專利名稱：固態(tài)圖像傳感器和照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固態(tài)圖像傳感器以及一種照相機(jī)。
背景技術(shù)：
將參照?qǐng)DI描述固態(tài)圖像傳感器I的基本布置。固態(tài)圖像傳感器I包括像素陣列10，其包括多個(gè)像素単元11 ;以及信號(hào)處理電路20，用于對(duì)從像素陣列10輸出到列信號(hào)線2的信號(hào)進(jìn)行放大。在每ー像素単元11中，傳送晶體管TX將例如由光電ニ極管ro接收的光的能量所生成的電荷傳送到源極跟隨器晶體管SF的柵極。然后，源極跟隨器晶體管SF經(jīng)由選擇晶體管SEL把與傳送來(lái)的電荷相對(duì)應(yīng)的信號(hào)輸出到列信號(hào)線2。每個(gè)像素単元11可以包括復(fù)位晶體管RES，用于將源極跟隨器晶體管SF的柵極的電勢(shì)復(fù)位為預(yù)定電壓。
信號(hào)處理電路20用于對(duì)從每個(gè)像素単元11輸出到列信號(hào)線2的信號(hào)進(jìn)行放大。信號(hào)處理電路20包括運(yùn)算放大器21，具有輸入端子22和輸出端子23 ;輸入電容CO，插入在輸入端子22與列信號(hào)線2之間；以及反饋電容器Cf，其將輸入端子22連接到輸出端子23?；陔娙荼嚷蔆0/Cf來(lái)確定信號(hào)處理電路20的放大因子。為了改變放大因子，例如，以切換數(shù)碼照相機(jī)的靈敏度設(shè)置，僅需要改變比率C0/Cf。為了將放大因子從例如32改變?yōu)?28，僅需要將CO的值增大四倍或?qū)f的值減少到四分之一。為了改進(jìn)光檢測(cè)的靈敏度，信號(hào)處理電路20需要高放大因子。這尤其應(yīng)用于其中歸因于光電轉(zhuǎn)換元件(比如光電ニ極管ro)的尺寸減小而導(dǎo)致輸出到列信號(hào)線2的信號(hào)變得十分弱的情況、或其中具有固態(tài)圖像傳感器I的照相機(jī)的靈敏度設(shè)置為較高的情況。為了増加信號(hào)處理電路20的放大因子，通常必須(I)増加CO的值，(2)減小Cf的值，或(3)增加CO的值并且減小Cf的值。然而，增加電容值可能導(dǎo)致芯片面積的增加，而減小電容值可能導(dǎo)致制造變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供ー種在抑制芯片面積的增加和制造變化的同時(shí)在增加放大因子方面有益的技術(shù)。本發(fā)明的一方面提供ー種固態(tài)圖像傳感器，包括具有多個(gè)像素的像素陣列以及多個(gè)信號(hào)處理電路，所述多個(gè)信號(hào)處理電路中的每ー個(gè)對(duì)從像素陣列輸出到多個(gè)列信號(hào)線的信號(hào)進(jìn)行放大，其中，所述多個(gè)信號(hào)處理電路中的每ー個(gè)包括運(yùn)算放大器，具有輸入端子和輸出端子；輸入電容，布置在輸入端子與列信號(hào)線之間；以及反饋電路，將輸入端子與輸出端子進(jìn)行連接，其中，所述反饋電路被配置為形成反饋路徑，在所述反饋路徑中，第一電容元件和第二電容元件串行布置在將輸入端子連接到輸出端子的路徑中，并且第三電容元件布置在基準(zhǔn)電勢(shì)與將第一電容元件連接到第二電容元件的路徑之間。根據(jù)參照附圖的示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清楚。


圖I是用于解釋根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的固態(tài)圖像傳感器的電路圖；圖2是示出用于解釋本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器的示例的電路圖；圖3是示出用于解釋本發(fā)明的效果的放大變化的圖；圖4是示出用于解釋本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器的示例的電路圖；圖5是示出用于解釋本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器的示例的電路圖；以及圖6是示出本發(fā)明被應(yīng)用到的信號(hào)處理電路的示例的電路圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。 〈第一實(shí)施例〉根據(jù)第一實(shí)施例的信號(hào)處理電路包括運(yùn)算放大器，具有輸入端子和輸出端子；輸入電容，布置在輸入端子與列信號(hào)線之間；以及反饋電路，用于將輸入端子與輸出端子進(jìn)行連接。反饋電路具有這樣的布置其中，第一電容元件Cfl和第二電容元件Cf2串行布置在將輸入端子連接到輸出端子的路徑中，并且第三電容元件Cf3插入在基準(zhǔn)電勢(shì)和將電容元件Cfl與Cf2連接的路徑之間。注意，在反饋電路中，基準(zhǔn)電勢(shì)可以是例如接地電勢(shì)。反饋電路可以是例如圖2所示的反饋電路34。在反饋電路34中，在連接運(yùn)算放大器21的輸入端子32與輸出端子33的路徑中串聯(lián)連接第一電容元件Cfl和第二電容元件Cf2。在反饋電路34中，還在基準(zhǔn)電勢(shì)和連接電容元件Cfl與Cf2的節(jié)點(diǎn)之間連接第三電容元件Cf3。反饋電路34的反饋電容器的組合電容值由以下等式給出Cf= (CflXCf2)/(Cfl+Cf2+Cf3)... (I)該實(shí)施例中的信號(hào)處理電路30的放大因子由以下等式給出 C0/Cf=C0X (Cfl+Cf2+Cf3)/(CflXCf2)... (2)以下將對(duì)圖I的信號(hào)處理電路20與本實(shí)施例的信號(hào)處理電路30在將放大因子例如從32改變?yōu)?28時(shí)的面積的增加量彼此在數(shù)量上進(jìn)行比較。將描述這樣的情況其中，認(rèn)為在基本上不受制造變化影響的情況下可使用的最小電容元件具有0. IpF的電容值。對(duì)于圖I的信號(hào)處理電路20，例如，如果C0=3. 2pF并且Cf = 0. IpF,則不推薦將Cf的值減少到比0. IpF更小的值。因此，可以通過設(shè)置C0=12. 8pF以及Cf = 0. IpF來(lái)獲得目標(biāo)放大因子。另ー方面，對(duì)于本實(shí)施例的信號(hào)處理電路30，可以通過設(shè)置C0=3.2pF原樣不變并且設(shè)置Cfl=O. lpF、Cf2=0. IpF以及Cf3=0. 2pF而不是用于信號(hào)處理電路20的Cf來(lái)獲得目標(biāo)放大因子。也就是說(shuō)，在不使用具有0. IpF (其為最小電容元件的值)或更小的電容值的電容元件的情況下將放大因子從32改變?yōu)?28吋，對(duì)于圖I所示的布置，芯片面積可以加寬與通過將CO的值從3. 2pF改變?yōu)?2. 8pF而獲得的9. 6pF的差對(duì)應(yīng)的量。另ー方面，在該實(shí)施例中，對(duì)于具有 C0=3. 2pF 并且具有 Cfl=O. lpF、Cf2=0. IpF 以及 Cf3=0. 2pF 而非 Cf = 0. IpF的信號(hào)處理電路30，芯片面積的總增加如0. 3pF那樣小。在該實(shí)施例中，如果CO=L 6pF，則可以使用具有Cfl=O. lpF、Cf2=0. IpF以及Cf3=0. 6pF的反饋電路34。這使得能夠在把芯片面積的增加抑制與I. 2pF對(duì)應(yīng)的量的同時(shí)將放大因子從32改變?yōu)?28。對(duì)于圖I所示的布置，為了將放大因子從32改變?yōu)?28，可以使用將每個(gè)都具有0. IpF的電容值的四個(gè)電容元件串聯(lián)連接的方法作為將Cf減少為四分之一的方法。在此情況下，使用四個(gè)最小電容元件。因此，從不僅抑制芯片面積的增加而且還抑制制造變化的觀點(diǎn)來(lái)看，本發(fā)明優(yōu)于圖I所示的布置。圖3是繪制當(dāng)放大因子為128時(shí)針對(duì)輸入的信號(hào)幅度的制造變化(針對(duì)圖I所示的布置的標(biāo)準(zhǔn)化值)并且示出其中使用圖I所示的布置的情況與其中使用該實(shí)施例的布置的情況之間的比較的圖。假設(shè)這兩種布置是通過相同制造エ藝在半導(dǎo)體襯底上分別制造的。在此情況下，在該實(shí)施例的布置中，放大因子的變化減少到五分之一，如圖3所示。此外，如圖3所示，隨著橫坐標(biāo)上的輸入的幅度變得較大，在圖I所示的布置中放大器的特性的線性度受到損失并且放大因子惡化，但在本實(shí)施例的布置中不惡化。如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，可以在抑制面積成本和制造變化的同時(shí)獲得高放大因
子。 <第二實(shí)施例>圖4是示出根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)圖像傳感器4的電路圖。固態(tài)圖像傳感器4具有第一模式和第二模式作為操作模式。固態(tài)圖像傳感器4被配置為具有像素陣列10和多個(gè)信號(hào)處理電路40。例如，在連接運(yùn)算放大器21的輸入端子42與輸出端子43的路徑中，信號(hào)處理電路40中包括的反饋電路44具有以下并行路徑(I)第一路徑，其中，開關(guān)131、電容元件Cfl和開關(guān)132串聯(lián)連接；(2)第二路徑，其中，開關(guān)231、電容元件Cf2和開關(guān)232串聯(lián)連接；以及(3)第三路徑，其中，開關(guān)331、電容元件Cf3和開關(guān)332串聯(lián)連接。此外，反饋電路44可以包括位于將電容元件Cfl連接到開關(guān)132的路徑和將電容元件Cf2連接到開關(guān)231的路徑之間的開關(guān)120。反饋電路44還可以包括位于將電容元件Cfl連接到開關(guān)132的路徑和將電容元件Cf3連接到開關(guān)332的路徑之間的開關(guān)130、以及位于基準(zhǔn)電勢(shì)和將電容元件Cf3連接到開關(guān)331的路徑之間的開關(guān)140。其中每個(gè)開關(guān)為如圖4所示的ON (通)或OFF (斷)的狀態(tài)表示第一模式。第二模式表示其中圖4所示的每個(gè)開關(guān)設(shè)置為相反狀態(tài)的狀態(tài)。在這兩種模式下，多個(gè)開關(guān)的狀態(tài)被控制為使得在第一模式下形成以下反饋路徑在該反饋路徑中電容元件Cfl和Cf2串聯(lián)連接并且電容元件Cf3連接在基準(zhǔn)電勢(shì)和電容元件Cfl與Cf2之間的節(jié)點(diǎn)之間，而在第ニ模式下不形成該反饋路徑。固態(tài)圖像傳感器4可以被配置為包括三個(gè)或更多個(gè)操作模式并且控制多個(gè)開關(guān)的狀態(tài)，由此使得能夠在第一模式下形成該反饋路徑而在其它模式下不形成該反饋路徑。<第三實(shí)施例>圖5是示出根據(jù)第三實(shí)施例的固態(tài)圖像傳感器5的電路圖。固態(tài)圖像傳感器5包括第一模式和第二模式作為操作模式。固態(tài)圖像傳感器5被配置為具有像素陣列10和多個(gè)信號(hào)處理電路50。在連接運(yùn)算放大器21的輸入端子52與輸出端子53的路徑中，信號(hào)處理電路50中包括的反饋電路54具有并行的第一反饋路徑和第二反饋路徑。在第一反饋路徑中，開關(guān)100、電容元件CflI以及電容元件Cf 12串聯(lián)連接，電容元件Cf 13插入在基準(zhǔn)電勢(shì)與將電容元件Cfll和Cf 12進(jìn)行連接的路徑之間。在第二反饋路徑中，開關(guān)200和電容元件Cf2串聯(lián)連接。在反饋電路54中，例如，可以通過響應(yīng)于第一控制信號(hào)(未示出)而使開關(guān)100導(dǎo)通并且使開關(guān)200關(guān)斷來(lái)形成第一反饋路徑。此外，在反饋電路54中，例如，可以通過響應(yīng)于第二控制信號(hào)(未示出)而使開關(guān)100關(guān)斷并且使開關(guān)200導(dǎo)通來(lái)形成第二反饋路徑。因此，可以使得在形成第一反饋路徑時(shí)的信號(hào)處理電路50的放大因子與在形成第二反饋路徑時(shí)的信號(hào)處理電路50的放大因子不同。此外，固態(tài)圖像傳感器5可以被配置為包括三個(gè)或更多個(gè)操作模式并且控制多個(gè)開關(guān)的狀態(tài)，由此使得各個(gè)操作模式下形成的反饋路徑中的放大因子彼此不同?！吹谒膶?shí)施例〉圖6是示出根據(jù)第四實(shí)施例的信號(hào)處理電路6的電路圖。信號(hào)處理電路6包括全差分放大器7、輸入電容CO和Cl、以及反饋電路66和67。全差分放大器7具有共模電壓節(jié)點(diǎn)VC0M、輸入端子62和63、以及輸出端子64和65 。輸入電容CO布置在輸入端子62與列信號(hào)線60之間，并且輸入電容Cl布置在輸入端子63與列信號(hào)線61之間。反饋電路66將輸入端子62與輸出端子64進(jìn)行連接，反饋電路67將輸入端子63與輸出端子65進(jìn)行連接。注意，像素陣列與本發(fā)明的第一至第三實(shí)施例相同，并且因此未示出。反饋電路66具有第一電容元件Cf311、第二電容元件Cf312以及第三電容元件Cf313。在反饋電路66中，第一電容元件Cf311和第二電容元件Cf312串行布置在將輸入端子62連接到輸出端子64的路徑中。此外，在反饋電路66中，第三電容元件Cf313布置在基準(zhǔn)電勢(shì)和將電容元件Cf311與Cf312進(jìn)行連接的路徑之間。反饋電路67具有第一電容元件Cf321、第二電容元件Cf322、以及第三電容元件Cf323。在反饋電路67中，第一電容元件Cf321和第二電容元件Cf322串行布置在將輸入端子63連接到輸出端子65的路徑中。此外，在反饋電路67中，第三電容元件Cf323布置在基準(zhǔn)電勢(shì)和將電容元件Cf321與Cf322進(jìn)行連接的路徑之間。電容元件Cf313和Cf323可以與作為基準(zhǔn)電勢(shì)的共模電壓節(jié)點(diǎn)VCOM進(jìn)行連接。上面描述的本發(fā)明當(dāng)然可應(yīng)用于其它放大電路。作為根據(jù)上述實(shí)施例中的每ー個(gè)的固態(tài)圖像傳感器的應(yīng)用示例，以下將例示包括固態(tài)圖像傳感器的照相機(jī)。照相機(jī)在概念上不僅包括主要用途是拍照的設(shè)備，而且還包括附加地具有拍照功能的設(shè)備(例如個(gè)人計(jì)算機(jī)或便攜式終端)。照相機(jī)包括已經(jīng)在以上實(shí)施例中例示的根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器、以及用于處理從固態(tài)圖像傳感器輸出的信號(hào)的處理單元。處理單元可以包括例如A/D轉(zhuǎn)換器、以及用于處理從A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的處理器。雖然已經(jīng)參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍要被賦予最寬泛的解釋，從而包括所有這些修改以及等效結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)圖像傳感器，包括具有多個(gè)像素的像素陣列、以及多個(gè)信號(hào)處理電路，所述多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)對(duì)從所述像素陣列輸出到多個(gè)列信號(hào)線的信號(hào)進(jìn)行放大，其中， 所述多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)包括 運(yùn)算放大器，具有輸入端子和輸出端子， 輸入電容，布置在所述輸入端子與所述列信號(hào)線之間，以及 反饋電路，將所述輸入端子與所述輸出端子進(jìn)行連接，其中， 所述反饋電路被配置為形成反饋路徑，在所述反饋路徑中，第一電容元件和第二電容元件串行布置在將所述輸入端子連接到所述輸出端子的路徑中，第三電容元件布置在基準(zhǔn)電勢(shì)和將所述第一電容元件連接到所述第二電容元件的路徑之間。
2.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)圖像傳感器，其中， 所述反饋電路具有這樣的布置其中，所述第一電容元件與所述第二電容元件串聯(lián)連接以將所述輸入端子與所述輸出端子連接，所述第三電容元件連接在基準(zhǔn)電勢(shì)與將所述第一電容元件連接到所述第二電容元件的節(jié)點(diǎn)之間。
3.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)圖像傳感器，其中， 所述固態(tài)圖像傳感器包括第一模式和第二模式作為操作模式，以及所述反饋電路包括多個(gè)開關(guān)，所述多個(gè)開關(guān)被控制為在所述第一模式下形成所述反饋路徑，并且在所述第二模式下不形成所述反饋路徑。
4.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)圖像傳感器，其中， 所述反饋電路被配置為響應(yīng)于第一控制信號(hào)而形成所述反饋路徑，以及響應(yīng)于第二控制信號(hào)而形成第二反饋路徑，所述第二反饋路徑經(jīng)由電容元件將所述輸入端子連接到所述輸出端子，以及 形成所述反饋路徑時(shí)的所述信號(hào)處理電路的放大因子不同于形成所述第二反饋路徑時(shí)的所述信號(hào)處理電路的放大因子。
5.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)圖像傳感器，其中， 所述信號(hào)處理電路中的每一個(gè)包括 第一開關(guān)，將所述輸入端子與所述第一電容元件的一個(gè)端子進(jìn)行連接， 第二開關(guān)，將所述輸出端子與所述第一電容元件的另一端子進(jìn)行連接， 第三開關(guān)，將所述輸入端子與所述第二電容元件的一個(gè)端子進(jìn)行連接， 第四開關(guān)，將所述輸出端子與所述第二電容元件的另一端子進(jìn)行連接， 第五開關(guān)，將所述輸入端子與所述第三電容元件的一個(gè)端子進(jìn)行連接， 第六開關(guān)，將所述輸出端子與所述第三電容元件的另一端子進(jìn)行連接， 第七開關(guān)，將所述第一電容元件的所述另一端子與所述第二電容元件的所述一個(gè)端子進(jìn)行連接， 第八開關(guān)，將所述第一電容元件的所述另一端子與所述第三電容元件的所述另一端子進(jìn)行連接，以及 第九開關(guān)，將所述第三電容元件的所述一個(gè)端子與所述基準(zhǔn)電勢(shì)進(jìn)行連接。
6.如權(quán)利要求5所述的固態(tài)圖像傳感器，其中， 所述固態(tài)圖像傳感器包括第一模式和第二模式作為操作模式，在所述第一模式下，所述第一開關(guān)、所述第四開關(guān)、所述第七開關(guān)、所述第八開關(guān)以及所述第九開關(guān)導(dǎo)通，以及 在所述第二模式下，所述第二開關(guān)、所述第三開關(guān)、所述第五開關(guān)以及所述第六開關(guān)導(dǎo)通。
7.如權(quán)利要求I所述的固態(tài)圖像傳感器，其中， 所述運(yùn)算放大器是全差分運(yùn)算放大器， 所述反饋電路在所述運(yùn)算放大器的反相輸入端子與非反相輸出端子之間形成所述反饋路徑，以及 所述信號(hào)處理電路中的每一個(gè)還包括第二反饋電路，用于形成反饋路徑，在該反饋路徑中，第四電容元件和第五電容元件串行布置在所述運(yùn)算放大器的非反相輸入端子與反相輸出端子之間在將所述非反相輸入端子連接到所述反相輸出端子的路徑中，并且第六電容元件布置在基準(zhǔn)電勢(shì)與將所述第四電容元件連接到所述第五電容元件的路徑之間。
8.如權(quán)利要求7所述的固態(tài)圖像傳感器，其中， 所述基準(zhǔn)電勢(shì)是所述全差分運(yùn)算放大器的共模電勢(shì)。
9.一種照相機(jī)，包括 如權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的固態(tài)圖像傳感器；以及 處理單元，處理從所述固態(tài)圖像傳感器輸出的信號(hào)。
全文摘要
一種固態(tài)圖像傳感器和照相機(jī)。該固態(tài)圖像傳感器包括具有多個(gè)像素的像素陣列以及多個(gè)信號(hào)處理電路，所述多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)對(duì)像素陣列的信號(hào)進(jìn)行放大，其中，所述多個(gè)信號(hào)處理電路中的每一個(gè)包括運(yùn)算放大器，具有輸入端子和輸出端子；輸入電容，布置在輸入端子與列信號(hào)線之間；以及反饋電路，將輸入端子與輸出端子進(jìn)行連接，其中，反饋電路被配置為形成反饋路徑，在反饋路徑中，第一電容元件和第二電容元件串行布置在將輸入端子連接到輸出端子的路徑中，并且第三電容元件布置在基準(zhǔn)電勢(shì)與將第一電容元件連接到第二電容元件的路徑之間。
文檔編號(hào)H04N5/335GK102811316SQ201210170308
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者荒岡愉喜男, 新谷悟 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社