal shifted by 90 ° out of phase relative to the clock signal phi 1 to phi
1A , a signal φ 2B having the same phase as the clock signal φ 2 but slightly deformed waveform is applied to the gate electrode 15 in order to transfer the signal charge more quickly. With these signals,
Under the gate electrodes 31, 13, and 16, potential barriers having depths proportional to the respective applied voltages are set, and the other gate electrodes 2
Under 5,26,27,28,29,30,14,15, potential levels whose depths change by respective clock signals are set.

次に、かかる従来例の作動を、第4図の各駆動信号に
従って示す第3図(a)〜(f)のポテンシャルプロフ
ィールと共に説明する。尚、第3図(a)〜(f)のポ
テンシャルプロフィールは各ゲート電極に対応して示し
てある。
Next, the operation of the conventional example will be described with reference to the potential profiles shown in FIGS. 3 (a) to 3 (f) according to the respective drive signals shown in FIG. The potential profiles in FIGS. 3A to 3F are shown corresponding to each gate electrode.

まず、転送クロック信号φ1に同期して所定周期
τで転送されてくる各信号電荷を読取るために、各周期
の最初に差動増幅器18に接続された容量素子20の不要電
荷を廃棄すると共に、フローティング・ディフュージョ
ン17の電位を初期化する。例えば、或る周期における時
点t1において、リセットRSTを“H"レベルにしてアナロ
グ・スイッチ21を導通させることにより、差動増幅器18
の非反転入力接点と反転入力接点を共に電圧VB(3ボル
ト)に設定する。これにより、フローティング・ディフ
ュージョン17にも3ボルトが印加され、次にリセット信
号RSTを“L"レベルに戻してアナログ・スイッチ21を遮
断させることにより、フローティング・ディフュージョ
ン17下のポテンシャル・レベルを3ボルトに対応したレ
ベルに初期化することができる。尚、この初期化の時点
t1では第3図(a)に示すように、最も出力側に位置す
る信号電荷q1がゲート電極14,15下に転送され、次の信
号電荷q2がゲート電極30下に転送され、次の信号電荷q3
がゲート電極26下に転送される関係になる。
First, in order to read each signal charge transferred at a predetermined period τ in synchronization with the transfer clock signals φ 1 and φ 2 , unnecessary charges of the capacitive element 20 connected to the differential amplifier 18 at the beginning of each period are removed. At the same time, the potential of the floating diffusion 17 is initialized. For example, at time t 1 in a certain period, by conducting the analog switch 21 to "H" level to reset RST, a differential amplifier 18
Set both the non-inverting input contact and the inverting input contact to the voltage V B (3 volts). As a result, 3 volts is also applied to the floating diffusion 17, and then the reset signal RST is returned to the "L" level to shut off the analog switch 21, thereby lowering the potential level below the floating diffusion 17 to 3 volts. Can be initialized to the level corresponding to. At the time of this initialization
As shown in the t 1 3 (a), most signal charge q 1 located on the output side is transferred to the lower gate electrodes 14 and 15, the next signal charge q 2 are transferred to the lower gate electrode 30, Next signal charge q 3
Is transferred below the gate electrode 26.

次に、時点t2において、クロック信号φ1A及びφ2B
“L"レベル、クロック信号φ2Aがマイナスの“L"レベル
となることにより、ゲート電極29,30,14,15下のポテシ
ャルが浅くなるので、信号電荷q1がフローティング・デ
ィフュージョン17へ転送され、信号電荷q2がゲート電極
31,13及び不純物層12下に転送される。そして、信号電
荷q1が容量素子20が充電され、差動増幅器18の出力信号
SC1が図示するように変化する。
Then, at time t 2, the clock signal phi 1A and phi 2B is "L" level, the clock signal phi 2A is negative "L" level, the Potesharu below the gate electrode 29,30,14,15 since shallower, the signal charges q 1 are transferred to the floating diffusion 17, the signal charges q 2 is the gate electrode
31, 13 and below the impurity layer 12. Then, the signal charges q 1 is charged the capacitor 20, the output signal of the differential amplifier 18
SC 1 changes as shown.

次に、時点t3において、クロック信号φ1Aが“H"レベ
ルとなることによりゲート電極14下に信号電荷q2が転送
され、更に時点t4においてクロック信号φ2Bが“H"レベ
ルとなることによりゲート電極15下へも信号電荷q2を転
送すると同時に、クロック信号φ1に同期してBCCD
より転送されてくる次の1ステージ分の信号電荷q3をゲ
ート電極29,30下へ転送する。
Then, at time t 3, the signal charges q 2 under gate electrode 14 is transferred by the clock signal phi 1A becomes "H" level, the clock signal phi 2B becomes "H" level at further time points t 4 As a result, the signal charge q 2 is transferred below the gate electrode 15 and at the same time, the BCCD is synchronized with the clock signals φ 1 and φ 2.
To transfer the next one stage signal charge q 3 of coming is more transferred to the lower gate electrode 29, 30.

更に時点t3〜t4の間でサンプル・ホールド信号SHが
“H"レベルとなることで該時点での差動増幅器18の出力
信号SC1を容量素子24に保持し、該保持信号に比例する
出力信号SOを差動増幅器19を介して出力端子22に発生さ
せる。
Holds the output signal SC 1 of the differential amplifier 18 at the said time point the capacitor 24 by the sample-hold signal SH becomes "H" level between more time t 3 ~t 4, in proportion to the holding signal An output signal SO is generated at an output terminal 22 via a differential amplifier 19.

このようにゲート電極14,15下まで転送されている信
号電荷q1の読出しは上記時点t1〜t4の処理で完了する。
Thus reading of the signal charges q 1 being transferred to the bottom gate electrodes 14 and 15 is completed in the process at time t 1 ~t 4.

次に、時点t5において、リセット信号RSTを“H"レベ
ルにしてアナログ・スイッチ21を導通することにより時
点t1と同様に容量素子20の不要電荷を廃棄すると共にフ
ローティング・ディフュージョン17を所定電位に設定し
て次の信号電荷q2の読取り可能な状態を設定する。更に
時点t5では信号φ1Aを“L"レベルにすることにより信号
電荷q2をゲート電極15下へのみ移し、更に時点t6におい
て信号φ2Bを“L"レベルとすることにより信号電荷q2
フローティング・ディフュージョン16下へ転送する。
Then, at time t 5, a predetermined potential floating diffusion 17 while discarding similarly unwanted charges of the capacitor 20 and the time t 1 by which the "H" level reset signal RST to conduct analog switch 21 It is set to set the readable state of the next signal charge q 2. Further transferred viewed signal charges q 2 to the lower gate electrode 15 by the time t 5 the signal phi 1A to "L" level, the signal charge q by further signal phi 2B the "L" level at time t 6 Transfer 2 below floating diffusion 16.

そして、時点t6においてフローティング・ディフュー
ジョン17へ転送された信号電荷q2が差動増幅器18で検出
され、該信号電荷q2に相当する電荷量が容量素子20に所
定の時定数でもって充電され、充電が完了した時点t7
サンプル・ホールド信号SHが“H"レベルとなることで容
量素子24が電圧SC1に比例する電荷を保持し、差動増幅
器19を介して出力端子22に1ステージ分の信号SOが出力
されることとなる。このようにして次の信号電荷q2の読
取り処理が完了する。
Then, the signal charges q 2, which is transferred to the floating diffusion 17 at time t 6 is detected by the differential amplifier 18, the charge quantity corresponding to the signal charge q 2 is charged with a predetermined time constant to the capacitor 20 holds a charge charging the capacitor 24 by the sample and hold signal SH at the time t 7 the completed becomes "H" level is proportional to the voltage SC 1, 1 to the output terminal 22 via a differential amplifier 19 The signal SO for the stage is output. In this way, the reading processing of the next signal charge q 2 is completed.

尚、時点t1においてゲート電極26下にあった信号電荷
q3は時点t1〜t6の期間中にゲート電極30下まで転送され
た上記同様の読出し処理がなされる。
The signal charges that were below the gate electrode 26 at time t 1
q 3 is the same as the read processing that is transferred to the bottom gate electrode 30 during the period of time t 1 ~t 6 is made.

このような作動はBCCDのクロック信号φ1の周期
に同期して繰り返され、遅延した1ステージ毎の信号を
出力することとなる。
Such an operation is repeated in synchronization with the cycles of the clock signals φ 1 and φ 2 of the BCCD, and outputs a delayed signal for each stage.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

このような従来のCCD出力回路にあっては、第3図
(d)に示す時点t4において、信号電荷q2をSCCDのゲー
ト電極14,15下のポテンシャル井戸へ移した後、第3図
(c)に示すようにゲート電極14下にポテンシャル障壁
を発生することにより、該信号電荷q2をBCCDから分離す
るようにしている。しかしながら、同図(c)中の点線
にて示すように、ゲート電極14下にポテンシャル障壁が
発生するときに、信号電荷q2の全てを精度良くゲート電
極15下のポテンシャル井戸へ転送することができず、電
荷の一部が不純物層12側へ逆流する現象があった。
Thereafter such a conventional CCD output circuit, which at the time t 4 when shown in FIG. 3 (d), transferred signal charges q 2 to the potential well below the gate electrodes 14 and 15 of the SCCD, Figure 3 by generating a potential barrier below the gate electrode 14 as shown in (c), so that to separate the signal charge q 2 from BCCD. However, as shown by the dotted line in the drawing (c), when the potential barrier under the gate electrode 14 is generated, to be transferred all the signal charges q 2 precisely under the gate electrode 15 to the potential well As a result, there was a phenomenon that some of the charges flowed back to the impurity layer 12 side.

この現象は、順次転送されて来る信号電荷について同
様に生じることとなり、転送精度向上の点で改良が望ま
れていた。
This phenomenon similarly occurs for signal charges sequentially transferred, and improvement in transfer accuracy has been desired.

本発明はこのような問題点に鑑みて成されたものであ
り、優れた変換精度を有するCCD出力回路を提供するこ
とを目的とする。又、選れた変換精度を有するCCD出力
回路を設けることによって特性の良いCCD遅延線を提供
することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a CCD output circuit having excellent conversion accuracy. Another object of the present invention is to provide a CCD delay line with good characteristics by providing a CCD output circuit having a selected conversion accuracy.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

このような目的を達成するために本発明では、電荷結
合型デバイスの信号電荷を検出して信号処理可能な電気
信号に変換するCCD出力回路において、電荷結合型デバ
イスを埋込みチャネルCCDで構成し、埋込みチャネルCCD
の終端に、予め決められた固定のゲート電圧に設定され
たゲート部を介して、所定不純物から成るフローティン
グ・ディフュージョンを形成すると共に、フローティン
グ・ディフュージョンの注入電荷を検出するスイッチト
・キャパシタ積分器を設け、上記電荷結合型デバイスよ
り該フローティング・ディフュージョンへ転送されて来
る信号電荷をスイッチト・キャパシタ積分器で検出し、
その場合、該ゲート電圧はスイッチト・キャパシタ積分
器のリセット動作によって決定されるフローティング・
ディフュージョンの電圧を超えないようにしている。
In order to achieve such an object, according to the present invention, in a CCD output circuit that detects a signal charge of a charge-coupled device and converts the signal charge into an electric signal capable of signal processing, the charge-coupled device is configured by a buried channel CCD, Embedded channel CCD
At the end of the device, a floating diffusion composed of a predetermined impurity is formed through a gate portion set to a predetermined fixed gate voltage, and a switched capacitor integrator for detecting an injection charge of the floating diffusion is provided. A signal charge transferred from the charge-coupled device to the floating diffusion by a switched capacitor integrator,
In that case, the gate voltage is determined by the floating operation determined by the reset operation of the switched capacitor integrator.
The voltage of the diffusion is not exceeded.

〔作用〕[Action]

このような構成を有する本発明のCCD出力回路によれ
ば、従来のBCCDとSCCDを連結する不純物層及びSCCDを取
り除き、BCCDから転送されて来る信号電荷をフローティ
ングディフュージョン及びスイッチト・キャパシタ積分
器で検出するようにしたので、従来のように信号電荷の
逆流現像を排除して精度の良い信号再生を可能にする。
According to the CCD output circuit of the present invention having such a configuration, the impurity layer and the SCCD that connect the conventional BCCD and the SCCD are removed, and the signal charge transferred from the BCCD is removed by the floating diffusion and the switched capacitor integrator. Since the detection is performed, the reverse development of the signal charge as in the related art is eliminated, and the signal can be reproduced with high accuracy.

更に、スイッチト・キャパシタ積分器の基準電圧でフ
ローティングディフュージョンの電位をリセットすれ
ば、極めて制度良くフローティングディフュージョンの
電位を設定することが可能となるので、上記ゲート部の
ポテンシャルレベルに対して、フローティングディフュ
ージョンをリセットしたときの該ポテンシャルレベルを
極めて精度良く一定のレベル差に設定することができ
る。この結果、スイッチト・キャパシタ積分器のリセッ
トと同時にフローティングディフュージョンの電位を設
定するだけで、信号電荷をBCCD側へ逆流しないように高
精度で制御することができるので、従来のようにBCCDと
フローティングディフュージョンを分離するためのSCCD
が不要となり、構造を簡素化することができる。
Further, if the potential of the floating diffusion is reset by the reference voltage of the switched capacitor integrator, the potential of the floating diffusion can be set very accurately. Can be set to a constant level difference with extremely high accuracy. As a result, the signal charge can be controlled with high precision so as not to flow back to the BCCD side by simply setting the potential of the floating diffusion at the same time as resetting the switched capacitor integrator. SCCD for separating diffusion
Is unnecessary, and the structure can be simplified.

又、BCCDを遅延線本体とする精度の良い遅延線を提供
することができる。
Further, it is possible to provide a highly accurate delay line using BCCD as a delay line main body.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明によるCCD出力回路の一実施例を図面と
共に説明する。尚、BCCDを遅延線本体とする遅延線を実
施例として説明する。
An embodiment of a CCD output circuit according to the present invention will be described below with reference to the drawings. A delay line having a BCCD as a delay line body will be described as an example.

まず構造を第1図と共に説明する。第1図において、
P形半導体基板10の表面部分にN-形不純物のイオン注入
層11が形成され、更に、ゲート酸化膜を介して電荷転送
用のゲート電極が積層されることで遅延線の本体部分と
なる埋込チャネルCCD(BCCD)が形成されている。尚、
第1図には、BCCDの出力部分の一部分として、ゲート電
極25,26,27,28,29,30を示し、信号電荷を転送するため
の駆動信号φ122Aが印加されるようになってい
る。ここで、駆動信号φ1は2相駆動方式による転
送クロック信号であり、信号φ2Aは信号φに同期して
正及び負の値をとるクロック信号である。更に、ゲート
電極30に続いて、一定の直流電圧OGが印加されるゲート
電極16が積層されると共に、ゲート電極16に続いてP形
半導体基板10の表面部分にはN+形不純物層17が埋設さ
れ、この不純物層17に後述の出力回路が接続している。
尚、この実施例では、電圧OGを零ボルトに設定してい
る。
First, the structure will be described with reference to FIG. In FIG.
N on the surface portion of the P-type semiconductor substrate 10 - ion implantation layer 11 in the form impurity is formed, further, buried gate electrodes of the charge transfer through the gate oxide film becomes a body portion of the delay line by being stacked Channel CCD (BCCD) is formed. still,
FIG. 1 shows gate electrodes 25, 26, 27, 28, 29 and 30 as a part of the output portion of the BCCD, and drive signals φ 1 , φ 2 and φ 2A for transferring signal charges are applied. It has become so. Here, the drive signals φ 1 and φ 2 are transfer clock signals in a two-phase drive system, and the signal φ 2A is a clock signal that takes positive and negative values in synchronization with the signal φ 2 . Further, following the gate electrode 30, a gate electrode 16 to which a constant DC voltage OG is applied is laminated, and an N + -type impurity layer 17 is formed on the surface of the P-type semiconductor substrate 10 following the gate electrode 16. It is buried, and an output circuit described later is connected to the impurity layer 17.
In this embodiment, the voltage OG is set to zero volt.

次に出力回路を説明する。18,19は差動増幅器であ
り、差動増幅器18の反転入力接点にN+形不純物層17が接
続し、非反転入力接点に所定のバイアス電圧VBが印加さ
れ、反転入力接点と出力接点の間に互いに並列な容量素
子20及びアナログスイッチ21が接続することによってス
イッチト・キャパシタ積分器を構成している。
Next, the output circuit will be described. 18 and 19 is a differential amplifier, the connected N + form impurity layer 17 to the inverting input contact of the differential amplifier 18, the non-inverting predetermined input contact bias voltage V B is applied to the inverting input contact and output contact A switched capacitor integrator is formed by connecting a capacitance element 20 and an analog switch 21 in parallel with each other.

差動増幅器19は非反転入力接点と出力接点が接続し、
且つ出力接点が出力端子22に接続することでバッファ・
アンプを構成している。
The differential amplifier 19 has a non-inverting input contact and an output contact connected,
And the output contact is connected to the output terminal 22 so that the buffer
Make up the amplifier.

差動増幅器18の出力接点と差動増幅器19の非反転入力
接点がアナログスイッチ23を介して接続すると共に、差
動増幅器19の非反転入力接点とアース接点間に容量素子
24が接続され、アナログスイッチ23と容量素子24によっ
てサンプル・ホールド回路を構成している。
The output contact of the differential amplifier 18 and the non-inverting input contact of the differential amplifier 19 are connected via an analog switch 23, and a capacitive element is connected between the non-inverting input contact of the differential amplifier 19 and the ground contact.
24 are connected, and the analog switch 23 and the capacitive element 24 constitute a sample and hold circuit.

次に、かかる実施例の作動を、第2図の各駆動信号に
従って示す第1図(a),(b)のポテンシャルプロフ
ィールと共に説明する。尚、第1図(a),(b)のポ
テシャルプロフィールは各ゲート電極に対応して示して
ある。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the potential profiles of FIGS. 1 (a) and 1 (b) shown in accordance with the respective drive signals of FIG. The potential profiles in FIGS. 1A and 1B are shown corresponding to each gate electrode.

まず、転送クロック信号φ1に同期して所定周期
で転送されてくる各信号電荷を読取るために、各周期τ
の最初に差動増幅器18に接続された容量素子20の不要電
荷を廃棄すると共に、フローティング・ディフュージョ
ン17の電位を初期化する。例えば、或る周期における時
点t1において、リセット信号RSTを“H"レベルにしてア
ナログ・スイッチ21を導通させることにより、差動増幅
器18の非反転入力接点と反転入力接点を共に電圧VB(3
ボルト)に設定する。これにより、フローティング・デ
ィフュージョン17にも3ボルトが印加され、次にリセッ
ト信号RSTを“L"レベルに戻してアナログ・スイッチ21
を遮断させることにより、フローティング・ディフュー
ジョン17下のポテンシャル・レベルを3ボルトに対応し
たレベルに初期化することができる。
First, in order to read each signal charge transferred at a predetermined period in synchronization with the transfer clock signals φ 1 and φ 2 , each period τ
First, unnecessary charges of the capacitive element 20 connected to the differential amplifier 18 are discarded, and the potential of the floating diffusion 17 is initialized. For example, at time t 1 in a certain period, by conducting the analog switch 21 to "H" level reset signal RST, both the voltage V B noninverting input contact and an inverting input contact of the differential amplifier 18 ( 3
Volts). As a result, 3 volts is also applied to the floating diffusion 17, and then the reset signal RST is returned to "L" level to set the analog switch 21
, The potential level under the floating diffusion 17 can be initialized to a level corresponding to 3 volts.

尚、この初期化の時点t1では第1図(a)に示すよう
に、最も出力側に位置する信号電荷q1がゲート電極30下
に転送され、次の信号電荷q2がゲート電極26下に転送さ
れる関係になる。
As shown in this the time t 1 of the initialization 1 (a), most signal charge q 1 located on the output side is transferred to the lower gate electrode 30, the next signal charge q 2 is the gate electrode 26 The relationship will be transferred down.

次に、時点t2において、信号φが“H"レベル、φ
が“L"レベル、クロック信号φ2Aがマイナスの“L"レベ
ルとなることにより、第1図(b)に示すように、ゲー
ト電極29,30下のポテンシャルが浅くなるので、信号電
荷q1がゲート電極16下のポテシャル障壁を越えてフロー
ティング・ディフュージョン17へ転送され、信号電荷q2
がゲート電極28下に転送される。その結果、信号電荷q1
が容量素子20に充填され、差動増幅器18の出力信号SC1
が第2図に示すように変化する。
Then, at time t 2, the signal phi 1 is "H" level, phi 2
There "L" level, the clock signal phi 2A is negative "L" level, as shown in Fig. 1 (b), since the potential under the gate electrode 29, 30 is shallow, the signal charges q 1 Is transferred across the potential barrier under the gate electrode 16 to the floating diffusion 17 and the signal charge q 2
Is transferred below the gate electrode 28. As a result, the signal charge q 1
Is filled in the capacitive element 20, and the output signal SC1 of the differential amplifier 18 is
Changes as shown in FIG.

次に、時点t3において、サンプル・ホールド信号SHが
“L"レベルとなることで該時点での差動増幅器18の出力
信号SC1を容量素子24に保持し、該保持信号に比例する
出力信号SOを差動増幅器19を介して出力端子22に発生さ
せる。
Then, at time t 3, the output signal SC 1 of the differential amplifier 18 at the said time point by sample and hold signal SH becomes "L" level held in the capacitor 24 is proportional to the holding signal output The signal SO is generated at the output terminal 22 via the differential amplifier 19.

そして、時点t4において再び時点t1と同じ動作を開始
し、次に転送されて来る信号電荷の読出し処理を行い、
同様に周期τの処理を繰り返すことで、逐次転送されて
来る信号電荷を読み出す。このように、この実施例によ
れば、従来のBCCDとSCCDを連結する不純物層及びSCCDを
取り除き、BCCDから転送されて来る信号電荷をフローテ
ィングディフュージョン及びスイッチト・キャパシタ積
分器で検出するようにしたので、従来のように信号電荷
の逆流現象を排除して精度の良い信号検出を可能にす
る。
Then, again it starts the same operation as the time t 1 at time t 4, then reads processing transferred by coming signal charges,
Similarly, by repeating the processing of the period τ, the signal charges sequentially transferred are read. As described above, according to this embodiment, the impurity layer and the SCCD connecting the conventional BCCD and the SCCD are removed, and the signal charge transferred from the BCCD is detected by the floating diffusion and the switched capacitor integrator. Therefore, it is possible to detect signals with high accuracy by eliminating the backflow phenomenon of signal charges as in the related art.

更に、スイッチト・キャパシタ積分器のリセット動作
によってフローティングディフュージョン17の電圧を基
準電圧VBに設定するのは極めて精度良く実現できるの
で、ゲート電圧OGをVB>OGの関係に固定することと相ま
って、フローティングディフュージョン17下のポテンシ
ャルレベルL17とゲート電極16下のポテンシャルレベルL
16のレベル差(L17−L16)を一定にすることができる。
この結果、このレベル差に信号電荷を保持することで、
信号電荷をBCCD側へ逆流しなくて済み、従来のようにBC
CDとフローティングディフュージョンを分離するための
SCCDが不要となり、構造を簡素化することができると同
時に、制御も大幅に簡素化される。
Further, since the to set the voltage of the floating diffusion 17 to the reference voltage V B by resetting the switched-capacitor integrator can very accurately realized, combined with fixing the gate voltage OG to V B> OG relationship , the potential level below the floating diffusion 17 L 17 and the potential level under the gate electrode 16 L
The 16 level differences (L 17 −L 16 ) can be made constant.
As a result, by holding the signal charge at this level difference,
The signal charge does not need to flow back to the BCCD side.
For separating CD and floating diffusion
SCCD is not required, and the structure can be simplified, and at the same time, control is greatly simplified.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、従来のBCCDと
SCCDを連結する不純物層及びSCCDを取り除き、BCCDから
転送されて来る信号電荷をフローティングディフュージ
ョン及びスイッチト・キャパシタ積分器で検出するよう
にしたので、従来のように信号電荷の逆流現象を排除し
て精度の良い信号再生を可能にする。
As described above, according to the present invention, the conventional BCCD
The impurity layer connecting the SCCD and the SCCD are removed, and the signal charge transferred from the BCCD is detected by the floating diffusion and the switched capacitor integrator. Enables accurate signal reproduction.

更に、スイッチト・キャパシタ積分器の基準電圧でフ
ローティングディフュージョンの電位をリセットすれ
ば、極めて制度良くフローティングディフュージョンの
電位を設定することが可能となるので、上記ゲート部の
ポテンシャルレベルに対して、フローティングディフュ
ージョンをリセットしたときの該ポテンシャルレベルを
極めて精度良く一定のレベル差に設定することができ
る。この結果、スイッチト・キャパシタ積分器のリセッ
トと同時にフローティングディフュージョンの電位を設
定するだけで、信号電荷をBCCD側へ逆流しないように高
精度で制御することができるので、従来のようにBCCDと
フローティングディフュージョンを分離するためのSCCD
が不要となり、構造を簡素化することができる。
Further, if the potential of the floating diffusion is reset by the reference voltage of the switched capacitor integrator, the potential of the floating diffusion can be set very accurately. Can be set to a constant level difference with extremely high accuracy. As a result, the signal charge can be controlled with high precision so as not to flow back to the BCCD side by simply setting the potential of the floating diffusion at the same time as resetting the switched capacitor integrator. SCCD for separating diffusion
Is unnecessary, and the structure can be simplified.

又、BCCDを遅延線本体とする精度の良い遅延線を提供
することができる。
Further, it is possible to provide a highly accurate delay line using BCCD as a delay line main body.

又、このCCD出力回路は、BCCDから成る転送路に設け
ることによって優れた効果を発揮するだけでなく、他の
種類の電荷結合型デバイスの出力回路に適用することが
できる。
Further, this CCD output circuit not only exerts excellent effects by being provided in a transfer path composed of a BCCD, but can also be applied to output circuits of other types of charge-coupled devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例構成図及び動作を説明するため
のポテンシャルプロフィールを示す図、 第2図は実施例の作動を説明するためのタイミング・チ
ャート; 第3図は従来例を示す従来例構成図及び動作を説明する
ためのポテンシャルプロフィールを示す図、 第4図は従来例の作動を説明するためのタイミング・チ
ャートである。 図中の符号: 10:半導体基板 11:N-型不純物層 16,25〜30:ゲート電極 12;不純物層 17;フローティング・ディフュージョン 18,19:差動増幅器 20,24:容量素子 21,23:アナログ・スイッチ 22:出力端子
FIG. 1 is a diagram showing a configuration diagram of an embodiment of the present invention and a potential profile for explaining the operation, FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the embodiment; FIG. FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the conventional example, and FIG. 4 is a view showing a potential profile for explaining the operation of the example. Reference numerals in the drawing: 10: semiconductor substrate 11: N - type impurity layer 16, 25 to 30: gate electrode 12; impurity layer 17; floating diffusion 18, 19: differential amplifier 20, 24: capacitive element 21, 23: Analog switch 22: Output terminal

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−73643(JP,A) 特開 平2−165642(JP,A) 特開 平2−220451(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-73643 (JP, A) JP-A-2-165642 (JP, A) JP-A-2-220451 (JP, A)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電荷結合型デバイスの信号電荷を検出して
信号処理可能な電気信号に変換するCCD出力回路におい
て、 前記電荷結合型デバイスを埋込みチャネルCCDで構成
し、該埋込みチャネルCCDの終端に、予め決められた固
定のゲート電圧に設定されたゲート部を介して、所定不
純物から成るフローティング・ディフュージョンを形成
すると共に、該フローティング・ディフュージョンの注
入電荷を検出するスイッチト・キャパシタ積分器を設
け、上記電荷結合型デバイスより該フローティング・デ
ィフュージョンへ転送されて来る信号電荷をスイッチト
・キャパシタ積分器で検出し、その場合、該ゲート電圧
はスイッチト・キャパシタ積分器のリセット動作によっ
て決定されるフローティング・ディフュージョンの電圧
を超えないようにしていることを特徴とするCCD出力回
路。
1. A CCD output circuit for detecting a signal charge of a charge-coupled device and converting the signal charge into an electric signal capable of signal processing, wherein the charge-coupled device is constituted by a buried channel CCD, and a terminal of the buried channel CCD is provided. Forming a floating diffusion made of a predetermined impurity through a gate portion set to a predetermined fixed gate voltage, and providing a switched capacitor integrator for detecting an injected charge of the floating diffusion; A signal charge transferred from the charge-coupled device to the floating diffusion is detected by a switched-capacitor integrator. In this case, the gate voltage is determined by the floating operation determined by the reset operation of the switched-capacitor integrator. Do not exceed the diffusion voltage A CCD output circuit.
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