專利名稱：固態(tài)成像設備以及負載電流源電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)成像設備，并且更具體地涉及一種MOS固態(tài)成像設備以及負 載電流源電路。
背景技術：
已知MOS(金屬氧化物半導體)固態(tài)成像設備作為固態(tài)成像設備。在MOS固態(tài)成 像設備中，通過放大晶體管放大由光電轉(zhuǎn)換元件所產(chǎn)生的電荷導致的電勢，此后讀出放大 后的信號。例如，已經(jīng)提出一種MOS固態(tài)成像設備，其通過像素電路中的放大晶體管讀出被 輸出到垂直信號線的參考信號和像素信號的復位電平，并且輸出這兩個電平之間的差(參 見例如日本專利特許公開No. 2002-217397(圖1))。如上所述地讀出參考信號和像素信號 被稱為相關雙采樣。這里，下面將參考附圖給出可操作用于操縱相關雙采樣的MOS固態(tài)成 像設備的配置示例的簡要描述。圖8是圖示現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備的配置示例的電路圖?，F(xiàn)有技術的固態(tài)成像 設備800包括定時控制電路810、行掃描電路820、列掃描電路830、像素陣列部分840和負 載電流源電路860。固態(tài)成像設備800還包括信號讀出電路880和信號處理部分890。像素陣列部分840包括以二維矩陣(η乘m)布置的多個像素電路850。像素陣列 部分840還包括水平線(HL)組829以及垂直信號線(VSL) 839，在像素電路850的每一行中 布置一個水平線組，在像素電路850的每一列中布置垂直信號線。另一方面，負載電流源電路860包括參考晶體管861和負載電流提供電路870，在 像素電路850的每一列中布置一個負載電流提供電路870。此外，每個負載電流提供電路 870包括負載晶體管874和寄生電容器879。此外，信號讀出電路880包括多個⑶S (相關 雙采樣)電路881和882，在信號電路850的每一列中布置一個⑶S(相關雙采樣)電路。定時控制電路810控制由行掃描電路820、列掃描電路830、以及像素陣列部分840 執(zhí)行的圖像信號產(chǎn)生的定時。定時控制電路810產(chǎn)生被用來產(chǎn)生圖像信號的定時控制信 號。圖像信號被產(chǎn)生為在逐行的基礎上從像素陣列部分840的像素電路850輸出并沿列方 向讀出的信號。也就是說，定時控制電路810控制用于使用列并行讀出來產(chǎn)生圖像信號的 定時。定時控制電路810經(jīng)由參考信號讀出控制線814和像素信號讀出控制線815將讀 出脈沖提供給信號讀出電路880，一個讀出脈沖被適配為讀出參考信號，而另一個讀出脈沖 被適配為讀出從像素電路850中的每一個像素電路輸出的像素信號。此外，定時控制電路 810經(jīng)由列掃描控制線817提供被用來控制列掃描電路830的列掃描控制信號。行掃描電路820基于行地址信號和從定時控制電路810提供的定時信號連續(xù)地產(chǎn) 生行掃描信號。行掃描信號被適配為使得像素電路850在逐行的基礎上輸出信號。行掃描 電路820將所產(chǎn)生的行掃描信號提供給水平線(HL)擬9。像素電路850中的每一個通過光電轉(zhuǎn)換將入射光或光學信號轉(zhuǎn)換為電信號。像素 電路850利用具有浮動擴散(floating diffusion, FD)的FD放大器來放大電信號。
另一方面，像素電路850中的每一個包括光電轉(zhuǎn)換元件851、傳輸晶體管852、復位 晶體管853和放大晶體管854。光電轉(zhuǎn)換元件851產(chǎn)生與光強度相當?shù)碾姾伞鬏斁w管852根據(jù)從行掃描電路820提供的傳輸脈沖，將光電轉(zhuǎn)換元件851所 產(chǎn)生的電子傳輸?shù)礁訑U散FD。復位晶體管853根據(jù)從行掃描電路820提供的復位脈沖， 將浮動擴散FD設置到(充電到)恒定的參考電勢。放大晶體管邪4放大在浮動擴散FD中產(chǎn)生的電勢，并且將與放大后的電勢相當?shù)?信號輸出到垂直信號線(VSL)839。放大晶體管邪4連同負載晶體管874—起形成源極跟隨 電路。也就是說，放大晶體管邪4根據(jù)從負載晶體管874提供的負載電流，放大在浮動擴散 FD中產(chǎn)生的電勢。放大晶體管邪4放大在浮動擴散FD中產(chǎn)生的參考電勢，并且將放大后的參考電勢 輸出到垂直信號線(VSL) 839作為參考電勢。該參考信號被⑶S電路881或882用來從像 素電路850中移除特定噪聲分量。此外，放大晶體管邪4放大在浮動擴散FD中、作為從傳輸晶體管852傳輸來的電 子累積的結果而產(chǎn)生的電勢，并且將放大后的電勢輸出到垂直信號線(VSL)839作為像素信號。列掃描電路830基于從定時控制電路810提供的列掃描控制信號產(chǎn)生輸出控制信 號。該輸出控制信號使得信號讀出電路880將每列的像素信號輸出到信號處理部分890。 列掃描電路830將所產(chǎn)生的輸出控制信號提供到CDS電路881和882。參考電流產(chǎn)生電路862是被適配為將參考電流提供給參考電流線863的恒定電流 電路。參考電流產(chǎn)生電路862經(jīng)由參考電流線863將所產(chǎn)生的參考電流提供到負載電流源 電路860。負載電流源電路860基于從參考電流產(chǎn)生電路862提供的參考電流，將負載電流 提供到每個垂直信號線(VSL)839。參考晶體管861使得每列中的負載晶體管874產(chǎn)生與 從參考電流產(chǎn)生電路862提供的參考電流(偏置電流)近似相等的負載電流。參考晶體管 861確保從負載晶體管874將恒定的負載電流提供到每列中的垂直信號線。也就是說，參 考晶體管861連同每列中的負載晶體管874 —起形成電流鏡電路。每個負載晶體管874將與被提供到參考晶體管861的參考電流相當?shù)呢撦d電流提 供到垂直信號線(VSL) 839。此外，每個負載晶體管874將被用來驅(qū)動放大晶體管854的負 載電流提供到垂直信號線(VSL) 839。寄生電容器879包括在負載晶體管874的柵極和漏極之間產(chǎn)生的寄生電容器、以 及在垂直信號線(VSL)839和負載晶體管柵極線872之間形成的布線間電容器(interwire capacitor)。該寄生電容器879在每列中在垂直信號線(VSL) 839和負載晶體管柵極線872 之間產(chǎn)生耦合。也就是說，負載晶體管柵極線872的電勢隨著垂直信號線(VSL)839的信號 電平中的改變而改變。信號讀出電路880使從像素陣列部分840輸出的像素信號經(jīng)過相關雙采樣，由此 移除固定模式噪聲。CDS電路881和882根據(jù)經(jīng)由參考信號讀出控制線814和像素信號讀 出控制線815提供的讀出脈沖，讀出從像素電路850中的每一個輸出的參考信號和像素信 號。CDS電路881和882取得參考信號和像素信號的電平中的差以便移除固定模式噪聲。 ⑶S電路881和882將無噪聲的像素信號提供到信號處理部分890。
信號處理部分890將從⑶S電路881和882提供的每個像素信號，即模擬信號，轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號。信號處理部分890將數(shù)字信號輸出到信號輸出線891作為圖像信號。如上所述，固態(tài)成像設備800通過相關雙采樣移除由像素電路850產(chǎn)生的噪聲分量。

發(fā)明內(nèi)容
上面的現(xiàn)有技術輸出從像素電路輸出的復位電平和信號電平之間的差，以便從信 號電平中移除噪聲分量。然而，在該情況下，從連同與放大晶體管一起形成源極跟隨電路的 負載晶體管提供的負載電流由于例如連同每列中的負載晶體管一起形成電流鏡電流的參 考晶體管的熱噪聲而改變。這改變了放大晶體管的放大增益。結果，負載電流中的改變導 致的噪聲分量疊加在復位電平和信號電平上，很可能使得不可能獲得精確的信號電平。此外，如果垂直信號線(VSL)839在信號電平上發(fā)生改變，則由于負載晶體管柵極 線872經(jīng)由寄生電容器879的耦合，而在負載晶體管柵極線872中可能產(chǎn)生水平帶噪聲 (horizontal band noise)。下面將參考附圖描述其中作為垂直信號線(VSL)839的信號電 平中的改變的結果而產(chǎn)生水平帶噪聲的示例。圖9A和圖9B是圖示現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備800中通過作為垂直信號線的信 號電平中的改變的結果而發(fā)生的、經(jīng)由寄生電容器879的耦合所影響的捕獲圖像的概念性 圖。圖9A是圖示現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備800的捕獲目標的概念性圖。在目標中示 出了黑區(qū)831和833以及白區(qū)832。黑區(qū)831和833為相同顏色。圖9B是圖示在利用現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備800對圖9A中示出的目標進行成像 時的捕獲圖像的概念性圖。捕獲圖像示出了黑區(qū)841、白區(qū)842和深黑區(qū)843。此外，這里 為了便利用虛線示出了垂直線‘a(chǎn)，844和另一垂直線‘b，845。如上所述，作為與白區(qū)832相關聯(lián)的垂直信號線839的信號電平中的改變的結果， 在由現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備800捕獲的圖像中黑區(qū)833表現(xiàn)為深黑區(qū)843。也就是說，在 捕獲圖像中產(chǎn)生水平帶噪聲。這里將參考附圖描述為什么黑區(qū)833表現(xiàn)為深黑區(qū)843的原 因。圖10是圖示為什么現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備800產(chǎn)生圖9B中所示的捕獲圖像的 原因的圖。這里，圖10示出了在水平軸表示時間軸的情況下與垂直線‘a(chǎn)’和‘b’相關聯(lián)的 垂直信號線839和負載晶體管柵極線872的電勢中的改變。另一方面，參考信號讀出時段 和像素信號讀出時段分別是在其中信號讀出電路880讀出參考信號和像素信號的時段。與垂直線‘a(chǎn)’相關聯(lián)的垂直信號線839示出與圖9B中示出的垂直線‘a(chǎn)’ 844相關 聯(lián)的垂直信號線839中的電勢改變。在與垂直線‘a(chǎn)’相關聯(lián)的垂直信號線839中示出了兩 個特性，即由實線指示的白區(qū)特性801和由虛線指示的黑區(qū)特性802。白區(qū)特性801表示從現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備800的與白區(qū)832相關聯(lián)的所有像 素電路850中的連接到與垂直線‘a(chǎn)’相關聯(lián)的垂直信號線839的像素電路850輸出的信號 電平的特性。在該白區(qū)特性801中，在像素信號讀出時段期間，像素信號電平降至與屏幕上 的白色電平對應的白色電勢(VW)。也就是說，從像素電路850提供到與垂直線‘a(chǎn)’相關聯(lián) 的垂直信號線839的信號電平顯著改變。
因為由于白區(qū)832的高光學強度由光電轉(zhuǎn)換元件851產(chǎn)生的許多電子被傳輸?shù)礁?動擴散FD，因此像素信號電平如上所述地降低。這導致放大晶體管邪4的較低的柵極電勢， 顯著地降低了在像素信號讀出時段期間的像素信號電平。黑區(qū)特性802表示從與黑區(qū)831相關聯(lián)的所有像素電路850中的連接到與垂直線 ‘a(chǎn)’相關聯(lián)的垂直信號線839的像素電路850輸出的信號電平的特性。在該黑區(qū)特性802 中，在像素信號讀出時段期間，像素信號電平保持不變處于參考信號電平。因為由于黑區(qū)831的低光學強度由光電轉(zhuǎn)換元件851產(chǎn)生很少的電子，因此像素 信號電平如上所述地保持不變，并且因此放大晶體管854的柵極電勢僅改變可忽略的很小 程度。結果，從放大晶體管邪4輸出的像素信號電平維持于黑色電勢(VB)，其在電平上等于 與屏幕上的黑色電平對應的參考信號電平。負載晶體管柵極線872示出了負載晶體管874的柵極端子的電勢中的改變。通過 作為與垂直線‘a(chǎn)’相關聯(lián)的垂直信號線839的信號電平中的改變的結果、經(jīng)由寄生電容器 879的耦合，影響該負載晶體管柵極線872。因此，作為由與垂直線‘a(chǎn)’相關聯(lián)的垂直信號 線839的白區(qū)特性801引起的信號電平的驟降的結果，負載晶體管柵極線872的電勢降低 耦合改變(AV)0作為在負載晶體管柵極線872中產(chǎn)生的耦合改變(AV)的結果，負載晶體管874 的柵極電壓降低，由此在像素信號讀出時段期間降低負載電流。與垂直線‘b，相關聯(lián)的垂直信號線839示出與圖9B中圖示出的垂直線‘b，845相 關聯(lián)的垂直信號線839的電勢改變。與垂直線‘b’相關聯(lián)的垂直信號線839示出了兩個特 性，即由實線指示的深黑區(qū)特性803和由虛線指示的黑區(qū)特性804。這里，黑區(qū)特性804等 同于與垂直線‘a(chǎn)’相關聯(lián)的垂直信號線839的黑區(qū)特性802。因此，省略對其的描述。深黑區(qū)特性803表示從與黑區(qū)833相關聯(lián)的所有像素電路850中的連接到與垂直 線‘b’相關聯(lián)的垂直信號線839的像素電路850輸出的信號電平的特性。在該深黑區(qū)特性 803中，在像素信號讀出時段期間，像素信號電平升至高于黑色電勢的電平(VB’)。像素信號電平的該升高是由在負載晶體管柵極線872中產(chǎn)生的耦合改變(AV)引 起的。也就是說，作為負載晶體管874的柵極電壓降低的結果，被提供到像素電路850的負 載電流減少。這增加了像素電路850中放大晶體管854的放大增益，由此將像素信號電平 升高至高于黑色電勢(VB)。如上所述，經(jīng)由垂直信號線839從與白區(qū)832相關聯(lián)的像素電路850輸出的信號 電平顯著改變。因此，負載晶體管柵極線872的電勢經(jīng)由寄生電容器879降低耦合改變 (Δ V)。結果，由負載晶體管874提供到放大晶體管邪4的負載電流減少，升高了與黑區(qū)833 相關聯(lián)的垂直信號線839中的像素信號電平。這使得圖9Α中所示的目標的黑區(qū)833被顯 示為圖9Β中所示的捕獲圖像的深黑區(qū)843。根據(jù)上述內(nèi)容，本發(fā)明的目的是維持被提供到像素電路的放大晶體管的負載電流 恒定。已經(jīng)做出本發(fā)明以便解決以上問題。本發(fā)明的第一實施例是固態(tài)成像設備，其包 括多個像素電路、負載電流源電路、信號讀出電路和控制信號產(chǎn)生電路。多個像素電路中的 每一個將光學信號轉(zhuǎn)換為像素信號。負載電流源電路將被用來從多個像素電路讀出像素信 號的負載電流在逐列的基礎上提供到像素電路。信號讀出電路在逐行的基礎上從像素電路讀出參考信號和像素信號，并且輸出已經(jīng)讀出的參考信號和像素信號之間的差?？刂菩盘?產(chǎn)生電路產(chǎn)生被用來在讀出時段期間維持負載電流恒定的維持控制信號，該讀出時段從信 號讀出電路讀出參考信號時起持續(xù)到信號讀出電路讀出像素信號時。負載電流源電路包括 多個負載晶體管、電壓保持電路和電壓設置電路。多個負載晶體管在逐行的基礎上將負載 電流提供到像素電路。電壓保持電路穩(wěn)定負載晶體管的柵極電壓，以便維持負載電流恒定。 電壓設置電路基于維持控制信號將電壓保持電路設置到恒定的保持電壓。結果，電壓設置 電路在讀出時段期間基于由控制信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的維持控制信號將電壓保持電路設置 到恒定的保持電壓，該讀出時段從信號讀出電路讀出參考信號時起持續(xù)到信號讀出電路讀 出像素信號時。這穩(wěn)定了負載晶體管的柵極電壓?？商娲?，在本發(fā)明的第一實施例中，控制信號產(chǎn)生電路可以產(chǎn)生被用來在讀出 時段期間維持負載電流恒定的維持控制信號，該讀出時間從信號讀出電路在逐行的基礎上 讀出參考信號時起持續(xù)到該信號讀出電路在逐行的基礎上讀出像素信號時。這針對每一行 在讀出時段期間穩(wěn)定了負載晶體管的柵極電壓。在第一實施例中仍可替代地，電壓保持電路可以包括多個保持電容器(多個像素 電路的每一列一個保持電容器)以便穩(wěn)定負載晶體管的柵極電壓，并且電壓設置電路可以 基于維持控制信號將多個保持電容器中的每一個設置到保持電壓。這對于每一列中的負載 晶體管提供了保持電容器，由此穩(wěn)定了負載晶體管的柵極電壓。在此情況下，負載電流源電 路還可以包括多個第二負載晶體管、第二電壓保持電路和第二電壓設置電路。多個第二負 載晶體管在逐列的基礎上將負載電流提供到像素電路。第二電壓保持電路穩(wěn)定第二負載晶 體管的柵極電壓。第二電壓設置電路將第二電壓保持電路設置到保持電壓。這抑制了由被 適配為將負載電流提供到像素電路的垂直信號線的電勢改變引起的負載晶體管的柵極電 壓的改變。在第一實施例中仍可替代地，控制信號產(chǎn)生電路可以產(chǎn)生被用來在讀出時段開始 之前的準備時段期間對電壓保持電路的電容進行充電的充電控制信號，并且電壓設置電路 可以基于充電控制信號將與負載晶體管相關聯(lián)的參考晶體管的柵極端子連接到電壓保持 電路的一端。這基于由控制信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生的充電控制信號在準備時段期間對電壓保持 電路的電容進行充電。本發(fā)明的第二實施例是負載電流源電路，其包括負載晶體管、電壓保持電路和電 壓設置電路。每個負載晶體管使其漏極端子連接到被適配為將負載電流提供到像素電路的 垂直信號線。電壓保持電路使其一端連接到負載晶體管的源極端子。電壓設置電路使其柵 極端子連接到被適配為提供維持控制信號以便穩(wěn)定負載電流的維持控制信號線。電壓設置 電路使其源極端子連接到負載晶體管的柵極端子和電壓保持電路的另一端。這允許電壓設 置電路將電壓保持電路設置到恒定的保持電壓，由此穩(wěn)定負載晶體管的柵極電壓。本發(fā)明提供了極佳的有利效果在于可以維持被提供到像素電路的放大晶體管的 負載電流恒定。


圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像設備的配置示例的電路圖；圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像設備的操作示例的時序7
圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像設備的修改示例的時序圖；圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的固態(tài)成像設備的配置示例的電路圖；圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的負載晶體管柵極線上的耦合影響的示例 的概念性圖；圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的固態(tài)成像設備的配置示例的電路圖；圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的固態(tài)成像設備的操作示例的時序圖；圖8是圖示現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備的配置示例的電路圖；圖9A和圖9B是圖示現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備中通過作為垂直信號線的信號電平 中的改變的結果而發(fā)生的、經(jīng)由寄生電容器的耦合所影響的捕獲圖像的概念性圖；以及圖10是圖示為什么現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備產(chǎn)生圖9B中所示的捕獲圖像的原因 的圖。
具體實施例方式下面將給出用于實施本發(fā)明的優(yōu)選實施例(下文中稱為實施例)的描述。應注意， 將按照以下順序給出描述1.第一實施例(負載電流穩(wěn)定控制其中為每一列提供設置晶體管和保持電容器 的負載電流提供電路的示例)2.第二實施例(負載電流穩(wěn)定控制其中負載電流源電路包括級聯(lián)在一起的多個 負載電流提供電路的示例)3.第三實施例(負載電流穩(wěn)定控制其中僅提供一個設置晶體管和一個保持電容 器的示例)<1.第一實施例>[固態(tài)成像設備的配置示例]圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像設備的配置示例的電路圖。固態(tài)成像設備100包括定時控制電路200、行掃描電路300、像素陣列部分400、列 掃描電路500和負載電流源電路600。固態(tài)成像設備100還包括信號讀出電路710和信號 處理部分720。像素陣列部分400包括以二維矩陣(η乘m)布置的多個像素電路410。這里，為了 便利的原因，示出在二乘二矩陣中布置的四個像素電路(1，1)、(1，2)“2，1)、和(2，2)410。 此外，布置了水平線(HL)組，在像素電路410的每一行中布置一個水平線組，并且布置了 垂直信號線VSL，在像素電路410的每一列中布置一個垂直信號線。這里，示出了第一和第 二行中的兩個水平線組(HLl和HL2)301和302、以及第一和第二列中的兩個垂直信號線 (VSL1 和 VSL2)501 和 502。另一方面，負載電流源電路600包括多個負載電流提供電路610和參考晶體管 690。在像素電路410的每一列中提供多個負載電流提供電路610中的一個負載電流提供 電路610。每個負載電流提供電路610包括設置晶體管611、保持電容器613、負載晶體管 614和寄生電容器619。此外，信號讀出電路710包括多個⑶S (相關雙采樣)電路711和 712，在像素電路410的每一列中布置一個⑶S(相關雙采樣)電路。水平線(HLl和HL2)組301和302連接到行掃描電路300。另一方面，垂直信號線(VSL1和VSL2)501和502連接到相應列中的CDS電路711和712以及負載電流提供電 路 610。定時控制電路200控制用于由行掃描電路300、列掃描電路500、負載電流源電路 600以及信號讀出電路710執(zhí)行的圖像信號產(chǎn)生的定時。定時控制電路200產(chǎn)生被用來產(chǎn) 生圖像信號的定時控制信號。圖像信號被產(chǎn)生為在逐行的基礎上從像素陣列部分400的像 素電路410輸出并沿列方向讀出的信號。也就是說，定時控制電路200控制用于使用列并 行讀出產(chǎn)生圖像信號的定時。定時控制電路200基于從時鐘端子103提供的時鐘信號以及水平同步端子102提 供的水平同步信號產(chǎn)生定時控制信號。此外，定時控制電路200經(jīng)由地址線201提供行地 址信號，并且經(jīng)由定時線202提供定時信號。行地址信號在逐行的基礎上連續(xù)地指定像素 電路410。定時信號用作被提供到所指定的像素電路410的脈沖的參考。此外，定時控制電路200產(chǎn)生被用來維持負載電流恒定的維持控制信號。使用負 載電流從每個像素電路410中讀出像素信號。定時控制電路200經(jīng)由維持控制信號線203 將所產(chǎn)生的維持控制信號提供到負載電流源電路600。此外，定時控制電路200產(chǎn)生被用來 在通電或待機復位之后立即對保持電容器613進行充電的充電控制信號。應注意，定時控 制電路200是在權利要求中描述的控制信號產(chǎn)生電路的示例。此外，定時控制電路200經(jīng)由參考信號讀出控制線204和像素信號讀出控制線205 將讀出脈沖提供給信號讀出電路710，一個讀出脈沖被用來讀出參考信號，而另一個讀出脈 沖被用來讀出從每個像素電路410輸出的像素信號。此外，定時控制電路200經(jīng)由列掃描 控制線207提供被用來控制列掃描電路500的列掃描控制信號。此外，定時控制電路200 基于從待機端子101提供的待機信號將固態(tài)成像設備100帶入待機狀態(tài)。行掃描電路300基于行地址信號和從定時控制電路200提供的定時信號連續(xù)地產(chǎn) 生行掃描信號。行掃描信號被適配為使得像素電路410在逐行的基礎上輸出信號。行掃描 電路300將所產(chǎn)生的行掃描信號提供給水平線(HL)組。例如，行掃描電路300首先將行掃描信號提供到水平線(HLl)組301，然后將另一 行掃描信號提供到水平線(HL2)組302。水平線(HLl和HL2)組301和302分別包括復位 電勢線311和312、像素復位線321和322、以及電荷傳輸線331和332。每個像素電路410通過光電轉(zhuǎn)換將入射光或光學信號轉(zhuǎn)換為電信號。像素電路 410放大該電信號并且輸出放大后的信號作為像素信號。像素電路410例如利用具有浮動 擴散(FD)的FD放大器來放大電信號。每個像素電路410包括光電轉(zhuǎn)換元件411、傳輸晶體管412、復位晶體管413和放 大晶體管414。應注意，像素電路410是權利要求中描述的像素電路的示例。在像素電路410中，光電轉(zhuǎn)換元件411使其陽極端子接地，并且使其陰極端子連接 到傳輸晶體管412的源極端子。此外，傳輸晶體管412使其柵極端子連接到電荷傳輸線331 和332，并且經(jīng)由浮動擴散FD使其漏極端子連接到復位晶體管413的源極端子和放大晶體 管414的柵極端子。此外，復位晶體管413使其柵極端子連接到像素復位線321和322，并且使其漏極 端子連接到復位電勢線311和312。此外，放大晶體管414使其漏極端子連接到電源電勢 線415，并且使其源極端子連接到垂直信號線(VSL1和VSL2)501和502。此外，放大晶體管414連同負載晶體管614 —起形成源極跟隨電路。光電轉(zhuǎn)換元件411根據(jù)光強度產(chǎn)生電荷。例如通過光電二極管來實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換元 件411，并且光電轉(zhuǎn)換元件411根據(jù)光強度產(chǎn)生電子。傳輸晶體管412根據(jù)從行掃描電路300提供的傳輸脈沖，將光電轉(zhuǎn)換元件411所 產(chǎn)生的電子傳輸?shù)礁訑U散FD。傳輸晶體管412例如根據(jù)經(jīng)由電荷傳輸線331被提供到傳 輸晶體管412的柵極端子的傳輸脈沖來進行傳輸。復位晶體管413根據(jù)從行掃描電路300提供的復位脈沖，將浮動擴散FD設置到 (充電到)恒定的電勢，以便復位浮動擴散FD的電勢。復位晶體管413例如根據(jù)從像素復 位線321提供的復位脈沖、通過將經(jīng)由復位電勢線311提供的復位電勢提供到放大晶體管 414的柵極端子而這樣做。放大晶體管414放大在浮動擴散FD中產(chǎn)生的電勢，并且將與放大后的電勢相當?shù)?信號輸出到垂直信號線(VSL) 501或502。放大晶體管414連同負載晶體管614—起形成源 極跟隨電路。也就是說，放大晶體管414根據(jù)從負載晶體管614提供的負載電流，放大在浮 動擴散FD中產(chǎn)生的電勢。例如，放大晶體管414放大通過使用復位電勢在浮動擴散FD中產(chǎn)生的電勢，并且 將放大后的參考電勢輸出到垂直信號線(VSL) 501作為參考信號。該參考信號被CDS電路 711或712用來從像素電路410中移除特定噪聲分量，諸如復位晶體管413的復位噪聲以及 放大晶體管414的閾電壓改變。此外，放大晶體管414例如放大在浮動擴散FD中、作為從傳輸晶體管412傳輸來 的電子累積的結果而產(chǎn)生的電勢，并且將放大后的電勢輸出到垂直信號線(VSL)501作為
像素信號。列掃描電路500基于從定時控制電路200提供的列掃描控制信號產(chǎn)生輸出控制信 號。該輸出控制信號使得信號讀出電路710將每列的像素信號輸出到信號處理部分720。 列掃描電路500將所產(chǎn)生的輸出控制信號提供到CDS電路711和712。參考電流產(chǎn)生電路680是被適配為使用經(jīng)由電源線670提供的電源電勢產(chǎn)生恒定 的參考電流的恒定電流電路。參考電流產(chǎn)生電路680經(jīng)由參考電流線601將所產(chǎn)生的參考 電流提供到負載電流源電路600。負載電流源電路600基于從參考電流產(chǎn)生電路680提供的參考電流，將負載電流 提供到垂直信號線(VSL1和VSL2)501和502。負載電流源電路600的每個負載電流提供電 路610將恒定的負載電流提供到垂直信號線(VSL1或VSL2)501或502。在負載電流提供電路610中，設置晶體管611使其柵極端子連接到維持控制信號 線203，并且使其漏極端子連接到參考電流線601。此外，保持電容器613使其電極之一經(jīng) 由負載晶體管柵極線612連接到設置晶體管611的源極端子以及負載晶體管614的柵極端 子，并且使其另一電極接地。此外，負載晶體管614使其漏極端子連接到垂直信號線(VSL1 或VSU) 501或502，并且使其源極端子接地。應注意，設置晶體管611和保持電容器613形 成所謂的采樣/保持電路。設置晶體管611是被適配為基于從定時控制電路200提供的維持控制信號、在連 接到負載晶體管614的柵極端子的負載晶體管柵極線612和參考電流線601之間出現(xiàn)接觸 和不出現(xiàn)接觸間進行切換的開關。設置晶體管611穩(wěn)定負載晶體管614的柵極電壓。
例如當從定時控制電路200提供連接脈沖時，設置晶體管611導通(開啟)，使參 考電流線601和負載晶體管柵極線的電勢相等。另一方面，例如當維持控制信號被提供到設置晶體管611的柵極端子時，設置晶 體管611不導通(截止)，使參考電流線601與負載晶體管柵極線612隔離。這允許設置晶 體管611基于從定時控制電路200提供的維持控制信號來穩(wěn)定負載晶體管柵極線612的電 勢。也就是說，設置晶體管611基于維持控制信號將保持電容器613設置到恒定的保持電 壓。此外，例如當設置晶體管611在緊接在通電或待機復位之后從定時控制電路200 接收到被用來對保持電容器613進行充電的充電控制信號時，設置晶體管611將參考電流 線601和保持電容器613的一端連接。應注意，設置晶體管611是權利要求中描述的電壓 設置電路和設置晶體管的示例。保持電容器613維持負載晶體管614的柵極電壓恒定，以便維持負載電流恒定。保 持電容器613保持設置晶體管611設置的保持電壓。應注意，保持電容器613是權利要求 中描述的電壓保持電路和保持電容器的示例。負載晶體管614連同參考晶體管690 —起形成電流鏡電路。負載晶體管614將與 被提供到參考晶體管690的參考電流相當?shù)呢撦d電流提供到垂直信號線(VSL1或VSL2)501 或502。這允許將參考信號和像素信號的電平從像素電路410的放大晶體管414輸出到垂 直信號線(VSL1和VSL2)501和502。此外，負載晶體管614連同放大晶體管414 一起形成源極跟隨電路，負載晶體管 614經(jīng)由垂直信號線(VSL1或VSL2)501或502連接到放大晶體管414。負載晶體管614將 負載電流提供到垂直信號線(VSL1或VSL2)501或502。負載電流被適配為驅(qū)動放大晶體管 414。也就是說，負載晶體管614將與保持電容器613所保持的電壓相當?shù)呢撦d電流提供到 放大晶體管414。應注意，負載晶體管614是權利要求中描述的負載晶體管的示例。寄生電容器619包括在負載晶體管614的柵極和漏極之間產(chǎn)生的寄生電容器、以 及在垂直信號線(VSL1或VSL2)501或502和參考電流線601之間形成的布線間電容器。該 寄生電容器619在每列中在垂直信號線(VSL1或VSL2) 501或502和負載晶體管柵極線612 之間產(chǎn)生耦合。也就是說，負載晶體管柵極線612的電勢隨著垂直信號線(VSL1或VSL2) 501 或502的信號電平中的改變而改變。參考晶體管690使得每列中的負載晶體管614產(chǎn)生與從參考電流產(chǎn)生電路680提 供的參考電流(偏置電流)近似相等的負載電流。參考晶體管690確保從負載晶體管614 將恒定的負載電流提供到每列中的垂直信號線。也就是說，參考晶體管690連同每列中的 負載晶體管614 —起形成電流鏡電路。此外，參考晶體管690使其源極端子接地，并且使其柵極端子和漏極端子連接到 參考電流線610。也就是說，參考晶體管690通過二極管連接設置參考電流。應注意，參考 晶體管690是權利要求中描述的參考晶體管的示例。信號讀出電路710使從像素陣列部分400輸出的像素信號經(jīng)過相關雙采樣，由此 移除由每個像素電路410的特定噪聲引起的固定模式噪聲。信號讀出電路710在逐行的基 礎上從多個像素電路410讀出參考信號和像素信號，并且輸出已經(jīng)讀出的參考信號和像素 電路之間的差。
⑶S電路711和712獲得連續(xù)地從像素電路410提供的參考信號和像素信號之 間的電平上的差，移除固定模式噪聲，諸如復位噪聲以及放大晶體管414的閾值電壓改變。 CDS電路711和712根據(jù)經(jīng)由參考信號讀出控制線204提供的讀出脈沖，分別從與CDS電 路711和712連接的垂直信號線(VSL1和VSL2)501和502讀出參考信號。此外，CDS電路 711和712根據(jù)經(jīng)由像素信號讀出控制線205提供的讀出脈沖，分別從與⑶S電路711和 712連接的垂直信號線(VSL1和VSL2)501和502讀出像素信號。⑶S電路711和712將無噪聲的像素信號提供到信號處理部分720。應注意，經(jīng)由 參考信號讀出控制線204和像素信號讀出控制線205提供的讀出脈沖經(jīng)由CDS電路711和 712被提供到所有的⑶S電路。信號處理部分720將從⑶S電路711和712提供的每個像素信號，即模擬信號，轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號。信號處理部分720將數(shù)字信號輸出到信號輸出線721作為圖像信號。在每個負載電流提供電路610中提供的設置晶體管611和保持電容器613抑制負 載晶體管柵極線612的電平中的改變。也就是說，固態(tài)成像設備100可以抑制由垂直信號 線(VSL1和VSL2)的信號電平中的改變導致的、由寄生電容器619引起的對負載晶體管柵 極線612的耦合影響。此外，固態(tài)成像設備100可以移除例如由參考晶體管690的熱噪聲引起的參考電 流中的改變導致的負載晶體管柵極線612的電勢中的改變，所述參考晶體管690連同負載 晶體管614 —起形成電流鏡電路。下面將參考時序圖給出其中移除例如由參考晶體管690 的熱噪聲引起的參考電流中的改變導致的負載晶體管柵極線612的電勢中的改變的示例 的詳細描述。[固態(tài)成像設備100的操作示例]圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像設備100的操作示例的時序圖。 該時序圖示出了在針對第一行的讀出時段期間固態(tài)成像設備100的操作。這里假設每列中 垂直信號線(VSL)在信號電平方面僅改變很小程度，并且由寄生電容器619引起的對負載 晶體管柵極線612的耦合影響輕微。這里，在水平軸表示時間軸的情況下，通過實線示出時鐘端子103、水平同步端子 102、地址線201、像素復位線321和電荷傳輸線331的電勢中的改變。除此之外，還通過實 線示出了參考信號讀出控制線204、像素信號讀出控制線205和維持控制信號線203的電勢 中的改變。此外，現(xiàn)有技術的負載晶體管柵極線872通過虛線示出連接到缺少設置晶體管 611和保持電容器613的、現(xiàn)有技術的負載電流源電路中負載晶體管的柵極端子的信號線 的電勢中的改變。另一方面，假設在該圖中時間從左到右地流逝。首先在時刻t0，水平同步信號在水平同步端子102處從高電平改變?yōu)榈碗娖?，?水平同步脈沖112提供到定時控制電路200。此外，經(jīng)由地址線201將行地址從定時控制電 路200提供到行掃描電路300，以便指定像素電路410。同時，將復位脈沖320從行掃描電路300提供到像素復位線321。這將復位晶體管 413帶入導通(開啟)，由于從復位電勢線311提供的復位電勢而將參考電勢施加到浮動擴 散FD。此外，在時刻to，將連接脈沖213從定時控制電路200提供到維持控制信號線203。這開啟設置晶體管611，連接參考電流線601和負載晶體管柵極線612。結果，負載晶 體管柵極線612的電勢等于由于例如參考晶體管690的熱噪聲而變化的參考電流線601的 電勢。也就是說，在連接時段期間，負載晶體管柵極線612示出與現(xiàn)有技術的負載晶體管柵 極線872的波形相似的波形。然后，在時刻tl，在維持控制信號線203中連接脈沖的連接時段結束，將像素復位 線321從高電平改變?yōu)榈碗娖?。也就是說，將維持控制信號從定時控制電路200提供到維 持控制信號線203。這將設置晶體管611帶出導通(截止)，穩(wěn)定了保持電容器613所保持的電壓并 且由此維持負載晶體管柵極線612的電勢恒定。也就是說，基于維持控制信號，保持電容器 613被設置到恒定的保持電壓。如上所述，穩(wěn)定了負載晶體管的柵極電壓，維持從負載晶體 管614提供到像素電路410的負載電流恒定。此后對從行掃描電路300提供的復位脈沖 320進行復位。接下來，在時刻t2，經(jīng)由參考信號讀出控制線204將讀出脈沖214從定時控制電路 200提供到信號讀出電路710，啟動參考信號讀出時段。這允許信號讀出電路710讀出從像 素電路410的放大晶體管414輸出的參考信號。此時，負載晶體管柵極線612的電勢恒定。結果，維持被提供到放大晶體管414的 負載電流恒定。這允許信號讀出電路710讀出以恒定的放大增益從放大晶體管414輸出的 參考信號。相反，現(xiàn)有技術的負載晶體管柵極線872的電勢改變。結果，放大晶體管414的 放大增益改變。在接在參考信號讀出時段的結束之后的時刻t3，經(jīng)由電荷傳輸線331將傳輸脈沖 330從行掃描電路300提供到傳輸晶體管412。這開啟傳輸晶體管412，將光電轉(zhuǎn)換元件411 產(chǎn)生的電子傳輸?shù)礁訑U散FD。此后在時刻t4，經(jīng)由像素信號讀出控制線205將讀出脈沖215從定時控制電路 200提供到信號讀出電路710。這允許信號讀出電路710基于來自放大晶體管414的、由 傳輸?shù)礁訑U散FD的電子產(chǎn)生的電勢，而讀出從放大晶體管414輸出到垂直信號線的像素 信號。然后，信號讀出電路710通過相關雙采樣計算經(jīng)由垂直信號線讀出的參考信號和像 素信號之間的差，將無噪聲的像素信號提供到信號處理部分720。此時，負載晶體管柵極線612的電勢等于參考信號讀出時段期間負載晶體管柵極 線612的電勢，維持了被提供到放大晶體管414的負載電流恒定。因此，在保持時段中，由 信號讀出電路710讀出以恒定的放大增益從放大晶體管414輸出的參考信號和像素信號。相反，現(xiàn)有技術的負載晶體管柵極線872的電勢改變，改變了放大晶體管414的放 大增益。應注意，這里將從時刻tl到時刻t5的時段示為保持時段。然而，僅需要在從參考 信號讀出時段到像素信號讀出時段的讀出時段期間維持負載電流恒定。因此，可以將從時 刻t2到時刻5的時段考慮為保持時段。然后，在時刻t5，將水平同步脈沖112提供到水平同步端子102，終止了針對第一 行的一行讀出時段并且啟動針對第二行的一行讀出時段。如上所述，固態(tài)成像設備100在由信號讀出電路710執(zhí)行的相關雙采樣的一行讀 出時段期間讀出從像素電路410輸出的參考信號和像素信號。在此情況下，現(xiàn)有技術的負 載晶體管柵極線872的電勢由于例如參考晶體管690的熱噪聲而改變。這改變了放大晶體管414的放大增益，使得熱噪聲和其他因素的影響疊加在像素信號上作為噪聲分量。相反，固態(tài)成像設備100基于從維持控制信號線203提供的維持控制信號，在一行 讀出時段的保持時段期間使設置晶體管611截止。也就是說，定時控制電路200產(chǎn)生維持 控制信號。維持控制信號被適配為在從由信號讀出電路710在逐行的基礎上讀出參考信號 時起持續(xù)到由信號讀出電路710在逐行的基礎上讀出像素信號時的讀出時段期間維持負 載電流恒定。這允許保持電容器613在保持時段期間保持恒定的保持電壓，穩(wěn)定了負載晶體管 柵極線612的電勢并且消除了參考晶體管690的熱噪聲和其它因素的影響。如上所述，在本發(fā)明的第一實施例中設置晶體管611將保持電容器613設置到保 持電壓，穩(wěn)定了負載晶體管柵極線612的電勢。這在參考信號和像素信號讀出時段期間維 持從負載晶體管614提供的負載電流的幅度恒定。結果，可以抑制由寄生電容器619引起 的垂直信號線501和502的耦合影響，并且消除參考晶體管690的熱噪聲和其它因素的影 響。應注意，已經(jīng)給出了其中在一行讀出時段期間提供連接時段的示例的描述。然而， 在該情況下，保持電容器613可能在只是緊接在固態(tài)成像設備100的通電或從待機狀態(tài)恢 復之后的連接時段期間不能被充分充電。因此，下面將參考附圖給出其中提供充電時段以 便緊接在通電或從待機狀態(tài)恢復之后對保持電容器613進行充電的示例的描述。[固態(tài)成像設備100的操作的修改示例]圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的固態(tài)成像設備100的操作的修改示例的時 序圖。在該示例中，假設固態(tài)成像設備100從待機狀態(tài)恢復。這里，示出了待機端子101、水平同步端子102、像素復位線321、電荷傳輸線331、 參考信號讀出控制線204、像素信號讀出控制線205、維持控制信號線203、以及負載晶體管 柵極線612的電勢中的改變。另一方面，假設在水平軸表示公共的時間軸的情況下，在該圖 中時間從左向右流逝。首先，在時刻t0之前，將待機信號從待機端子101提供到定時控制電路200。結 果，固態(tài)成像設備100處于待機狀態(tài)。在時刻to，來自待機端子101的信號從高電平改變?yōu)?低電平，復位了待機時段。然后在時刻tl，將水平同步脈沖112提供到水平同步端子102，啟動準備時段。同 時，經(jīng)由維持控制信號線203從定時控制電路200提供的信號從低電平改變?yōu)楦唠娖?，啟?了保持電容器613的充電時段。這經(jīng)由維持控制信號線203將充電控制信號提供到設置晶體管611的柵極端子， 開啟設置晶體管611并且開始對保持電容器613進行充電。也就是說，保持電容器613開 始被充電。接下來，在時刻t2，將水平同步脈沖112提供到水平同步端子102，終止準備時段 并啟動一行讀出時段。此時，經(jīng)由維持控制信號線203從定時控制電路200提供的信號從 高電平改變?yōu)榈碗娖剑K止充電時段。結果，經(jīng)由維持控制信號線203將維持控制信號提供 到設置晶體管611，使設置晶體管611截止并且穩(wěn)定了負載晶體管柵極線612的電勢。從時刻t2向前，不再通過圖2所示的連接脈沖將保持晶體管613設置到保持電 壓，維持了負載晶體管柵極線612的電勢恒定。此外，維持控制信號線203和負載晶體管柵
14極線612以與用于圖2所示的固態(tài)成像設備100的操作的方式相同的方式在電勢上發(fā)生改 變。因此，省略對其的描述。如上所述，定時控制電路200在一行讀出時段的開始之前的準備時段期間產(chǎn)生充 電控制信號。這允許將與負載晶體管614相關聯(lián)的參考晶體管690的柵極端子連接到保持 電容器613的一端。也就是說，如果提供在長度上等于兩個一行讀出時段的準備時段，則保 持電容器613在充電時段期間可以被充分充電。這消除了保持電容器613在緊接在激活固 態(tài)成像設備100之后未被充分充電的可能性。結果，可以防止從像素電路410輸出到垂直 信號線的信號的響應特性的變差。該變差是由從對保持電容器613進行不充分充電產(chǎn)生的 負載電流下降而引起的。應注意，在該情況下，不再將保持電容器613設置到保持電壓。因此，很可能由于 負載晶體管614的柵極漏電流和保持電容器613的漏電流，負載晶體管柵極線612可能在 延長時段上電勢下降。然而，這樣的長期下降有可能被從設置晶體管611到負載晶體管柵 極線612的溝道漏電流抑制。應注意，由寄生電容器619引起的電勢改變不持續(xù)長時間，這是因為在每個一行 讀出時段將恒定的參考信號從像素電路410輸出到每個垂直信號線(VSL1和VSL2)501和 502。另一方面，盡管這里已經(jīng)描述了其中將充電時段的長度設置為兩個一行讀出時段的示 例，但是根據(jù)保持電容器613的電容量可以將其長度設置為一個一行讀出時段、三個一行 讀出時段或更長。另一方面，盡管能夠抑制由其它列中垂直信號線的電勢的改變引起的耦合影響， 但是本發(fā)明的第一實施例可能不能抑制由與負載晶體管614連接的垂直信號線的電勢的 改變引起的耦合影響。例如，可以不能充分地抑制從垂直信號線(VSLl) 501的信號電平的 改變導致的、對與該垂直信號線(VSLl) 501相關聯(lián)的負載晶體管柵極線612的耦合影響。第 二實施例是第一實施例的改進版本，用于減輕從垂直信號線的電平的改變導致的、對與該 垂直信號線相關聯(lián)的負載晶體管柵極線612的耦合影響。<2.第二實施例〉[固態(tài)成像設備的配置示例]圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的固態(tài)成像設備的配置示例的電路圖。除了 圖1所示的固態(tài)成像設備100的組件之外，固態(tài)成像設備110包括第二負載電流提供電路 620、參考電流產(chǎn)生電路681、和參考晶體管691和692。也就是說，固態(tài)成像設備110在負 載電流源電路600中包括兩極負載電流提供電路，S卩，共發(fā)共基(cascode)級聯(lián)在一起的負 載電流提供電路610和620。在該示例中，除了第二負載電流提供電路620、參考電流產(chǎn)生電路681和參考晶體 管691和692之外的組件與圖1所示的固態(tài)成像設備100的組件相同。因此，通過相同的 參考標號表示這些組件，并且省略對其的描述。另一方面，參考電流產(chǎn)生電路681、和參考晶 體管691和692連同第二負載電流提供電路620 —起形成電流鏡電路。此外，參考電流產(chǎn) 生電路681與參考電流產(chǎn)生電路680相同，參考晶體管691和692中的每一個與參考晶體 管690相同。因此，省略對其的描述。在每個第二負載電流提供電路620中示出了第二設置晶體管621、第二保持電容 器623、第二負載晶體管6M和寄生電容器629。以與負載電流提供電路610相同的方式配置第二負載電流提供電路620。因此，省略對其的詳細描述。在第二負載電流提供電路620中，第二設置晶體管621使其柵極端子連接到維持 控制信號線203，并且使其漏極端子連接到第二參考電流線602。另一方面，第二負載晶體 管6M使其漏極端子連接到垂直信號線(VSL1或VSL2) 501或502，并且使其源極端子連接 到負載晶體管614的漏極端子。此外，第二保持電容器623使其電極之一經(jīng)由第二負載晶體管柵極線622連接到 第二設置晶體管621的源極端子以及第二負載晶體管624的柵極端子，并且使其另一電極 接地。應注意，寄生電容器6 形成在第二負載晶體管柵極線622與第二負載晶體管6M 的漏極端子之間。第二負載晶體管6M連同參考晶體管691 —起形成電流鏡電路。第二負載晶體 管擬4將與流過參考晶體管691的參考電流相當?shù)呢撦d電流提供到垂垂直信號線(VSL1或 VSL2)501或502。這允許將參考信號和像素信號的電平從像素電路410的放大晶體管414 輸出到垂直信號線(VSL1和VSL2)501和502。此外，第二負載晶體管6M連同放大晶體管414和負載晶體管614 —起形成源極 跟隨電路，其經(jīng)由垂直信號線(VSL1或VSL2)501或502連接。這允許第二負載晶體管624 將與第二保持電容器623所保持的電壓相當?shù)呢撦d電流提供到放大晶體管414。應注意，第 二負載晶體管6M是權利要求中描述的第二負載晶體管的示例。第二設置晶體管621是被適配為基于從定時控制電路200提供的維持控制信號、 在連接到第二負載晶體管624的柵極端子的第二負載晶體管柵極線622和參考電流線601 之間出現(xiàn)接觸和不出現(xiàn)接觸間進行切換的開關。第二設置晶體管621與第二負載晶體管 6M相關聯(lián)。第二設置晶體管621將第二保持電容器623設置為恒定的保持電壓。應注意， 第二設置晶體管621是權利要求中描述的第二電壓設置電路的示例。第二保持電容器623維持第二負載晶體管624的柵極電壓恒定。第二保持電容器 623與第二負載晶體管6M相關聯(lián)。第二保持電容器623維持第二負載晶體管624的柵極 電壓恒定。應注意，第二保持電容器623是權利要求中描述的第二電壓保持電路的示例。寄生電容器6 包括在第二負載晶體管624的柵極和漏極之間產(chǎn)生的寄生電容 器、以及在垂直信號線(VSL1或VSL2) 501或502和第二參考電流線602之間形成的布線 間電容器。該寄生電容器6 在垂直信號線(VSL1或VSL2)501或502和負載晶體管柵極 線622之間產(chǎn)生耦合。也就是說，負載晶體管柵極線612的電勢隨著垂直信號線(VSL1或 VSL2)501或502的信號電平中的改變而改變。如上所述，在第二實施例中提供第二負載電流提供電路620，減輕了由垂直信號線 的電平的改變導致的、對與該垂直信號線相關聯(lián)的負載晶體管柵極線612的耦合影響。此外，第二設置晶體管621和第二保持電容器623可以減輕由其它垂直信號線的 電平的改變導致的、對負載晶體管柵極線612的耦合影響。例如，與垂直信號線(VSL1)501 相關聯(lián)的第二設置晶體管621和第二保持電容器623減輕了由除了垂直信號線(VSLl) 501 之外的垂直信號線的信號電平的改變導致的耦合影響。這里將參考附圖給出其中作為提供 第二負載電流提供電路620的結果的負載晶體管柵極線612在電勢上發(fā)生改變的示例的描 述。[負載晶體管柵極線612的電勢改變的示例]
圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的負載晶體管柵極線612上的耦合影響的示 例的概念性圖。假設連接到垂直信號線(VSL1)501的像素電路410接收到白光。在該示例中，示出了在一行讀出時段期間垂直信號線(VSLl) 501、第二負載晶體管 柵極線622、第二負載晶體管擬4的源極端子、以及負載晶體管柵極線612的電勢中的改變。 另一方面，如同圖4 一樣，參考信號讀出時段和像素信號讀出時段分別是其中通過信號讀 出電路710讀出參考信號和像素信號的時段。垂直信號線(VSLl) 501示出作為像素電路410接收白光的結果而從像素電路410 輸出的信號電平。垂直信號線(VSL1)501的電勢從參考信號讀出時段期間的黑色電勢(VB) 降低到像素信號讀出時段期間的白色電勢(VW)。也就是說，垂直信號線(VSL1)501的信號 電平顯著改變。第二負載晶體管柵極線622示出第二負載晶體管624的柵極端子的電勢改變。作 為垂直信號線(VSLl) 501的電平下降的結果，第二負載晶體管柵極線622的電勢從參考信 號讀出時段期間的電勢降低第二耦合改變(△%)，該第二耦合改變(AV2)基于第二保持電 容器623和寄生電容器6 之間的分壓比。也就是說，基于垂直信號線(VSL1)501的電平 下降(VB-VW)、以及第二保持電容器623相對于第二保持電容器623和寄生電容器6 的組 合電容的比率，來產(chǎn)生第二耦合改變(Δν2)。應注意，在第一實施例中，在像素信號讀出時段期間，由于第二耦合改變(AV2), 連接到垂直信號線(VSLl) 501的放大晶體管414的放大增益升高。第二負載晶體管624的源極端子示出第二負載晶體管624的源極端子的電勢改 變。第二耦合改變(Δν2)從第二負載晶體管柵極線622傳播到第二負載晶體管624的源 極端子，導致了近似等于第二耦合改變(AV2)的電勢降(Δν2’)。負載晶體管柵極線612示出了負載晶體管614的柵極端子的電勢改變。作為第二 負載晶體管624的源極端子的電勢降(Δν2’)的結果，負載晶體管柵極線612的電勢從參 考信號讀出時段期間的電勢降低第一耦合改變(AV1),該第一耦合改變(AV1)基于第一保 持電容器613和寄生電容器619之間的分壓比。如上所述，如果提供第二負載電流提供電路620，則可以將垂直信號線(VSLl) 501 的信號電平中的改變抑制到基于第二保持電容器623和寄生電容器6 之間的分壓比的程 度。這將負載晶體管614的柵極端子的改變抑制到基于保持電容器631和寄生電容器619 之間的分壓比的程度，使得耦合影響可忽略地很小。例如，如果對于負載電流提供電路610 和第二負載電流提供電路620兩者分壓比都被設置為1/10，則可以將負載晶體管柵極線 612的耦合改變抑制到圖1所示的固態(tài)成像設備100的耦合改變的1/10。如上所述，在第二實施例中提供第二負載電流提供電路620，比第一實施例中更多 地抑制了由自身的垂直信號線的信號電平中的改變導致的耦合影響。也就是說，第二實施 例可以抑制由垂直信號線的信號電平中的改變導致的、與該垂直信號線相關聯(lián)的負載晶體 管柵極線612的電勢中的改變。應注意，在第一和第二實施例中已經(jīng)描述了其中對于像素電路410的每一列提供 設置晶體管611和保持電容器613各一個的示例。然而，可以減少設置晶體管611和保持 電容器613的數(shù)目。這里將參考附圖給出包括單個設置晶體管611和單個保持電容器613 的固態(tài)成像設備120的示例的描述。
3.第三實施例[固態(tài)成像設備的配置示例]圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的固態(tài)成像設備120的配置示例的電路圖。 固態(tài)成像設備120包括負載電流提供電路630、電壓設置電路631和電壓保持電路633，而 非圖1所示的負載電流源電流600的負載電流提供電路610。應注意，為了便利的原因，這 里省略圖1所示的定時控制電路200、列掃描電路500和信號處理部分720。在每個負載電流提供電路630中示出了負載晶體管634和寄生電容器639。負載 晶體管634和寄生電容器639分別與圖1所示的負載晶體管614和寄生電容器619相同。 因此，省略其描述。應注意，以與現(xiàn)有技術的固態(tài)成像設備的負載電流提供電路相同的方式 配置負載電流提供電路630。電壓設置電路631是被適配為基于經(jīng)由維持控制信號線203從定時控制電路200 提供的維持控制信號來穩(wěn)定與負載晶體管634的柵極端子連接的負載晶體管柵極線632的 電勢的開關。電壓設置電路631基于從定時控制電路200提供的維持控制信號，將在其漏 極側的參考電流線601和其源極側的負載晶體管柵極線632連接到一起。另一方面，電壓 設置電路631與圖1所示的設置晶體管611相關聯(lián)。例如，通過場效應晶體管來實現(xiàn)電壓設置電路631。此外，當將維持控制信號提供 到電壓設置電路631的柵極端子時，電壓設置電路631截止，將參考電流線601與負載晶體 管柵極線632隔離。這允許電壓設置電路631基于從定時控制電路200提供的維持控制信 號來穩(wěn)定負載晶體管柵極線632的電勢。也就是說，電壓設置電路631基于維持控制信號 將電壓保持電路633設置到恒定的保持電壓。此外，例如當電壓設置電路631在緊接在通電或待機復位之后從定時控制電路 200接收到被用來對電壓保持電路633進行充電的充電控制信號時，電壓設置電路631將參 考電流線601和電壓保持電路633的一端連接。應注意，電壓設置電路631是權利要求中 描述的電壓設置電路的示例。電壓保持電路633是被適配為維持負載晶體管634的柵極電壓恒定的電容器。電 壓保持電路633具有大得足以抑制在逐列的基礎上發(fā)生的、由寄生電容器639導致的垂直 信號線(VSL1和VSL2)501和502的耦合影響的電容值。如上所述，如果電壓保持電路633具有大得足以抑制由寄生電容器639導致的耦 合影響的電容值，則可以利用單個電壓設置電路631和單個電壓保持電路633來實現(xiàn)負載 電流源電流600。接下來將參考附圖給出固態(tài)成像設備120的操作示例的描述。[固態(tài)成像設備120的操作示例]圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的固態(tài)成像設備120的操作示例的時序圖。 這里，示出了待機端子101、水平同步端子102、像素復位線321、電荷傳輸線331、參考信號 讀出控制線204、像素信號讀出控制線205、維持控制信號線203、以及負載晶體管柵極線 612的電勢中的改變。在該示例中，另一方面，假設固態(tài)成像設備120從待機狀態(tài)恢復。這 里假設在在水平軸表示公共的時間軸的情況下，在該圖中時間從左向右流逝。首先，在時刻t0之前，將待機信號從待機端子101提供到定時控制電路200。結 果，固態(tài)成像設備120處于待機狀態(tài)。在時刻t0，來自待機端子101的信號從高電平改變?yōu)?低電平，復位了待機時段。
接下來，在時刻tl，將水平同步脈沖112提供到水平同步端子102，啟動準備時段， 即用于從待機狀態(tài)恢復的時段。此時，經(jīng)由維持控制信號線203從定時控制電路200提供 的信號從低電平改變?yōu)楦唠娖?，啟動了電壓保持電?33的充電時段。也就是說，電壓設置電路631基于經(jīng)由維持控制信號線203提供的充電控制信號 而開啟，在電壓保持電路633中累積電荷并且由此啟動對電壓保持電路633的充電。由于 電壓保持電路633的電容大于在每列中提供的保持電容器613的電容，因此負載晶體管柵 極線612的電勢逐漸升高。此后，在時刻t2，經(jīng)由維持控制信號線203從定時控制電路200提供的信號從高電 平改變?yōu)榈碗娖?，終止充電時段。也就是說，當經(jīng)由維持控制信號線203將維持控制信號提 供到電壓設置電路631時，電壓設置電路631截止，穩(wěn)定了負載晶體管柵極線612的電勢。接下來，在時刻t3，將水平同步脈沖112提供到水平同步端子102，終止準備時段 并啟動一行讀出時段。同時，經(jīng)由維持控制信號線203提供連接脈沖213，啟動連接時段。 應注意，從時刻t3向前的操作與圖2所示的固態(tài)成像設備100的操作相同。因此，省略其 描述。如上所述，如果提供在長度上等于兩個一行讀出時段的準備時段，則可以消除具 有相對大電容的電壓保持電路633被不充分充電的可能性。這使得信號讀出電路710能夠 在待機復位時段的第一個一行讀出時段期間從像素電路410讀取被放大到適當電平的信號。如上所述，與本發(fā)明的第一或第二實施例不同，在第三實施例中提供單個電壓設 置電路631和單個電壓保持電路633，提供了負載電流源電流600的降低數(shù)目的組件。如上所述，本發(fā)明的優(yōu)選實施例可以抑制可歸結于由參考晶體管690和寄生電容 器619的熱噪聲導致的耦合影響的、負載晶體管614的柵極電壓的改變。也就是說，在從參 考信號讀出時段到起持續(xù)到像素信號讀出時段的讀出時段期間，負載電流源電流600可以 穩(wěn)定被提供到與像素電路410的每一列連接的垂直信號線的負載電流。應注意，可以在固態(tài)成像設備的外部提供電容器來穩(wěn)定負載電流。然而，在此情況 下，需要外部連接端子，由此要求用于此目的的空間，這可能在空間節(jié)省方面存在問題。然 而，本發(fā)明的優(yōu)選實施例不需要用于連接外部電容器的外部連接端子，由此有助于節(jié)省空 間。此外，可以防止從外部電容器產(chǎn)生的噪聲的不利影響。應注意，已經(jīng)關于本發(fā)明的優(yōu)選實施例描述了其中信號處理部分720操縱模數(shù) (A/D)轉(zhuǎn)換的示例。然而，本發(fā)明還可以應用于列并行A/D轉(zhuǎn)換CMOS傳感器，其中A/D轉(zhuǎn)換 在逐列的基礎上由信號讀出電路710操縱。也就是說，本發(fā)明的優(yōu)選實施例還可以應用于 被適配為在信號讀出電路710中在逐列的基礎上操縱A/D轉(zhuǎn)換的列并行A/D轉(zhuǎn)換CMOS傳 感器。也就是說，只要使用操縱相關雙采樣的列并行讀出MOS固態(tài)成像設備，本發(fā)明的優(yōu)選 實施例就是可應用的。應注意，本發(fā)明的優(yōu)選實施例僅僅是實施方式的可能示例。如在優(yōu)選實施例中清 楚指出的，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的組件和在權利要求中提出的發(fā)明的具體實質(zhì)之間存在 對應關系。類似地，在在權利要求中提出的發(fā)明的具體實質(zhì)和本發(fā)明的優(yōu)選實施例的相同 命名組件之間存在對應關系。然而，應注意，本發(fā)明不限于優(yōu)選實施例，而是可以通過在不 偏離本發(fā)明范圍的情況下以各種方式修改優(yōu)選實施例而實現(xiàn)。
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此外，不僅可以將與優(yōu)選實施例相關地描述的處理步驟考慮為具有一系列步驟的 方法，而且還可以將其考慮為被適配為允許計算機執(zhí)行該系列步驟的程序、以及被適配為 存儲該程序的記錄介質(zhì)?？梢詫D (密致盤)、MD (迷你盤)、DVD (數(shù)字多功能盤)、存儲卡、 藍光盤(注冊商標)或其它介質(zhì)用作該記錄介質(zhì)。本申請包含與在2009年11月19日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權專利申請 JP2009-263455中公開的內(nèi)容相關的主題，通過引用將其全部內(nèi)容并入于此。
權利要求
1.一種固態(tài)成像設備，包括多個像素電路，該多個像素電路中的每一個將光學信號轉(zhuǎn)換為像素信號； 負載電流源電路，被適配為在逐列的基礎上將被用來從所述多個像素電路中讀出像素 信號的負載電流提供到像素電路；信號讀出電路，被適配為在逐行的基礎上從像素電路讀出參考信號和像素信號，并且 輸出已經(jīng)讀出的參考信號和像素信號之間的差；以及控制信號產(chǎn)生電路，被適配為產(chǎn)生被用來在從信號讀出電路讀出參考信號時起持續(xù)到 信號讀出電路讀出像素信號時的讀出時段期間維持負載電流恒定的維持控制信號，其中 負載電流源電路包括多個負載晶體管，被適配為在逐行的基礎上將負載電流提供到像素電路， 電壓保持電路，被適配為穩(wěn)定負載晶體管的柵極電壓，從而維持負載電流恒定，以及 電壓設置電路，被適配為基于維持控制信號將電壓保持電路設置到恒定的保持電壓。
2.如權利要求1所述的固態(tài)成像設備，其中，控制信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生被用來在從在逐 行的基礎上讀出參考信號時起持續(xù)到在逐行的基礎上讀出像素信號時的讀出時段期間維 持負載電流恒定的維持控制信號。
3.如權利要求1所述的固態(tài)成像設備，其中，電壓保持電路包括多個保持電容器，該多個保持電容器被適配為在多個像素電路的逐 列的基礎上穩(wěn)定負載晶體管的柵極電壓，以及電壓設置電路包括多個設置晶體管，每個設置晶體管被適配為基于維持控制信號將所 述多個保持電容器之一設置到保持電壓。
4.如權利要求3所述的固態(tài)成像設備，其中，負載電流源電路還包括多個第二負載晶體管，被適配為在逐列的基礎上將負載電流提供到像素電路； 第二電壓保持電路，被適配為穩(wěn)定第二負載晶體管的柵極電壓；以及 第二電壓設置電路，被適配為將第二電壓保持電路設置到保持電壓。
5.如權利要求1所述的固態(tài)成像設備，其中，控制信號產(chǎn)生電路產(chǎn)生被用來在讀出時段開始之前的準備時段期間對電壓保持電路 進行充電的充電控制信號，并且電壓設置電路基于充電控制信號將與負載晶體管相關聯(lián)的參考晶體管的柵極端子與 電壓保持電路的一端連接。
6.一種負載電流源電路，包括多個負載晶體管，每個負載晶體管使其漏極端子連接到被適配為將負載電流提供到像 素電路的垂直信號線；電壓保持電路，使其一端連接到負載晶體管的源極端子；以及 電壓設置電路，使其柵極端子連接到被適配為提供維持控制信號以便穩(wěn)定負載電流的 維持控制信號線，并且使其源極端子連接到負載晶體管的柵極端子和電壓保持電路的另一 端。
全文摘要
公開了一種固態(tài)成像設備和負載電流源電路。所述固態(tài)成像設備包括多個像素電路，該多個像素電路中的每一個將光學信號轉(zhuǎn)換為像素信號；負載電流源電路，被適配為在逐列的基礎上將被用來從所述多個像素電路中讀出像素信號的負載電流提供到像素電路；信號讀出電路，被適配為在逐行的基礎上從像素電路讀出參考信號和像素信號，并且輸出已經(jīng)讀出的參考信號和像素信號之間的差；以及控制信號產(chǎn)生電路，被適配為產(chǎn)生被用來在從信號讀出電路讀出參考信號時起持續(xù)到信號讀出電路讀出像素信號時的讀出時段期間維持負載電流恒定的維持控制信號。
文檔編號H04N5/374GK102075703SQ20101054865
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權日2009年11月19日
發(fā)明者小關賢, 片岡邦晶 申請人:索尼公司