專利名稱：升壓電荷轉(zhuǎn)移管線的制作方法
升壓電荷轉(zhuǎn)移管線
本申請(qǐng)案主張于公元2006年5月31日所提申的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案第 60/809,485的權(quán)益，上述申請(qǐng)案的整個(gè)教示以引用方式納入本文中。
背景技術(shù)：
在電荷域訊號(hào)處理電路中，其以電荷封包來(lái)代表訊號(hào)。該些電荷封包被儲(chǔ) 存，從一儲(chǔ)存位置被轉(zhuǎn)移至另一儲(chǔ)存位置，并且會(huì)經(jīng)過(guò)處理用以施行特定的訊 號(hào)處理功能。電荷封包能夠代表模擬的量，以庫(kù)倫為單位的電荷封包大小與所 代表的訊號(hào)成正比。電荷域作業(yè)(例如電荷轉(zhuǎn)移)由r頻率J電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，用以 提供離散時(shí)間處理。因此，電荷域電路提供模擬、離散時(shí)間訊號(hào)處理功能。
電荷域電路被做成電荷耦合組件(CCD)、被設(shè)計(jì)成金屬氧化物半導(dǎo)體 (MOS)貯體隊(duì)伍組件(BBD)、以及雙載子BBD。本發(fā)明主要關(guān)于MOS BBD; 不過(guò)，在電荷封包產(chǎn)生的領(lǐng)域中，其亦可應(yīng)用于CCD。請(qǐng)注意的是，下文所 討論的所有電路均假設(shè)以電子作為訊號(hào)-電荷載體，并且使用N通道場(chǎng)效晶體 管(NFET)或是N信道CCD來(lái)進(jìn)行訊號(hào)-電荷處理。通過(guò)運(yùn)用PFET或P信道 CCD以及相反的訊號(hào)與控制電壓極性，便可以電洞作為電荷載體而應(yīng)用相同 的電路。
在MOSBBD中，該電荷封包被儲(chǔ)存在電容器之中。從一儲(chǔ)存電容器將電 荷轉(zhuǎn)移至下一個(gè)儲(chǔ)存電容器透過(guò)一以共閘極組態(tài)方式來(lái)連接的FET來(lái)進(jìn)行。 本文將借助于圖1與圖2來(lái)解釋于一BBD之中的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程。該些圖式省 略眾多實(shí)際的細(xì)節(jié)，不過(guò)卻已足以顯現(xiàn)習(xí)知BBD中的電荷轉(zhuǎn)移的基本特性。
圖1所示的是用于一BBD類型電荷轉(zhuǎn)移的基本電路組件。在圖1中，Vx 是一被施加至電容器1的第一端子的輸入電壓。電容器1的第二端子以及FET 2的源極端子在節(jié)點(diǎn)4處相連。FET2的閘極:故連接至一電壓VG,在本討論中 假設(shè)該電壓保持恒定。FET2的汲極與負(fù)載電容器3的第一端子在節(jié)點(diǎn)5處相 連。負(fù)載電容器3的另一端子則被連接至電路共同接地。圖2所示的是與圖1的電路相關(guān)的電壓波形。在電荷轉(zhuǎn)移周期的起始處， Vx位于高電壓21處；節(jié)點(diǎn)5已經(jīng)被初始化至比較高的電壓23;而節(jié)點(diǎn)4則被 初始化至一較低的電壓22。對(duì)此基礎(chǔ)解釋來(lái)說(shuō)，假設(shè)電壓22較VG-VT為正， 其中VT為FET 2的臨界電壓。于此條件下，F(xiàn)ET 2被偏壓在臨界電壓以下， 所以，不會(huì)有任何大量的電流流過(guò)它。
電荷轉(zhuǎn)移是從時(shí)間tl處開始，其通過(guò)朝一較為負(fù)的電壓處來(lái)降低Vx。剛 開始，節(jié)點(diǎn)4的電壓V4在負(fù)向方向上跟隨Vx。在時(shí)間t2處，V4變成VcrVT， 用以導(dǎo)通FET 2。所生成的流過(guò)FET 2的電流限制V4進(jìn)一步負(fù)向的偏離。在 時(shí)間t3處，Vx抵達(dá)其較低的數(shù)值24。電流繼續(xù)流過(guò)FET2，進(jìn)入電容器1， 讓節(jié)點(diǎn)4在正向方向上充電。當(dāng)V4抵達(dá)VG-VT時(shí)，流經(jīng)FET 2的電流便會(huì)變 小。V4以持續(xù)縮減的速率朝VcrVT處趨穩(wěn)，從而會(huì)在時(shí)間U處抵達(dá)電壓26。 在U處，Vx返回其原始電壓。此正向轉(zhuǎn)變經(jīng)由電容器l耦合至節(jié)點(diǎn)4，從而完 全關(guān)閉FET2并且結(jié)束電荷轉(zhuǎn)移。
在上面所述的事件期間，電流經(jīng)由FET 2從電容器3流入電容器1之中。 此電流的積分構(gòu)成被轉(zhuǎn)移電荷qt。 Qt可以用Vx、節(jié)點(diǎn)4、與節(jié)點(diǎn)5處的電壓 變化以及個(gè)別電容來(lái)表示。忽略FET2的組件電容，被傳遞至電容器3的電荷 可以利用熟知的表示式Q=CV，用跨于其上的電壓變化來(lái)表示。以C3來(lái)表示 電容器3的電容且以AV5來(lái)表示該電壓變化，可獲得下面公式
QT = C3AV5 公式1
請(qǐng)注意，利用圖中所示的波形，AVs二(電壓25-電壓23)為負(fù)的，所以QT 為負(fù)的；也就是，其由電子所組成。
qt亦可以用跨于電容器1的電壓變化來(lái)表示。使用相同的符號(hào)，可獲得 下面/>式
QT = d (AVX — AV4) 公式2
因此，對(duì)圖2的波形來(lái)說(shuō)，出現(xiàn)在電荷轉(zhuǎn)移的開始與結(jié)束之間的相關(guān)電壓 變化如下
△Vx =(電壓24 -電壓21) 公式3
以及
△V4 =(電壓26 -電壓22) 公式4針對(duì)上面所述的條件來(lái)說(shuō)，電壓22為一恒定值(其是一初始條件)。倘若 節(jié)點(diǎn)4欲完美地趨穩(wěn)至其標(biāo)稱漸近線(asymptote)VG-VT(其同樣是一恒定值)的 話，那么AV4便會(huì)是一恒定值。于此情況中，公式2便可改寫如下
QT = Ci AVx + (恒定值) 公式5
此表示式代表完美線性的電荷轉(zhuǎn)移作業(yè)的理想化結(jié)果。對(duì)節(jié)點(diǎn)4的趨穩(wěn)現(xiàn) 象并不完美的實(shí)際情況來(lái)說(shuō)，公式2可被重新寫成
Q產(chǎn)d[AVx"(電壓26)]+(恒定值) 公式6
從此公式中可以看出，電荷轉(zhuǎn)移的任何非線性或不完全趨穩(wěn)現(xiàn)象均可能會(huì) 反應(yīng)在電壓26，電荷轉(zhuǎn)移結(jié)束處的節(jié)點(diǎn)4的電壓。
在所有習(xí)知的BBD之中均會(huì)使用到基本上和上面所述類似的電荷轉(zhuǎn)移作 業(yè)。實(shí)際上的細(xì)節(jié)(例如用于建立上面所述初始條件的構(gòu)件、實(shí)際的頻率波 形、…等)和本發(fā)明無(wú)關(guān)且將不會(huì)在本文中作進(jìn)一步說(shuō)明。相同的電荷轉(zhuǎn)移技 術(shù)亦可在眾多CCD訊號(hào)處理電路中提供電荷封包輸入。(CCD中的后續(xù)電荷 轉(zhuǎn)移使用不同的原理，本文并未說(shuō)明。)
上面所述的電荷轉(zhuǎn)移模型在下文的討論中將被稱為r被動(dòng)式」電荷轉(zhuǎn)移。 此詞語(yǔ)所指的是在該電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程期間，被施加至FET 2的閘極電壓Vg是靜 態(tài)的，其并不會(huì)響應(yīng)于被轉(zhuǎn)移的電荷而主動(dòng)地受控。(在實(shí)際的BBD中，VG 通常會(huì)受到頻率控制，而并非靜態(tài)的，但并不會(huì)響應(yīng)于被轉(zhuǎn)移的電荷。)此被 動(dòng)式電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程受到兩項(xiàng)重大誤差來(lái)源的影響。
第一項(xiàng)誤差來(lái)源衍生自圖2中的t3至t4間隔期間節(jié)點(diǎn)4的趨穩(wěn)性質(zhì)。如上 面所述，于此時(shí)間期間，節(jié)點(diǎn)4在正向方向上充電，從而會(huì)降低FET2的閘極 -源極電壓。此遞減的閘極-源極電壓造成流經(jīng)該FET的電流下降。接著，此下 降的電流便會(huì)造成節(jié)點(diǎn)4的充電速率下降。此過(guò)程在時(shí)間上是相當(dāng)非線性的， 并且還會(huì)以非線性的方式相依于被轉(zhuǎn)移的電荷封包的大小。因此，圖2(以及公 式6)中的殘余電壓26便會(huì)非線性地相依于QT，從而會(huì)造成有整體非線性的電 荷轉(zhuǎn)移作業(yè)。又，對(duì)高速的電路作業(yè)來(lái)說(shuō)，利用實(shí)際的電路數(shù)值讓節(jié)點(diǎn)4的趨 穩(wěn)時(shí)間非常地長(zhǎng)而讓人無(wú)法接受。因此，被動(dòng)式電荷轉(zhuǎn)移既慢且又非線性；于 眾多的應(yīng)用中，該些限制條件損及速度與精確性而讓人無(wú)法接受。
第二項(xiàng)誤差來(lái)源肇因于FET汲極電壓V5的變化AVs。如上面所示(公式1)，此變化與Qt成正比。FET呈現(xiàn)一反4貴效應(yīng)，其中，汲極電壓中的變化實(shí)際上 導(dǎo)致臨界電壓VT的變化。因此，V4朝其趨穩(wěn)的r最終J電壓VG-Vi實(shí)際上便 不會(huì)是一恒定值(如上述理想化的討論)，而會(huì)是被轉(zhuǎn)移電荷的函數(shù)。此效應(yīng)等 同于電壓26相依于qt的大小IQtI越大，電壓26的負(fù)值便越大。此效應(yīng)使 得電荷轉(zhuǎn)移增益小于100%。 一般來(lái)說(shuō)，其還會(huì)包含一小額的非線性分量，使 得上面所討論的非線性問(wèn)題更形惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例4是供一種電荷轉(zhuǎn)移電路，其中會(huì)大幅地降低上面所述的兩 項(xiàng)誤差來(lái)源的效應(yīng)。和習(xí)知的BBD中所使用的被動(dòng)式電荷轉(zhuǎn)移不同的是，本 發(fā)明的電荷轉(zhuǎn)移方法是所謂的「升壓式」。升壓電荷轉(zhuǎn)移電路的效能已獲得改 良而遠(yuǎn)優(yōu)于該被動(dòng)式電路的效能，其可施行高速、高精確性的應(yīng)用。


如隨附圖式中所示，從上文本發(fā)明示范實(shí)施例的更明確說(shuō)明中i^更可以明白 在發(fā)明內(nèi)容中所述，其中，在所有不同的圖式中，相同的組件符號(hào)代表相同的 部件。該圖式并未必依比例繪制，重點(diǎn)僅在于圖解本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1所示的是一電荷轉(zhuǎn)移電路的簡(jiǎn)化圖式；
圖2所示的是與圖l相關(guān)的電壓波形；
圖3所示的是根據(jù)本發(fā)明觀點(diǎn)的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路；
圖4所示的是圖3的電路的電壓波形；
圖5所示的是含有一 CMOS放大器的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路；
圖6所示的是使用一放大器來(lái)降低米勒(Miller)電容的另一升壓電荷轉(zhuǎn)移 電路；
圖7所示的是使用一NFET作為共閘極放大器的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路； 圖8所示的是使用電阻器組件來(lái)衰減該電路響應(yīng)的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路； 圖9所示的是用以對(duì)電流的起始與結(jié)束提供更大控制的升壓電荷轉(zhuǎn)移電
路；
圖10所示的是使用一 FET來(lái)控制功率消耗的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路；圖11所示的是提供一電壓-電荷取樣-保持功能的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路； 圖12所示的是在靜態(tài)輸入電壓的情況中和圖11的電路相關(guān)的電壓波形； 圖13所示的是在時(shí)變輸入電壓的情況中和圖12的電路相關(guān)的電壓波形； 圖14A與14B所示的是提供輸入電荷給一CCD的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路的電 路圖與剖面組件結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下文將說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
本發(fā)明提供一種電荷轉(zhuǎn)移電路，其中會(huì)大幅地降低上面所述的兩項(xiàng)誤差來(lái) 源的效應(yīng)。和習(xí)知的BBD中所使用的被動(dòng)式電荷轉(zhuǎn)移不同的是，本發(fā)明的電 荷轉(zhuǎn)移方法是所謂的「升壓式」。升壓電荷轉(zhuǎn)移電路的效能已獲得改良而遠(yuǎn)優(yōu) 于該被動(dòng)式電路的效能，其可施行高速、高精確性的應(yīng)用。借助于圖3與4 便能夠了解此升壓電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)，此兩解其作業(yè)的基礎(chǔ)特點(diǎn)。
圖3的組件和圖1中具有類似符號(hào)的組件相同，不過(guò)，增加了放大器36 與其參考電壓VR，并且省略了電壓Vc。圖3中的電容器31對(duì)應(yīng)于圖1中的 電容器1,節(jié)點(diǎn)34對(duì)應(yīng)于節(jié)點(diǎn)4.…等。新增的放大器36是本發(fā)明特有的特點(diǎn)； 其具有中等的電壓增益(通常為10至100)以及非常高的速度。
此電路的操作波形如圖4中所示，其使用和圖2中運(yùn)用相同的命名慣例(舉 例來(lái)說(shuō)，節(jié)點(diǎn)34的電壓稱為V34.,.等)。圖4中的初始條件和圖2中的初始條 件類似。輸入電壓Vx起始于一高數(shù)值41處。汲極節(jié)點(diǎn)35被初始化至一高電 壓43。源極節(jié)點(diǎn)34則被初始化至一較低的電壓42，其較VR為正。因?yàn)閂34>VR， 所以，放大器36將其輸出(節(jié)點(diǎn)37)驅(qū)動(dòng)至一低電壓48。節(jié)點(diǎn)37也被連接至 FET32的閘極，以使V37的低數(shù)值確保FET32剛開始會(huì)先被關(guān)閉并且不會(huì)有 任何電流流過(guò)它。
電荷轉(zhuǎn)移從時(shí)間t,處開始，其通過(guò)朝一較為負(fù)的電壓處來(lái)降低Vx。剛開
始，V34在負(fù)向方向上跟隨Vx。在時(shí)間t2處，V34變成較VR為負(fù)，從而會(huì)讓放
大器36將其輸出節(jié)點(diǎn)37驅(qū)動(dòng)至一高電壓。此高電壓導(dǎo)通FET32;所生成的 流過(guò)FET 32的電流限制節(jié)點(diǎn)34的負(fù)向偏離。接著，放大器36通過(guò)經(jīng)過(guò)FET 32 的反饋來(lái)運(yùn)作，用以將V34保持在略低于VR處。此平4軒持續(xù)到時(shí)間b處，Vx在時(shí)間t3處抵達(dá)其較低的數(shù)值44。接著，流過(guò)FET32的電流便會(huì)朝正向來(lái)充
電節(jié)點(diǎn)34直到時(shí)間t4處，V34在時(shí)間U處接近VR。當(dāng)其輸入驅(qū)動(dòng)電壓(V34-VR)
接近零時(shí)，放大器36便會(huì)朝一較低的數(shù)值49來(lái)驅(qū)動(dòng)其輸出電壓37,并且流 經(jīng)FET32的電流快速地下降。最后，在時(shí)間t5處，Vx返回其原始數(shù)值。此正 向轉(zhuǎn)變經(jīng)由電容器31耦合至節(jié)點(diǎn)34，從而導(dǎo)致放大器36再度將其輸出節(jié)點(diǎn) 37驅(qū)動(dòng)至一低電壓，關(guān)閉FET32并且結(jié)束電荷轉(zhuǎn)移。
和前面所述的^C動(dòng)式電荷轉(zhuǎn)移相同，流經(jīng)FET 32的電流通過(guò)電容器33 來(lái)積分，從而會(huì)在節(jié)點(diǎn)35處造成電壓波形V35。此經(jīng)過(guò)積分的電流構(gòu)成被轉(zhuǎn) 移屯荷Qt 。電容器33上的電荷與電壓的關(guān)系就如同公式1:
QT = C33AV35 公式7
不過(guò)，
AV35^(電壓45—電壓43)。
同樣地，
QT = C31(AVX-AV34) 公式8
類同于公式6，
Q產(chǎn)C3![AVx-(電壓46)]+(恒定值)公式9 V34名夂趨穩(wěn)的漸近線為VR,其為放大器36的參考電壓。在圖4中，V34 在電荷轉(zhuǎn)移結(jié)束處(時(shí)間ts)的數(shù)值為電壓46。和被動(dòng)式電荷轉(zhuǎn)移相同，介于電 壓46與VR之間的任何差異均代表被轉(zhuǎn)移電荷的誤差。升壓電荷轉(zhuǎn)移與被動(dòng)式
電荷轉(zhuǎn)移之間的關(guān)鍵差異在于V34接近VR時(shí)的改良精確性與速度。
在被動(dòng)式電荷轉(zhuǎn)移電路與升壓電荷轉(zhuǎn)移電路兩者中，該FET的源極電壓 (分別為圖1中的節(jié)點(diǎn)4及圖3中的節(jié)點(diǎn)34)在t3之后通過(guò)FET電流而朝正向 充電。如上面所述，此充電導(dǎo)致降低閘極-源極電壓VGS以及FET電流ID。
在圖l的被動(dòng)式電路中，閘極電壓V(j是固定的，所以，VGs的變化速率便是
V4的變化速率的負(fù)值
dVGS/dt = -dVVdt = —ID/d 公式10
在圖3的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路中亦可套用相同的公式(分別套用至Vm與 C31)。不過(guò)，F(xiàn)ET 32的閘極卻不會(huì)維持在一恒定的電壓處，而會(huì)受到放大器 36的輸出驅(qū)動(dòng)，其響應(yīng)于節(jié)點(diǎn)34處的電壓并且具有增益A(如上面所述，通常是介于10至100之間)。因此FET32的閘極-源極電壓為
VGS=V37-V34"A(V34-Vr—V^A[Vr"(1+A-')V34]公式11 因?yàn)閂R為恒定的，所以，圖3的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路的VGS的變化速率 便是
dVGS/dt = "(A+l)dV34/dt = —(A+l)ID/d 公式12
比較公式12與公式IO顯示出，相較于被動(dòng)式的情況，VGs的趨穩(wěn)速率因 放大器36的增益而提高。在13之后用于趨穩(wěn)至任意給定的精確位準(zhǔn)處所需的 時(shí)間同樣會(huì)縮短。相較于圖2中的最終電壓26,最終電壓46的非線性同樣會(huì) 下降約相同的倍數(shù)。
于前面的說(shuō)明內(nèi)容中，為清楚起見，在基礎(chǔ)的解釋之中省略了數(shù)項(xiàng)重要的 電路細(xì)節(jié)。在下面的段落中將會(huì)說(shuō)明該些細(xì)節(jié)。
如上所述，升壓電荷轉(zhuǎn)移電路中的放大器(例如圖3中的放大器36)的增益 必須夠高，足以大幅地改良線性結(jié)果與速度。落在范圍10至100之中的電壓 增益提供實(shí)質(zhì)的好處。非常低的增益降低線性的改良效果，而較高的增益則會(huì) 造成下文會(huì)作更詳細(xì)說(shuō)明的動(dòng)態(tài)問(wèn)題。電荷轉(zhuǎn)移趨穩(wěn)時(shí)間同樣和該放大器的速 度有關(guān)，即如下文所討論的。因此，該放大器的設(shè)計(jì)受到中等增益與超高速度 兩項(xiàng)必要條件限制。下文說(shuō)明符合上述限制條件的數(shù)種實(shí)用電路。
圖5所示的是含有一基礎(chǔ)的CMOS放大器以提供必要效能的升壓電荷轉(zhuǎn) 移電路。元素Vx、電容器51與53、以及電荷轉(zhuǎn)移FET52的排列就如圖3中 所示。該放大器(圖3中的36)在圖5中被設(shè)計(jì)成共源才及連接的NFET 56與PFET 58,其連接正供應(yīng)電壓VoD與偏壓電壓Vu作為一電流源。此電路的運(yùn)作方式 如同配合圖3與4所述。圖3中的放大器參考電壓Vr在圉5中的等效電壓為 節(jié)點(diǎn)54處的電壓，于該節(jié)點(diǎn)54處，NFET56的汲極電流是平衡PFET58的汲 極電流。此電壓略高于NFET 56的臨界電壓。此類型的電路可具有落在必要 范圍之中的電壓增益。其速度可通過(guò)縮放FET 56與58以及其操作電流來(lái)作選 擇FET越大且電流越大，則產(chǎn)生越高速度，上限為該特定半導(dǎo)體制程的特征。
雖然適用于特定的應(yīng)用，不過(guò)，圖5的電路卻具有嚴(yán)重的效能限制。所有 的電荷轉(zhuǎn)移電路均會(huì)增加該被轉(zhuǎn)移電荷封包的熱噪聲。此附加的噪聲通常稱為 rkTC」噪聲，因?yàn)樵诤?jiǎn)單的情況中，其遵守下面定律.-Qn = (kTC)1/2 公式13
其中，Qn為附加的噪聲，其單位為庫(kù)倫；T-絕對(duì)溫度；k-波茲曼常數(shù)； 而C則是該電荷轉(zhuǎn)移中所包含的電容器的電容。舉例來(lái)說(shuō)，公式13適用于圖 1的被動(dòng)式電荷轉(zhuǎn)移電路，其中，相關(guān)的C為電容器1的電容加上先前所忽略 的節(jié)點(diǎn)4處的寄生電容。(于特定的情況中，圖1的電路所附加的噪聲可能略 小于公式13所示的數(shù)額。)
在圖5的電路中，會(huì)造成噪聲生成的總電容包含三個(gè)主要項(xiàng)電容器51 的確切數(shù)值；放大器FET 56的閘極-輸入電容；以及從節(jié)點(diǎn)57至節(jié)點(diǎn)54的電 容乘以該放大器的增益。后面的電容項(xiàng)(其乘以該放大器增益)有時(shí)候會(huì)稱為(基 于歷史的緣故)「米勒(Miller)J電容。在圖5中，其由FET 56的汲極-間極電 容力口上FET52的閘極-源極電容所組成。即使FET52與56的組件寄生電容可 能會(huì)小于電容器51的數(shù)值，不過(guò)，因?yàn)樵撁桌针娙菔浅艘栽摲糯笃髟鲆?，?以可能會(huì)在此電路中變成嚴(yán)重的噪聲問(wèn)題。
圖6所示的是通過(guò)降低米勒電容來(lái)改良圖5的電路的一升壓電荷轉(zhuǎn)移電 路。圖6的電i 各中的放大器由FET 66與68所組成，它們的功能與圖5中的 FET56與58具有相同的功能。在圖6中新增一源極隨動(dòng)器PFET 69，其由一 PFET電流源來(lái)供應(yīng)。因?yàn)槠湓诠?jié)點(diǎn)64與節(jié)點(diǎn)70之間提供電壓緩沖作用，所 以便會(huì)大幅地降低FET66的汲極-閘極電容對(duì)米勒電容的貢獻(xiàn)度。因此，在圖 6中，僅有FET62的閘極-源極電容明顯地提高米勒電容。結(jié)果便會(huì)相應(yīng)地降 低和圖5的電路有關(guān)的kTC噪聲生成。
圖7所示的是具有減少的米勒電容的另 一升壓電荷轉(zhuǎn)移電路。此電路和圖 5的電路相同，不過(guò)，會(huì)在FET 76的汲極與放大器輸出節(jié)點(diǎn)77之間增加NFET 79。 FET79充當(dāng)一共閘極放大器，其閘極被偏壓在一恒定的電壓V^處。FET 76與79的共源極+共閘極合成組態(tài)便是熟知的「串迭(cascode)」組態(tài)。在本 申請(qǐng)案中，其效應(yīng)主要是降低從FET76的閘極至汲極的增益，同時(shí)維持或提 高從節(jié)點(diǎn)74至節(jié)點(diǎn)77的增益。雖然并未降低FET76的汲極-閘極電容，不過(guò) 卻已縮小其會(huì)相乘的增益，從而便會(huì)降低對(duì)kTC噪聲生成的貢獻(xiàn)度。已在上 面略為提及但卻并未詳述的該升壓電荷轉(zhuǎn)移電路的其中一項(xiàng)嚴(yán)重問(wèn)題是目前 為止所討論的電路的動(dòng)態(tài)行為可能會(huì)呈現(xiàn)一種不穩(wěn)定性，其可能會(huì)破壞所要的線性電荷轉(zhuǎn)移效果。在非常高的放大器增益中特別會(huì)產(chǎn)生此問(wèn)題，其可能會(huì)希 望降低非線性現(xiàn)象。
此動(dòng)態(tài)問(wèn)題出現(xiàn)在電荷轉(zhuǎn)移的早期部分期間，介于圖4中的t2與U之間。
于此區(qū)域中，在圖3中所看見的從節(jié)點(diǎn)34、經(jīng)由放大器36至節(jié)點(diǎn)37、經(jīng)由 FET 32回到節(jié)點(diǎn)34所組成的封閉回路呈現(xiàn)一雙極點(diǎn)(第二階)增益特征。其中 一個(gè)極點(diǎn)肇因于該放大器的gm以及節(jié)點(diǎn)37處的電容；而另一個(gè)極點(diǎn)則肇因 于FET32的gm以及電容器1。應(yīng)該明白的是，第二階回路增益是此基礎(chǔ)電路 拓樸固有的增益。因?yàn)榱鹘?jīng)FET32的電流從t2之前的零處開始，上升至一尖
峰值，并且然后會(huì)在t3至t5間隔期間衰降至一非常小的數(shù)值，所以，該電路并
不具有一可于該處建立穩(wěn)定條件的DC r靜態(tài)點(diǎn)」。當(dāng)該FET電流降至接近t5 處的非常低位準(zhǔn)處時(shí)，那么流經(jīng)FET32的閘極-源極電容的電流便會(huì)淹沒該汲 極-源極電流，且該第二極點(diǎn)被消除。結(jié)果，該電路的最終趨穩(wěn)狀態(tài)便會(huì)無(wú)條 件地非常穩(wěn)定。在該電荷轉(zhuǎn)移的中途期間的第二階響應(yīng)可能會(huì)在節(jié)點(diǎn)37與34 處造成「過(guò)沖現(xiàn)象(overshoot)J，從而會(huì)導(dǎo)致Qt的非幾性干猶。
如圖8中所示的便是此問(wèn)題的一種解決方式。此電路與圖3的基礎(chǔ)升壓電 荷轉(zhuǎn)移電^各相同，具有類似符號(hào)的組件，不過(guò)卻新增了電阻器88與89。當(dāng)經(jīng) 過(guò)適當(dāng)?shù)拇笮≡O(shè)計(jì)之后，該些電阻器的總和增加一零點(diǎn)，其部分消除上面所述 的第二極點(diǎn)，從而會(huì)提供一充分的阻尼總響應(yīng)。倘若該組合阻值大于必要值的 話，其便會(huì)降低該電荷轉(zhuǎn)移作業(yè)的速度，從而會(huì)削減該升壓電路的好處。利用 實(shí)際的電路參數(shù)之下，存在一相當(dāng)大的范圍以供適當(dāng)選擇電阻器數(shù)值。電阻器 88或89或兩者組合均可用來(lái)達(dá)成所要的效應(yīng)。
在討論圖3至4中，節(jié)點(diǎn)34處的初始電壓已經(jīng)過(guò)選擇以確保FET32被關(guān) 閉。因而不會(huì)有任何電流流經(jīng)該FET,直到在t,之后Vx開始改變?yōu)橹?。同?地，當(dāng)Vx返回其初始數(shù)值時(shí)電流便會(huì)結(jié)束流動(dòng)。在特定的升壓電荷轉(zhuǎn)移應(yīng)用 中希望通過(guò)其它手段來(lái)控制電流的開始與結(jié)束。其中一種手段如圖9中所示。 此電路和圖3的基礎(chǔ)電^各相同，具有類似符號(hào)的組件，不過(guò)，新增了 NFET98， 其受控于一邏輯電壓訊號(hào)VOFF。當(dāng)VOFF為高位準(zhǔn)時(shí)，F(xiàn)ET98便導(dǎo)通，并 且會(huì)將節(jié)點(diǎn)97驅(qū)動(dòng)至接近零伏特。因此節(jié)點(diǎn)94可具有任何低至零(或甚至略 低于零)的初始電壓，而不會(huì)讓FET92導(dǎo)通(因?yàn)镕ET92的Vgs的正植不大)。當(dāng)VOFF被設(shè)為低位準(zhǔn)時(shí)，那么FET98便會(huì)關(guān)閉。于此情況中，該電路的行 為便和圖3的電路相同每當(dāng)節(jié)點(diǎn)94的電壓小于VR時(shí)，放大器96便能夠?qū)?節(jié)點(diǎn)97朝正值驅(qū)動(dòng)，從而會(huì)導(dǎo)通FET92并且讓電流流動(dòng)。倘若V9^VR的話， 當(dāng)VOFF變成低位準(zhǔn)時(shí)，那么放大器96將會(huì)立刻將節(jié)點(diǎn)97驅(qū)動(dòng)為高位準(zhǔn)，從
而開始讓電流流動(dòng)。同樣地，不論V94的狀態(tài)為何，將VoFF設(shè)為高位準(zhǔn)便會(huì)終
止電荷轉(zhuǎn)移。下文將討論此功能的應(yīng)用。
探討圖5、 6、以及7中的詳細(xì)放大器電路顯示出一如圖9中所示方式來(lái) 連接的FET亦能夠使用于每一種特定的情況中，以達(dá)到針對(duì)圖9中比較理論 性的電路所述的結(jié)果。
于眾多應(yīng)用中可能會(huì)希望最小化整體電路功率消耗。于一升壓電荷轉(zhuǎn)移電 路中，電荷轉(zhuǎn)移通常僅發(fā)生在一整個(gè)作業(yè)周期的一部分期間，通常是50%或更 小部分。舉例來(lái)說(shuō)，在圖4中，電流僅會(huì)在^與ts之間流動(dòng)。于該作業(yè)周期的 其余部分期間，該放大器(或是一開關(guān)FET，例如上面所討論的FET98)讓該共 閘極電荷轉(zhuǎn)移FET保持在關(guān)閉狀態(tài)中。于此狀態(tài)中，該;故大器并不需要響應(yīng) 該輸入訊號(hào)(舉例來(lái)說(shuō)，節(jié)點(diǎn)94處的輸入訊號(hào))。因此，《更可禁能作為該放大 器的一部分的該一或多個(gè)電流源，從而消除功率消耗。倘若透過(guò)一訊號(hào)(例如 VoFF)來(lái)進(jìn)行電流控制的話，那么便還可使用相同的訊號(hào)來(lái)控制功率消耗。
此類電路的其中一種范例如圖IO中所示。此電路和圖5的電路類似，不 過(guò)新增了 NFET 109與PFET 110，兩者均受控于邏輯電壓訊號(hào)V0FF。當(dāng)V0FF 為高位準(zhǔn)時(shí)，F(xiàn)ET 109將節(jié)點(diǎn)107保持在低電壓處，禁止電流流經(jīng)FET 102。 同一時(shí)間，F(xiàn)ET110^皮關(guān)閉，所以，不會(huì)有任何電流流經(jīng)電流源FET 108;因
此，因該放大器所造成的功率消耗便會(huì)消滅。當(dāng)VoFF被設(shè)為低位準(zhǔn)時(shí)，那么
FET110便會(huì)導(dǎo)通，從而會(huì)讓電流流經(jīng)FET 108;并且FET109關(guān)閉，其讓節(jié) 點(diǎn)107上升并且導(dǎo)通FET 102，從而會(huì)讓訊號(hào)電荷從節(jié)點(diǎn)104流至節(jié)點(diǎn)105。
圖6與7的電路可以和上面所述的修改類似的方式來(lái)作修改，用以在控制 訊號(hào)V0FF被發(fā)出期間禁止電荷轉(zhuǎn)移并且消弭因它們的放大器所造成的功率消 耗。
在上面所述的所有電荷轉(zhuǎn)移電路中，輸入訊號(hào)Vx均代表一抽象電壓源。 另外，在電荷轉(zhuǎn)移FET的源極處的電壓，舉例來(lái)說(shuō)圖1中的節(jié)點(diǎn)4則描述為
14r被初始化至電壓22」。針對(duì)圖3的電路亦假設(shè)類似的抽象初始化。為達(dá)了解 目前為止所討論的電荷轉(zhuǎn)移電路原理的目的，此抽象表示已經(jīng)足夠。不過(guò)，在 升壓電荷轉(zhuǎn)移電路的實(shí)際應(yīng)用中，則必須以真實(shí)的電路來(lái)取代該些抽象表示。 圖11中所示的便是一應(yīng)用范例，其中，該抽象電壓控制器已經(jīng)由比較不抽象 的開關(guān)來(lái)取代。在一完全開發(fā)的實(shí)用電路中，該些開關(guān)可分別被設(shè)計(jì)成NFET、 PFET、或NFET-PFET組合，稱為「?jìng)鬏旈l」。本文并不會(huì)討論用于控制該些 開關(guān)的電路細(xì)節(jié)。
圖11所示的是和圖3的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路類似的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路，其 具有下面三個(gè)額外組件開關(guān)119、 120、以及121。此外，圖3中受到Vx驅(qū) 動(dòng)的節(jié)點(diǎn)在本圖中標(biāo)示為節(jié)點(diǎn)118。此電路提供一電壓-電荷取樣-保持功能， 其中，被傳送至電容器113的輸出電荷封包QT是三個(gè)輸入電壓V,、 V2、以及 Vs的線性函數(shù)。此電路的其中一種作業(yè)模式借助于圖12來(lái)說(shuō)明。此作業(yè)非常 類似于圖3的電路的作業(yè)，圖3的電路的波形如圖4中所示。
在圖12中繪制著三個(gè)開關(guān)狀態(tài)以及兩個(gè)電壓與時(shí)間的關(guān)系圖。開關(guān)狀態(tài) S119、 S120、以及S121分別代表圖11中開關(guān)119、 120、以及121的狀態(tài)。 開關(guān)狀態(tài)的高數(shù)值表示該開關(guān)為導(dǎo)通的，而低數(shù)值則表示關(guān)斷的。節(jié)點(diǎn)118與 114的電壓繪制在所述開關(guān)狀態(tài)的下方。圖中標(biāo)示著六個(gè)時(shí)間to至t5。時(shí)間t, 至t5對(duì)應(yīng)于圖4中的五個(gè)時(shí)間，此再次強(qiáng)調(diào)圖3與圖11的電路的作業(yè)的類似 性。開始，開關(guān)119與121導(dǎo)通，而開關(guān)120則關(guān)斷。因此，節(jié)點(diǎn)118被連接 至V2,其數(shù)值在圖12中標(biāo)示為123;而節(jié)點(diǎn)114被連接至V3，其數(shù)值在圖12 中標(biāo)示為122。因此，電壓123與122對(duì)應(yīng)于圖4中的初始電壓41與42。
在to處，開關(guān)121是關(guān)斷的，從而會(huì)讓節(jié)點(diǎn)114留在電壓122處(因?yàn)闆] 有任何電流流經(jīng)FET112)。在t,處，開關(guān)119關(guān)斷且開關(guān)120導(dǎo)通，用以將節(jié) 點(diǎn)118連接至V,。節(jié)點(diǎn)118以由開關(guān)120的導(dǎo)通阻值所決定的時(shí)間常數(shù)朝Vt 進(jìn)行充電，最后會(huì)抵達(dá)等于V,的趨穩(wěn)電壓124。 V118的波形和圖4中的Vx
的波形類似。同樣地，如同圖4中的V34, Vu4—開始會(huì)先跟隨V118，然后當(dāng)
電流流經(jīng)FET 112時(shí)便會(huì)停止，并且最后會(huì)趨穩(wěn)在非常接近VR的電壓126處。 在ts處，所有三個(gè)開關(guān)均會(huì)返回它們的原始狀態(tài)，重新將節(jié)點(diǎn)118連接至V2 并且重新將節(jié)點(diǎn)114連接至V3,并且結(jié)束該電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程。依照對(duì)圖3與4所進(jìn)行的分析，我們可對(duì)電容器113所收集到的最終輸出 電荷qt寫出一表示式。和7>式8類同
QT = Cm (AV118 — AV114) 公式14
相關(guān)的電壓變化發(fā)生在該電荷轉(zhuǎn)移的開始與結(jié)束之間；因此，對(duì)圖12的 波形來(lái)說(shuō)
AVu『(電壓124—電壓123)氣Vi — V2) 公式15
及
AVm氣電壓126—電壓122) (VR — V3)公式16
其中，公式16中的近似值忽略了電壓126與VR之間的差值。
結(jié)合前述公式，便可以得出
Qt= C1U [OA — V2) — (VR — V3)] 公式17
此表示式顯示出，在公式16中的近似值內(nèi)，qt相依于四個(gè)電壓V卜V2、 V3、以及Vr。于此分析之中已經(jīng)省略和開關(guān)121相關(guān)聯(lián)的寄生電容與電荷轉(zhuǎn) 移以及節(jié)點(diǎn)114處的其它寄生電容。它們的效應(yīng)是增加Qt表示式的偏移但， 不過(guò)，結(jié)果仍會(huì)在該四個(gè)電壓之中保持線性。
圖12中的波形是隱含根據(jù)假設(shè)公式17中的所有四個(gè)電壓在圖中所示的時(shí) 間期間均是靜態(tài)的。圖13所示的是倘若V2為隨時(shí)間變化，而V!、 V3、以及 VR保持固定時(shí)所產(chǎn)生的關(guān)系圖。于此情況中將會(huì)看出，圖ll的電路產(chǎn)生一相 依于S121關(guān)斷時(shí)的V2的數(shù)值的輸出電荷QT。因此，此電路便會(huì)提供一電壓-電荷取樣-保持功能。
對(duì)圖13中Kto來(lái)說(shuō)，開關(guān)119與121被導(dǎo)通。如同前面的討論，開關(guān)121 讓節(jié)點(diǎn)114保持在電壓132(等于V3的數(shù)值)處。開關(guān)119將節(jié)點(diǎn)118連接至該 時(shí)變的電壓源V2，以使節(jié)點(diǎn)118的電壓追蹤V2(此處假設(shè)相較于V2的變化速 率，開關(guān)119與電容器111的時(shí)間常數(shù)夠短而可被忽略)。在t。處，開關(guān)121 關(guān)斷。因?yàn)楣?jié)點(diǎn)114不再被連接至V3,所以，其因經(jīng)由電容器111的耦合作 用而跟隨節(jié)點(diǎn)118(請(qǐng)注意，在圖12中，節(jié)點(diǎn)118為靜態(tài)，所以，Vm于此時(shí) 點(diǎn)處并不會(huì)改變)。在忽略寄生電容之下，跨越電容器111的電壓維持恒定并 且等于其在t。處的數(shù)值。明確地說(shuō)，以節(jié)點(diǎn)118作為電容器111的正端子 AVcu產(chǎn)電壓133—電壓132=V2[tQ]-V3 公式18其中，V2[to]為V2在to處的數(shù)值。此條件維持到時(shí)間t,處當(dāng)開關(guān)TL19關(guān)斷 且開關(guān)120導(dǎo)通為止。接著，節(jié)點(diǎn)118便會(huì)如同在圖12中朝電壓V!(電壓134) 被驅(qū)動(dòng)。如同在圖12中，節(jié)點(diǎn)114一開始會(huì)先跟隨節(jié)點(diǎn)118，接著當(dāng)電流流 經(jīng)FET 112時(shí)便會(huì)停止，并且最后會(huì)趨穩(wěn)在非常接近VR的電壓136處。如上 述，在ts處，該開關(guān)均會(huì)返回它們的原始狀態(tài)并且停止電荷轉(zhuǎn)移。節(jié)點(diǎn)114被 重新連接至V3并且返回其初始數(shù)值132。節(jié)點(diǎn)118被重新連接至V2并且趨穩(wěn) 至V2的當(dāng)時(shí)的電流凄i f直139處。
在電荷轉(zhuǎn)移結(jié)束處(ts)，跨越電容器111的電壓為
AVcu產(chǎn)電壓134-電壓136:V廣Vr 公式19
和公式1的討i侖相同，應(yīng)該注意的是，在電荷轉(zhuǎn)移期間由電容器111所傳 送的電荷的數(shù)額便是其電壓變化乘以其電容。初始電壓(電荷轉(zhuǎn)移之前)由公式 18來(lái)給定，而最終電壓則由公式19來(lái)給定。因此
Q產(chǎn)C川[(V廠VR)-(V2[t0]-V3)]
=Cm[(VrV2[to])—(VR—V3) 公式20
公式20和公式17完全相同，不過(guò)，公式17中V2的靜態(tài)數(shù)值已在公式 20中以t。處的取樣數(shù)值來(lái)取代。這便是所要的取樣-保持特性。
應(yīng)該注意的是，倘若Vp V3、以及VR為如上所假設(shè)的恒定的話，那么， 公式20的電壓-電荷轉(zhuǎn)換函數(shù)便可寫成
Qt = — C! 11V2[t0] + (constant) 7>式21
倘若V2為為靜態(tài)的話，那么便可使用此電路來(lái)產(chǎn)生受控于V2的數(shù)值(和
V、V3、以及VR的數(shù)值)的一連串均勻大小的電荷封包。倘若V2為時(shí)變的話， 那么其結(jié)果便是會(huì)在一(頻率)訊號(hào)S^控制下的V2的取樣。如公式21所示， 所生成的電荷封包含有經(jīng)取樣的電荷加上一恒定項(xiàng)。此恒定項(xiàng)可通過(guò)改變V。
V3、和/或VK的數(shù)值來(lái)調(diào)整。
在上面所討論的所有電路中，被轉(zhuǎn)移的電荷QT被一輸出電容器收集，舉 例來(lái)說(shuō)圖3中的C33。于升壓電荷轉(zhuǎn)移電路的另一應(yīng)用中，亦可將被轉(zhuǎn)移的電 荷收集在一電荷耦合組件(CCD)的儲(chǔ)存井之中。如前面的討論，此功能可用來(lái) 創(chuàng)造一連串恒定(可調(diào)整)的電荷封包，或是用來(lái)產(chǎn)生會(huì)與一時(shí)變電壓訊號(hào)的取 樣成正比的 一連串電荷封包。圖14A所示的是一和圖3的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路類似的升壓電荷轉(zhuǎn)移電路， 其中，該電荷轉(zhuǎn)移FET與該輸出電容器已由CCD組件來(lái)取代。Vx、電容器
141、 節(jié)點(diǎn)144、參考電壓VR、放大器146、以及放大器輸出節(jié)點(diǎn)147均與它 們?cè)趫D3中的等同者完全類同。圖14A中新的特征是CCD 148,其是由一被 連接至節(jié)點(diǎn)144的輸入端子以及三個(gè)閘極142、 143、與145所組成。(于一實(shí) 際的施行方式中，該CCD通常在閘極145以外還會(huì)具有額外的閘極。不過(guò)， 三個(gè)閘極便足以說(shuō)明此電路的功能)
圖14B所示的是CCD 148的組件結(jié)構(gòu)的剖面代表圖。該輸入端子由擴(kuò)散 區(qū)149所組成，該擴(kuò)散區(qū)具有和半導(dǎo)體基板150相反的導(dǎo)電類型。該三個(gè)閘極
142、 143、與145是相鄰的電極，它們通過(guò)一閘極介電層而與該基板隔離，并 且會(huì)通過(guò)填充著介電質(zhì)的間隙而彼此隔離。圖14A中所使用的CCD電路符號(hào) 以逐個(gè)特征組件的方式對(duì)應(yīng)于圖14B中所示的結(jié)構(gòu)。圖中所示的結(jié)構(gòu)通常是 單層多晶硅CCD、雙層多晶硅CCD、以及熟知且同樣可適用于圖14A的電路 中的其它CCD結(jié)構(gòu)。
在圖14A中，節(jié)點(diǎn)144被連接至CCD 148的輸入端子149。此端子的功 能如同圖3中FET 32的源極。CCD 148的第一閘極142被連接至放大器輸出 節(jié)點(diǎn)147。此閘極的功能如同圖3中FET32的閘極，通過(guò)控制電流從節(jié)點(diǎn)144 流入該CCD之中。當(dāng)^皮驅(qū)動(dòng)至一高電壓處時(shí)，頻率訊號(hào)C)!便會(huì)在閘才及143 的下方創(chuàng)造一電位井。此電位井類同圖3中FET32的汲極以及電容器33:在 閘極142下方流動(dòng)的電流以電荷的方式聚集在閘極143下方的該電位井之中， 就如同流經(jīng)圖3中FET32的電流以電荷的方式聚集在電容器33之上。在電荷 轉(zhuǎn)移期間，頻率電壓02對(duì)閘極145產(chǎn)生偏壓，用以防止電流進(jìn)一步沿著該CCD 來(lái)流動(dòng)；因此，在閘極142下方流動(dòng)的所有電流便會(huì)聚集在閘極143下方的該 電位井之中。
閘極143下方該電位井的初始條件為零電荷。除了前面所述的被轉(zhuǎn)移電荷 的聚集的手段不同之外，圖14A的作業(yè)與時(shí)序均和圖4的作業(yè)與時(shí)序相同。 在該電荷轉(zhuǎn)移作業(yè)的結(jié)束處(圖4中的t5),該被轉(zhuǎn)移電荷QT累積在閘極143 下方，而閘極142被放大器146驅(qū)動(dòng)至關(guān)斷處。結(jié)果，使用熟知的CCD方法(其 并非是本發(fā)明的一部分)，通過(guò)提供正確的頻率①,與①2便可沿著CCD 148來(lái)轉(zhuǎn)移QT。
上面所討論的所有電路均是以單端組態(tài)來(lái)顯示；也就是，所有的電壓均稱 為共同參考電壓(接地)，且所有的電荷封包均僅能夠具有一個(gè)正負(fù)號(hào)(于以電子 作為電荷載體的情況中，該電荷封包必定為負(fù)；在代數(shù)中，最大的封包為零)。 為抑制第二諧振失真并且基于其它理由，在實(shí)際的電路應(yīng)用中通常會(huì)運(yùn)用差動(dòng)
電路來(lái)提供用以代表具有任一正負(fù)號(hào)的變量的對(duì)稱手段。上面所討論的電荷轉(zhuǎn) 移電路全部可使用在使用一對(duì)電荷封包的所謂的r類差動(dòng)」組態(tài)之中。于此組 態(tài)中，該訊號(hào)是以該電荷封包對(duì)的兩個(gè)封包成員之間的差異來(lái)表示；該電荷封 包對(duì)中的每一個(gè)封包成員除了具有該訊號(hào)成分之外，還會(huì)具有一偏壓模式電荷 或共模電荷。此電路組態(tài)利用數(shù)對(duì)圖中所示的電荷轉(zhuǎn)移電路來(lái)施行，其中一個(gè) 此類電路是用以處理該電荷封包對(duì)中的每一個(gè)封包成員。
過(guò)，熟習(xí)本技術(shù)的人士便會(huì)了解，亦可在不脫離隨附權(quán)利要求書所涵蓋的本發(fā) 明的范疇下對(duì)本發(fā)明的形式與細(xì)節(jié)進(jìn)行各種變更。
權(quán)利要求
1. 一種用于轉(zhuǎn)移電荷的裝置，其包括一輸入電荷保持組件，用以保持一輸入電荷；一輸出電荷保持組件，用以保持一輸出電荷；一電荷轉(zhuǎn)移組件，其具有一輸入端子、一輸出端子、以及一閘極端子，該輸入端子被耦接以接收來(lái)自該輸入電荷保持組件的電荷，而該輸出端子被耦接以在被施加至該閘極端子的一電荷轉(zhuǎn)移控制訊號(hào)的控制下來(lái)提供電荷給該輸出電荷保持組件；以及一放大器，其具有一被耦接至該輸入電荷保持組件的輸入端子，以及一被耦接至該電荷轉(zhuǎn)移組件的閘極端子的輸出端子，用以提供該電荷轉(zhuǎn)移控制訊號(hào)。
2. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該放大器提供至少為IO的增益。
3. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該放大器包括一NFET與PFET，每 一個(gè)均處于共源極組態(tài)之中，且它們的汲極被連接至一共同節(jié)點(diǎn)，該共同節(jié)點(diǎn) 提供該放大器的輸出端子。
4. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，該P(yáng)FET的一汲極端子被連接至一供 應(yīng)電壓，該NFET的一汲極端子被連接至一接地電壓，該P(yáng)FET的 一 閘極端子 被連接至一偏壓電壓，以及該NFET的一閘極端子被連接至該電荷轉(zhuǎn)移組件的 輸入端子。
5. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中， 一共汲極端子被連接至該電荷轉(zhuǎn)移組 件的閘極端子。
6. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其額外包括一源極隨動(dòng)器PFET,其^皮耦接在該NFET與該電荷轉(zhuǎn)移組件的輸入端子 之間。
7. 如權(quán)利要求3所述的裝置，其進(jìn)一步包括一第二NFET，其被耦接在該 電荷轉(zhuǎn)移組件的輸入端子與該NFET之間。
8. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其額外包括一第 一 電阻性組件，其被耦接在該輸入電荷保持組件與 一輸入電壓源之間；間,一第二電阻性組件，其^皮耦接在該輸入電荷保持組件與該電荷轉(zhuǎn)移組件之
9. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其額外包括一電流控制FET,其被耦接在該放大器的輸出端子與一參考電壓之間，以 控制該電荷轉(zhuǎn)移組件的導(dǎo)通時(shí)間與關(guān)斷時(shí)間。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其額外包括 一功率控制FET,其被耦接在PFET與電壓源之間。
11. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其額外包括一第 一輸入電荷控制開關(guān)，其被串聯(lián)耦接在一第 一輸入電壓源與輸入電荷 儲(chǔ)存組件之間；以及一第二輸入電荷控制開關(guān)，其被串聯(lián)耦接在該電荷轉(zhuǎn)移組件的輸入端子與 一第二電壓源之間。
12. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該電荷轉(zhuǎn)移組件包括一形成在一基 板之中的擴(kuò)散區(qū)，其中， 一第一控制電極形成在該基板之上并且會(huì)提供電荷轉(zhuǎn) 移組件輸入端子。
13. 如權(quán)利要求12所述的裝置，其額外包括一第二控制電極，其形成在該 基板之上并且提供輸出電荷保持端子。
14. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，該放大器包括一電流源，其被耦接 至該放大器的輸出端子。
15. 如權(quán)利要求14所述的裝置，其進(jìn)一步包括一電壓緩沖器，其被配置成
16. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其進(jìn)一步包括一電阻性組件，其被耦接至 該輸入電荷保持組件的 一第 一端子。
17. 如權(quán)利要求16所述的裝置，其中，該電阻性組件被配置成用以在該輸線性訊號(hào)失真。
18. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，該電阻性組件被串聯(lián)耦接在該輸入 電荷保持組件與該電荷轉(zhuǎn)移組件的輸入端子之間。
19. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其中，該電阻性組件被耦接在一輸入電壓 與該輸入電荷保持組件之間。
20. 如權(quán)利要求17所述的裝置，其額外包括一額外的電阻性組件，其被耦 接至該輸入電荷保持組件的 一 第二端子。
21. 如權(quán)利要求1所述的裝置，其額外包括一開關(guān)，用于響應(yīng)一功率開關(guān) 控制訊號(hào)來(lái)禁止電流流經(jīng)該電荷轉(zhuǎn)移組件與電流源中 一個(gè)或多個(gè)。
22. 如權(quán)利要求21所述的裝置，其中，該開關(guān)被配置成用于響應(yīng)一開關(guān)控 制訊號(hào)來(lái)禁止電流流經(jīng)該電荷轉(zhuǎn)移組件。
23. 如權(quán)利要求22所述的裝置，其中，該放大器包括一被耦接至該放大器 的輸出端子的電流源，且其中，該開關(guān)被配置成用于響應(yīng)一開關(guān)控制訊號(hào)來(lái)禁 止電流流經(jīng)該電流源。
24. —種用于轉(zhuǎn)移電荷的裝置，其包括 一輸入電荷保持組件，用以保持一輸入電荷； 一電荷耦合組件，其包括一第一組件，其具有一輸入端子、 一輸出端子、以及一閘極端子，該輸入 端子被耦接以接收來(lái)自該輸入電荷保持組件的電荷，而該輸出端子被耦接以在 被施加至該閘極端子的一電荷轉(zhuǎn)移控制訊號(hào)的控制下來(lái)提供電荷；以及一第二組件，用以保持一輸出電荷，并且被耦接用以接收來(lái)自該第一組件 的電荷；以及一放大器，用以提供該電荷轉(zhuǎn)移控制訊號(hào)，該放大器具有一被耦接至該輸 入電荷保持組件的輸入端子，以及一被耦接至該電荷轉(zhuǎn)移組件的閘極端子的輸 出端子。
25. 如權(quán)利要求24所述的裝置，其進(jìn)一步包括一被耦接至該輸出端子的電 流源。
26. 如權(quán)利要求24所述的裝置，其進(jìn)一步包括一電阻性組件，其被耦接至 該輸入電荷保持組件并且凈皮配置成用以在該輸入電荷保持組件與該電荷保持 組件的第二組件之間進(jìn)行的電荷轉(zhuǎn)移期間來(lái)降低一非線性訊號(hào)失真。
全文摘要
一種電荷轉(zhuǎn)移電路，例如一電荷耦合組件或是其它貯體隊(duì)伍組件，其含有一放大器用以幫助進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移。
文檔編號(hào)G11C7/10GK101454843SQ200780019871
公開日2009年6月10日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月31日
發(fā)明者麥可·P.·安東尼 申請(qǐng)人:肯奈特公司