固体摄像装置的制作方法

专利名称：固体摄像装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有列放大器单元的固体摄像装置，该列放大器单元按每 个列信号线被设置，并传输来自被排列为矩阵状的多个像素部的像素信号。
背景技术：
近些年，采用家庭用电视摄影机或数字静态相机等固体摄像装置的摄 像设备日趋普及。在这些摄像设备中有作为固体摄像装置的放大型的图像 传感器。
图l是以往技术中固体摄像装置的结构框图。该固体摄像装置为MOS 图像传感器，包括由被排列为矩阵状的多个像素部501构成的摄像区域 510、负载电路502、行选择解码器503、列选择解码器504、由多个列 放大器506构成的列放大部505、以及输出放大器507。各列信号线传输 像素信号，该被传输的像素信号是与各个列信号线对应的列上连接的多个 像素部中的像素信号中、由行选择解码器504所选择的行的像素信号。各 列放大器506对来自列信号线的像素信号进行放大。水平共用信号线传输 放大信号，该被传输的放大信号是来自多个列放大器的放大信号中、由列 选择解码器504所选择的放大信号。
图2是一个列放大器506的方框图。该图中的列放大器506包括串联 连接的负载电路511和放大电路512。负载电路511和放大电路512分 别由一个MOS晶体管构成。放大电路512将来自列信号线的像素信号反 转放大后输出。
这样的放大型固体摄像装置具有噪声低等优点，但另外一面，在强光 入射时出现的问题是，在图像的水平方向上出现称为横纹噪声或横条噪声 的噪声。这是因为，从强光所对应的列放大器506输出的放大信号的较大 的变动会影响到相邻的列放大器506的缘故。垂直方向上的宽度窄的情况 下称为横纹，宽的情况下称为横条。图3A、图3B示出了出现横纹噪声的图像的例子。例如，图3A的图 像例子是，从黑暗的房间中拍摄带有非常亮且小的窗户的墙壁的情况。图 像的中央部分的白色矩形区域与亮的窗户相对应，在该矩形区域所对应的 摄像区域中的矩形区域上入射有强光，在其周围入射有不强的光。如该图 像例子所示，在矩形区域的左右产生暗的横纹噪声。
图3B示出了图3A的A—A'和B—B'上的像素的亮度。纵轴表示像素 的亮度，横轴表示水平方向的像素位置。如图3B所示，横纹或横条噪声包 括辉亮的横纹噪声和辉亮的横纹底纹这两类噪声。该图中的A—A'和B— B'的差为辉亮的横纹噪声。在墙壁的颜色相同的情况下，在辉亮的矩形区域 以外本来应该是相同的亮度，但B—B'要比A—A'暗。该图B—B'中的墙壁 所对应的部分的亮度差为辉亮的横纹底纹。B—B'中的墙壁所对应的部分的 亮度本来应该是相同的，但在图像的两端和辉亮区域的旁边产生差。
产生这样的横纹噪声的原因可以考虑到以下的情况。由于在列放大部 505内存在有非常多的列放大器506,而连接这些多个列放大器506的电 源线和地线的寄生电阻却不能被忽视，因流过各个列放大器506的电流而 造成列放大部505的端部和中央部的电位不同。而且，当因强光而使流过 一部分列放大器506的电流发生变动的情况下，电源线和地线的电位变动 也会影响到其它的列放大器，从而产生横纹噪声。
为了避开这样的横纹或横条噪声，提出了各种技术方案(例如，参照 专利文献l )。
图4是专利文献l中的固体摄像装置所具备的列放大器的结构框图。 该固体摄像装置的概略构成与图1相同，图4中的列放大器表示图1的列 放大部505中的每个列的列放大器之中的一个。该列放大器包括恒流源 512、放大电路522、限幅电路523、以及负载电路524。
限幅电路523与放大电路522的输出信号线相连接，在放大电路522 的输出电压超过阈值时限幅电路进行切换工作，即切换为导通。这样，通 过控制放大电路522的输出电压，从而可以使放大电路522所消耗的电流 保持一定，欲以避开多个列放大器所连接的电源线和地线的电位变动。
专利文献l日本专利申请2004—58621号公报(图3、图6)
非专利文献l谷口研二著《LSI设计(Dt^(7)CM0S7于口夕'回路入门(用于LSI设计的CMOS模拟电路入门)》CQ出版社2005年1月
然而，在专利文献l的电路中存在有以下的问题。
所述的限幅电路523在放大信号超过阈值时进行切换工作，即切换为 导通。该切换工作会产生电流变动的问题。对此，专利文献l公开了通过 添加调整共射—共基电路(ReguratedCascode Circuit)来采取对策，但 是出现了电路中元件数增多的问题。导致的结果是不能适用于像素的微小 化以及高密度化。

发明内容
因此，鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种固体摄像装置以及 该固体摄像装置的驱动方法，可以以较少的电路元件数来确实地避开横纹 噪声或横条噪声。
为了解决上述的问题，本发明的固体摄像装置，包括多个像素部，
被排列为矩阵状；列信号线，被设置在所述多个像素部的每个列上，并传 输来自对应的列上的像素部的像素信号；以及列放大器单元，被设置在每
个列信号线上，其中，所述各个列放大器单元包括恒定电流电路，提供
恒定电流；放大电路，与所述恒定电流电路串联连接，放大来自对应的列 信号线的所述像素信号，并从与所述恒定电流电路的接点输出放大信号； 以及电阻电路，与所述放大电路并联连接，并具有一定的电阻值。
根据此构成，第一可以确实地避开流过列放大器单元的电流的变动， 并可以避开横纹噪声。理由是，由恒定电流电路提供的电流分为流过放大 电路的第一电流和流向电阻电路的第二电流，第一电流和第二电流的和即 使在放大信号的电压发生变化的情况下，也仍然保持一定。即，由于放大 信号的电压变化中也有被施加在电阻电路的电压变化，因此使电阻电路的 电流变动和放大电路的电流变动互相抵消。换而言之，放大电路以及电阻 电路中电流可以按照放大信号的电压的变化互相抵消。通过此互相抵消， 可以使第一电流和第二电流的和不发生变化，从而可以确实地避开列放大 器单元的电流的变动。
第二，由于上述的互相抵消不是开关的切换工作，因此，电阻电路中 的电流不会因开关切换工作而产生变动。据此，可以不必在列放大器单元附加除去开关切换噪声的电路(以往的调整共射—共基电路)，因此可以以 较少的电路元件数来构成列放大器单元。
在此，也可以是，所述固体摄像装置包括相关双重检测电路，接受
来自所述各个列放大器单元的信号；以及输出部，接受来自所述相关双重
检测电路的信号，放大后输出模拟信号。
在此，也可以是，所述固体摄像装置包括相关双重检测电路，接受
来自所述各个列放大器单元的信号；以及模拟一数字转换器，接受来自所
述相关双重检测电路的信号，并从模拟信号转换为数字信号。
根据此构成，只要在一个水平周期的期间内，以列ADC将像素信号数 字化为高分辨度，就可以变为数字输出，这样，频带也会变宽，从而使高 速地数据输出成为可能。
在此，也可以是，所述模拟一数字转换器为斜式的模拟一数字转换器。 在此，也可以是，所述模拟一数字转换器为上/下方式的模拟一数字 转换器。
根据此构成，由于可以不需要相关双重检测电路，因此可以使电路小 型化。
在此，也可以是，包括所述电源布线以及所述接地布线的金属布线层 位于，包括连接所述放大电路和所述电阻电路的布线的布线层之上。
在此，也可以是，所述恒定电流电路具有至少一个晶体管，以作为恒 流源；所述放大电路具有第一放大晶体管，所述像素信号被输入到该第一 放大晶体管的栅极，并从源极或漏极输出放大信号；所述电阻电路具有晶 体管，该晶体管的栅极被施加有与线性区域相对应的偏压。
根据此构成，列放大器单元可以由三个晶体管来简单构成，以成为最 小的状态。
在此，也可以是，所述恒定电流电路中的至少一个晶体管为，被共射 一共基连接的两个pMOS晶体管。
根据此构成，由于两个MOS晶体管的共射一共基连接，而使输出侧的 电阻变高，因此，即使放大信号的振幅发生变化，也可以维持较稳定的恒 定电流。
在此，也可以是，所述固体摄像装置进一步包括偏置电路，该偏置电路控制流入到所述各个列放大器单元的恒定电流的大小；所述偏置电路包括第一负载用nMOS晶体管，漏极与恒流源连接，漏极和栅极短路，源 极接地；第一电路，与所述第一负载用nMOS晶体管构成电流镜电路；以 及第二电路，与所述第一负载用nMOS晶体管构成电流镜电路；所述第一 电路将第一偏置电压提供到，所述共阴一共栅连接的两个MOS晶体管中的 一个MOS晶体管的栅极；所述第二电路将第二偏置电压提供到，所述共阴 一共栅连接的两个MOS晶体管中另一个MOS晶体管的栅极；在形成所述 固体摄像装置的半导体衬底上，作为所述放大电路的MOS晶体管的区域的 长度和宽度的比，与所述第一负载用nMOS晶体管相同。根据此构成，即使每个固体摄像装置的制造上的特征各不相同，在各 个固体摄像装置之中，所述作为放大单元的MOS晶体管和第一负载用 nMOS晶体管也可以表示出相同特性，因此，所述放大单元可以保持线性 良好的工作点。据此，可以扩大放大单元的输出入动态范围。在此，也可以是，所述第一电路具有第一pMOS晶体管，漏极和栅 极短路，源极与电源布线连接，且漏极与被共射—共基连接的所述两个MOS 晶体管中的一个MOS晶体管的栅极连接；以及第一nMOS晶体管，漏极 和所述第一pMOS晶体管的漏极连接，栅极与所述第一负载用nMOS晶体 管的栅极连接，源极接地；所述第二电路具有第二pMOS晶体管，漏极 和栅极短路，源极与电源布线连接，且漏极与被共射一共基连接的所述两 个MOS晶体管中的另一个MOS晶体管的栅极连接；以及第二nMOS晶体 管，漏极和所述第二 pMOS晶体管的漏极连接，栅极和所述第一负载用 nMOS晶体管的栅极连接，源极接地；在形成所述固体摄像装置的半导体 衬底上，作为所述放大电路的MOS晶体管的区域的长度和宽度的比，与第 一nMOS晶体管以及第二nMOS晶体管相同。根据此构成，即使每个固体摄像装置的制造上的特性不同，在各个固 体摄像装置之中，作为所述放大单元的MOS晶体管、第一nMOS晶体管、 以及第二nMOS晶体管也可以表示出相同的特性，从而所述放大单元可以 确保线性良好的工作点。据此，可以扩大放大单元的输出入动态范围。在此，也可以是，所述第一负载用nMOS晶体管的漏极与所述半导体 衬底上设置的衬垫连接，并通过所述衬垫与所述恒流源连接。根据此构成，由于可以从芯片外部的电流源提供恒定电流，通过使用 精度良好(例如误差为1%以下)的外部电阻，从而可以提供稳定的所需大 小的恒定电流。各列放大器单元可以不受到每个固体摄像装置的制造上的 特性不同的影响，得到稳定的恒定电流。而且，可以使固体摄像装置的构 成简单化且小型化。在此，也可以是，所述恒流源可以调整恒定电流的大小；所述固体摄 像装置进一步具有可变电压产生单元，该可变电压产生单元将可变偏压施 加到所述电阻电路内的MOS晶体管的栅极。在此，也可以是，所述第一负载用nMOS晶体管的漏极与所述固体摄 像装置内部设置的所述恒流源连接。根据此构成，即使每个固体摄像装置的制造上的特性不同，由于在恒 流源和其它的电路之间的晶体管特性的变动是一致的，因此可以使恒定电 流更加稳定。在此，也可以是，所述恒定电流电路具有被共射一共基连接的两个pMOS晶体管，以作为恒流源；所述放大电路包括第一开关；第一放大晶体管，漏极通过所述第一开关与所述恒定电流电路连接，所述像素信号被输入到该第一放大晶体管的栅极，源极接地，从漏极输出放大信号；第 二开关；以及第二放大晶体管，漏极通过所述第二开关与所述恒定电流电 路连接，所述像素信号被输入到该第二放大晶体管的栅极，源极接地，从 漏极输出放大信号。也可以是，所述电阻电路包括第三开关；第一电阻 晶体管，漏极通过所述第三开关与所述恒定电流电路连接，栅极被施加有 线性区域所对应的偏压；第四开关；以及第二电阻晶体管，漏极通过所述 第四开关与所述恒定电流电路连接，栅极被施加有线性区域所对应的偏压。 也可以是，所述第一开关和所述第三开关联锁，进行导通或断开的切换； 所述第二开关和所述第四开关联锁，进行导通或断开的切换。根据此构成，通过第一到第四开关，随着电阻电路的电阻值的变换， 所述放大电路的增益也可以随之变换。在此，也可以是，所述固体摄像装置进一步包括偏置电路，控制流入 到所述各个列放大器单元的恒定电流的大小；所述偏置电路包括第五开 关；第一负载用nMOS晶体管，漏极通过所述第五开关与恒流源连接，漏极与栅极连接，源极接地；第六开关；第二负载用nMOS晶体管，漏极通 过所述第六开关与恒流源连接，漏极与栅极连接，源极接地；第一电路， 与所述第一或第二负载用nMOS晶体管构成电流镜电路；以及第二电路， 与所述第一或第二负载用nMOS晶体管构成电流镜电路；所述第一电路将 第一偏置电压提供到，所述共阴一共栅连接的两个MOS晶体管中的一个MOS晶体管的栅极；所述第二电路将第二偏置电压提供到，所述共阴一共栅连接的两个MOS晶体管中另一个MOS晶体管的栅极；所述第五开关和 所述第一以及第三开关联锁，进行导通或断开的切换；所述第六开关和所述第二以及第四开关联锁，进行导通或断开的切换。根据此构成，通过第一到第六开关，在变换所述放大电路的增益的同 时，第一以及第二偏压也会随之变换，因此，可以确保所述放大电路的线 性良好的工作点。在此，也可以是，所述第一负载用nMOS晶体管的漏极和栅极不直接 连接，而通过所述第五开关连接；所述第二负载用nMOS晶体管的漏极和 栅极不直接连接，而通过所述第六开关连接。在此，也可以是，所述固体摄像装置具有电源布线，与多个所述恒 定电流电路连接；以及接地布线，与多个所述放大电路以及多个所述电阻 电路连接；所述电源布线以及接地布线由多个所述列放大器单元专用。根据此构成，由于所述电源布线以及所述接地布线不与其它的电路相 连接，因此可以避开来自其它的电路的电流变动的影响。在此，也可以是，所述电源布线的布线电阻和接地布线的布线电阻的 比，与所述列放大器单元内的所述恒定电流电路的传导率和放大电路以及 电阻电路的传导率的比相同。根据此构成，即使在放大信号产生较大的电压变动的情况下，由于通 过恒定电流电路以及电源布线而绕到相邻的列放大器单元的电流变动(设 为a )，和通过放大电路以及接地布线而绕到相邻的列放大器单元的电流变动(设为一a)互相抵消，因此可以防止横纹噪声和横纹底纹。换而言之， 由通过电源布线而绕到相邻的列放大器单元的电流变动(a)，而使相邻的列放大器单元中的放大信号的电位上升的情况下(设上升电压为e)，由通过接地布线而绕到相邻的列放大器单元的电流变动(一a)，而使相邻的列放大器单元中的放大信号的电位下降(设下降电压为e )，因此，相邻的列 放大器单元可以避开放大信号的影响。在此，也可以是，为了满足所述布线电阻的比，而使所述电源布线的 宽度和所述接地布线的宽度不同。根据此构成，只要按照上述的电阻比来设定电源布线的宽度和所述接 地布线的宽度，就可以容易地避开横纹噪声。在此，也可以是，为了满足所述布线电阻的比，而使所述电源布线的 长度与所述接地布线的长度不同。在此，也可以是，在形成所述固体摄像装置的半导体衬底上具有用于提供电源的衬垫和接地用的衬垫；所述固体摄像装置进一步包括第一连 接布线，使所述电源布线与所述用于提供电源的衬垫连接；以及第二连接 布线，使所述接地布线与所述接地用的衬垫连接；所述第一连接布线的宽 度和所述第二连接布线的宽度的比，或所述第一连接布线的长度和所述第 二连接布线的长度的比，与所述布线电阻的比相对应。在此，也可以是，所述电源布线为金属布线，为各个恒定电流电路遮 光；所述接地布线为金属布线，为各个放大电路以及各个电阻电路遮光。在此，也可以是，所述固体摄像装置进一步具有控制电路，将偏压施 加到所述电阻电路内的晶体管的栅极，并控制所述电阻电路的动态范围； 所述控制电路包括恒定电流提供部，被施加有来自所述第一以及第二偏 置电路的第一以及第二偏压，包括被共射一共基连接的两个pMOS晶体管; 以及负载电路，包括nMOS晶体管，该nMOS晶体管的漏极与所述恒定电 流提供部连接，漏极和栅极连接，源极接地，并将该nMOS晶体管的栅极 电位作为所述偏压提供到各个电阻电路；在形成所述固体摄像装置的所述 半导体衬底上，所述负载电路内的nMOS晶体管的区域的长度，比所述各 个电阻电路内的MOS晶体管的区域的长度长规定的值。根据此构成，恒定电流提供部与列放大器单元的恒定电流电路的构成 相同，电阻电路中的电压被设定为比恒定电流电路所取得的电位的上限值 稍小、且接近于上限值。至于比上限值小多少要按照上述规定值来决定。 被提供到电阻电路的MOS晶体管的栅极的偏压被设定为，接近于电阻电路 中的电压的上限值。据此，可以使电阻电路的线性区域最大化。其结果是，可以最大限地有效活用放大电路的输出振幅。而且，即使在每个固体摄像 装置的特性不同的情况下，也不会对固体摄像装置内的晶体管之间的特性 的相对关系产生影响，从而可以在不受特性不同的影响之下，使电阻电路 的线性区域最大化。在此，也可以是，所述偏置电路进一步包括第三电路以及第四电路，该第三电路以及第四电路被插入到，连接所述第一负载用nMOS晶体管栅 极和第一电路的栅极的布线中；所述第三电路包括第三pMOS晶体管， 源极与电源布线连接，栅极与漏极连接；以及第三nMOS晶体管，漏极与 第三pMOS晶体管的漏极连接，栅极与所述第一负载用nMOS晶体管的栅 极连接，源极接地；所述第四电路包括第四pMOS晶体管，源极与电源 布线连接，栅极与第三pMOS晶体管的栅极连接；第二负载用nMOS晶体 管，漏极与所述第四pMOS晶体管的漏极连接，漏极与栅极连接，源极接 地；所述第一电路的第一nMOS晶体管的栅极与所述第二负载用nMOS晶 体管的栅极连接；在形成所述固体摄像装置的所述半导体衬底上，所述第 二负载用nMOS晶体管的区域的长度，比所述第一 nMOS晶体管的区域的 长度短规定的值。根据此构成，可以使恒定电流电路的恒定电流量最大化。其结果是， 可以最大限地有效活用放大电路的输出振幅。而且，即使在每个固体摄像 装置的特性不同的情况下，也不会对固体摄像装置内的晶体管之间的特性 的相对关系产生影响，从而可以在不受特性不同的影响之下，最大限地有 效活用放大电路的输出振幅。并且，也可以是，本发明的固体摄像装置包括多个像素部，被排列 为矩阵状；列信号线，被设置在所述多个像素部的每个列上，并传输来自对应的列上的像素部的像素信号；以及列放大器单元，被设置在每个列信号线上，其中，所述固体摄像装置具有电源布线，与多个所述列放大器单元连接；以及接地布线，与多个所述列放大器单元连接；所述电源布线 以及接地布线由多个所述列放大器单元专用；所述电源布线的布线电阻和 接地布线的布线电阻的比，与从所述列放大器单元的输出信号的角度看所 述电源布线的传导率和从所述列放大器单元的数据信号的角度看所述接地 布线的传导率的比相同。根据此构成，即使在放大信号产生较大的电压变动的情况下，由于通 过恒定电流电路以及电源布线而绕到相邻的列放大器单元的电流变动(设 为a )，和通过放大电路以及接地布线而绕到相邻的列放大器单元的电流变 动(设为一a )互相抵消，因此可以防止横纹噪声和横纹底纹。换而言之， 由通过电源布线而绕到相邻的列放大器单元的电流变动(a)，而使相邻的 列放大器单元中的放大信号的电位上升的情况下(设上升电压为P )，由通 过接地布线而绕到相邻的列放大器单元的电流变动(一a )，而使相邻的列 放大器单元中的放大信号的电位下降(设下降电压为e )，因此，相邻的列 放大器单元可以避开放大信号的影响。并且，对于本发明的固体摄像装置的驱动方法以及摄像机也具有与上 述相同的构成和效果。通过本发明，可以确实地避开横纹噪声，并可以以较少的电路元件数 来构成列放大器单元。


图1是以往技术中的固体摄像装置的结构框图。图2示出了以往技术中的列放大器的电路。图3A示出了产生横纹噪声的摄像例子。图3B是横纹噪声的说明图。图4示出了以往技术中的列放大器的电路。图5是实施例1中的固体摄像装置的结构框图。图6示出了列放大器的概略构成。图7示出了列放大器的电路的例子。图8示出了列放大器的等效电路。图9示出了列放大器的变形例。图10是实施例2中的固体摄像装置的结构框图。图11示出了偏置电路和列放大器。图12示出了偏置电路的第一变形例。图13示出了偏置电路的第二变形例。图14示出了偏置电路以及列放大器的第三变形例。图15示出了偏置电路以及列放大器的变形例。图16是示出连接实施例3中的列放大器的电源布线和地线的说明图。图17示出了连接列放大器的电源布线和地线的电路例子。图18示出了电源布线和地线的设计图。图19是实施例4中的固体摄像装置的结构框图。图20示出了动态范围控制电路的电路例子。图21示出了动态范围控制电路的变形例。图22示出了动态范围控制电路的电路例子。图23A是实施例5中的固体摄像装置的方框图。图23B示出了包含CDS电路的信号处理电路。图24A示出了 CDS电路的第一电路例子。图24B是CDS电路的流程图。图25A示出了 CDS电路的第二电路例子。图25B示出了 CDS电路的流程图。图26A是固体摄像装置的变形例的方框图。图26B示出了包含黑斑抑制电路、CDS电路以及列ADC的信号处理 电路。图27A示出了固体摄像装置的其它的变形例。 图27B示出了信号处理电路的其它的变形例。符号说明1恒定电流电路 2放大电路 3电阻电路 101像素部 102负载电路 103行选择解码器 104列选择解码器105、 105 a 、 105b、 105c信号处理部106、 106 a列放大器107输出部 110撮像区域201、 201 a 、 201b偏置电路301 D控制电路302恒定电流提供部303负载电路401抑制电路402、 402 a歹ij CDS电路Rl电阻元件pTl pT4、 pT10、 pTll pMOS晶体管nTl nT3、 nMOS晶体管LT1第一负载用nMOS晶体管LT2第二负载用nMOS晶体管VE1、 VE2可变电压信号源LT10负载用nMOS晶体管LT1第一负载用nMOS晶体管LT11第二负载用nMOS晶体管Trl恒定电流晶体管Tr2放大晶体管Tr21第二放大晶体管Tr3线性电阻晶体管Tr31第二电阻晶体管具体实施方式
(实施例1)本发明的实施例l中的固体摄像装置包括恒定电流电路，其具有每 个列信号线对应的列放大器，各个列放大器提供恒定电流；放大电路，与 恒定电流电路串联连接，放大来自对应的列信号线的像素信号，并从与恒 定电流电路的连接点输出放大信号；以及电阻电路，与放大电路并联连接， 具有一定的电阻值。从恒定电流电路提供的电流分为流过放大电路的第一电流和流过电阻电路的第二电流，第一电流和第二电流的和即使在放大信 号的电压发生变化的情况下也仍然保持一定。这样，可以确实地避开流过 列放大器单元的电流的变动，并可以避开横纹噪声。并且，不必附加用于 除去切换噪声的电路(以往的调整共射一共基电路等)，从而可以以更少的 电路元件数来构成列放大器单元。图5是实施例1中的固体摄像装置的结构框图。该固体摄像装置为放 大型的MOS图像传感器，包括由被排列为矩阵状的多个像素部101构 成的摄像区域110、负载电路102、行选择解码器103、列选择解码器104、 由多个列放大器106构成的信号处理部105、以及输出部107。各个列信 号线传输像素信号，该被传输的像素信号是来自各个列信号线所对应的列 上连接的多个像素部的像素信号中的、且是由行选择解码器103所选择的 像素信号。各个列放大器106放大来自列信号线的像素信号。水平共用信 号线将放大信号传输到输出部107，该被传输的放大信号是来自多个列放 大器的放大信号中的、且是由列选择解码器104所选择的放大信号。图6示出了列放大器106的概略构成。在该图中的各个列放大器106 包括恒定电流电路l，提供恒定电流；放大电路2，串联连接于恒定电流 电路l，放大来自对应的列信号线的像素信号，并从与恒定电流电路的连接 点输出放大信号；以及电阻电路3，与放大电路2并联连接，且具有一定 的电阻值。放大信号的电压有变化，被施加到电阻电路3的电压也会发生变化， 与电阻电路3的电流变动和放大电路2的电流变动相抵消。换而言之，对 应于放大信号的电压的变化的电流，在放大电路2以及电阻电路3中相互 抵消。由于电流互相抵消，因此第一电流与第二电流的和不发生变化，从 而可以确实地避开列放大器106的电流的变动。图7示出了列放大器106的电路例子。该图中的列放大器106包括 作为恒定电流电路1的恒定电流晶体管Trl、作为放大电路2的放大晶体 管Tr2、以及作为电阻电路3的线性电阻晶体管Tr3。在该图中也示出了 钳位电容Cc和钳位晶体管Tr4。恒定电流晶体管Trl为pMOS晶体管，源极与电源Vdd的布线连接， 栅极上被施加有第一偏压PBiasl，漏极与放大晶体管Tr2的漏极连接，并作为恒流源来发挥功能。放大晶体管Tr2的栅极被输入有像素信号Vin，源极接地，漏极与恒 定电流晶体管Trl的漏极连接，并从漏极输出放大信号，作为输出信号 Vout。线性电阻晶体管Tr3的源极接地，栅极上被施加有偏压Nbias，漏极 输出输出信号Vout。偏压Nbias是设定线性区域(非饱和区域)的工作点 的电压。据此，线性电阻晶体管Tr3通过在线性区域工作从而起到电阻的 作用。据此，放大晶体管Tr2和线性电阻晶体管Tr3进行上述相抵消工作。并且，包括电源布线以及接地布线的金属布线层，在包括连接放大电 路2和电阻电路3的布线的布线层的上面。图8示出了列放大器106的等效电路。如该图所示，线性电阻晶体管 Tr3起到作为具有一定的电阻值的电阻元件的作用。如以上说明，根据本实施例中的固体摄像装置，可以确实地避开横纹 噪声，并且可以以较少的电路元件数来构成列放大器单元。图9示出了列放大器的变形例。该图中的列放大器106a与图7相比 较，不同之处是增加了恒定电流晶体管Trll。对于相同之处省略说明，以 下以不同之处为中心进行说明。恒定电流晶体管Trll为pMOS晶体管， 与恒定电流晶体管Trl共射一共基连接。这样，通过两个pMOS晶体管 Trl、 Trll的共射一共基连接，输出侧的阻抗变高，因此，即使放大信号 的振幅发生变化，也可以维持比较稳定的恒定电流。 (实施例2)在本实施例中对这样一种固体摄像装置进行说明，即，恒定电流电路l 中的pMOS晶体管的栅极被提供有第一、第二偏压PBiasl、 2，从而控制 流入各个列放大器的恒定电流的最佳大小。并且，对将放大电路2的动态 范围最大化的固体摄像装置进行说明。图IO示出了实施例2中的固体摄像装置的结构框图。该图与图5比较， 不同之处是以列放大器106a来取代列放大器106，以及增加了偏置电 路201。对于相同之处省略说明，以下以不同之处为中心进行说明。列放 大器106a已经在图9中示出并进行了说明。图11示出了偏置电路和列放大器。在该图中仅示出了多个列放大器106a中的一个。并且示出了，电源布线以及接地布线上的寄生电阻Rs和 偏置布线的寄生电容Cs。偏置电路201包括漏极与恒流源IS连接、漏极和栅极短路、源极接 地的第一负载用nMOS晶体管LT1;与第一负载用nMOS晶体管LT1共 同构成电流镜电路的第一电路；以及与第一负载用nMOS晶体管LT1共同 构成电流镜电路的第二电路。第一电路向各个列放大器106a的pMOS晶体管Trl的栅极提供第一 偏压PBiasl。因此，第一电路包括第一 pMOS晶体管pTl和第一 nMOS 晶体管nTl。第一pMOS晶体管pTl的漏极和栅极短路，源极与电源布线 连接，输出第一偏压PBiasl的漏极与各个列放大器106a的pMOS晶体管 Trl的栅极连接。第一 nMOS晶体管nTl的漏极与第一 pMOS晶体管pTl 的漏极连接，栅极与第一负载用nMOS晶体管LT1的栅极连接，源极接地。第二电路向各个列放大器106a的pMOS晶体管Trll的栅极提供第 二偏置电压PBias2。因此，第二电路包括第二 pMOS晶体管pT2和第二 nMOS晶体管nT2。第一 pMOS晶体管pTl的漏极和栅极短路，源极与 电源布线连接，输出第一偏置电压PBiasl的漏极与各个列的放大器106a 的pMOS晶体管Trl的栅极连接。第一 nMOS晶体管nTl的漏极与第一 pMOS晶体管pTl的漏极连接，栅极与第一负载用nMOS晶体管LT1的 栅极连接，源极接地。形成固体摄像装置的半导体衬底上，各个列放大器106a内的放大晶体 管Tr2的区域的长度和宽度的比，与第一负载用nMOS晶体管LT1相同。 并且，各个列放大器106a的pMOS晶体管Trl、 Trll的区域的长度和宽 度的比，与第一、第二pMOS晶体管pTl、 pT2相同。据此，即使每个固体摄像装置在制造上特性不同，但在各个固体摄像 装置中示出了放大晶体管Tr2和第一负载用nMOS晶体管LT1的特性的相 同，因此，放大晶体管Tr2可以确保良好的线性工作点。据此，可以扩大 放大晶体管Tr2的输入输出动态范围。并且，各个列放大器106a内的放大晶体管Tr2的区域的长度和宽度 的比，在第一nMOS晶体管nTl以及第二 nMOS晶体管nT2相同。在这 种情况下，在各个固体摄像装置中，作为放大电路2的MOS晶体管、第一nMOS晶体管、以及第二nMOS晶体管具有相同的特性，因此，即使各个 固体摄像装置的特性不同，也不会影响到第一电路以及第二电路的电流和 流向恒定电流晶体管Trl的电流的相对关系。放大电路2可以确保良好的 线性工作点。据此，也可以扩大放大晶体管Tr2的输入输出动态范围。并且，第一负载用nMOS晶体管LT1和第一 nMOS晶体管nTl以及 第二nMOS晶体管nT2构成了电流镜电路，因此，形成它们的各个区域的 长度和宽度相同。图12示出了偏置电路的第一变形例。该图与图11比较不同之处是 删除了偏置电路201a中的恒流源IS，而在偏置电路201a的外部设置了恒 流源，且连接该外部的恒流源的衬垫与第一负载用nMOS晶体管LT1的漏 极相连接。这样，由于恒定电流是从固体摄像装置的芯片外部的电流源提供的， 因此，可以稳定地提供所需大小的恒定电流。各个列放大器106a可以在不 受到各个固体摄像装置在制造上的特性不同的影响之下，获得稳定的恒定 电流。而且，可以使固体摄像装置的构成简单化且小型化。并且，如图11所示，在固体摄像装置的芯片内部具备恒流源IS的情 况下，由于内部的晶体管特性的变动和电流源IS内的晶体管的特性一致， 因此定电流更加稳定。图13示出了偏置电路的第二变形例。该图与图12相比较不同之处是 具备了电阻元件R1，以作为外部的恒流源。电阻元件R1最好是精度高误差小(例如误差在1%以下)。电阻元件精 度高就可以使固体摄像装置的结构简单化及小型化。图14示出了偏置电路以及列放大器的第三变形例。在该变形例中将对 可以变更放大电路2的增益进行说明。该图与图13相比较，不同之处是增加了第一到第六开关swl — sw6、 第二放大晶体管Tr21、第二电阻晶体管Tr31、以及第二负载用nMOS晶 体管LTll。对于相同之处省略说明，以下以不同之处为中心进行说明。第一开关swl被插入在放大晶体管Tr2的漏极和输出信号Vout的信 号线之间。第二开关sw2在第二放大晶体管Tr21的漏极和输出信号Vout 的信号线之间。第三开关sw3被插入在线性电阻晶体管Tr3的漏极和输出信号Vout 的信号线之间。第四开关sw4被插入在第二电阻晶体管Tr31的漏极和输 出信号Vout的信号线之间。第五开关sw5被插入在第一负载用nMOS晶体管LT1的漏极和衬垫P 之间。第六开关sw6被插入在第二负载用nMOS晶体管LT11的漏极和衬 垫P之间。第一开关swl和第三开关sw3以及第五开关sw5联锁，进行导通或 断开的切换。第二开关sw2和第四开关sw4以及第六开关sw6联锁，进 行导通或断开的切换。第二放大晶体管Tr21比放大晶体管Tr2的增益小，该第二放大晶体 管Tr21的漏极通过第二开关sw2以及第一开关swl与放大晶体管Tr2 的漏极连接，源极接地，像素信号被输入到栅极，并从漏极输出放大信号。第二电阻晶体管Tr31比电阻晶体管Tr3的电阻值小，该第二电阻晶 体管Tr31的漏极通过第四开关以及第三开关sw3与电阻晶体管Tr2的漏 极连接，线性区域所对应的偏压NBias被施加到栅极。第二负载用nMOS晶体管LT11比第一负载用nMOS晶体管LT1的增 益小，该第二负载用nMOS晶体管LT11的漏极通过第六开关sw6与恒流 源连接，漏极与栅极连接，源极接地。根据此构成，可以切换包括放大晶体管Tr2和第二放大晶体管Tr21 的放大电路2的增益。SP，在第一开关swl和第三开关sw3以及第五开 关sw5导通的情况下，为小的增益；在第二开关sw2和第四开关sw4以 及第六开关sw6导通的情况下，为大的增益。据此，在切换放大电路2的增益的同时，被施加在恒定电流晶体管Trl、 Trll的栅极的第一、第二偏压也被切换，因此，可以确保放大电路的良好 的线性工作点。并且，虽然第一负载用nMOS晶体管LT1的漏极和栅极是通过第五开 关连接的，但也可以直接连接。同样，虽然第二负载用nMOS晶体管LTll 的漏极和栅极是通过第六开关连接的，但也可以直接连接。图15示出了偏置电路以及列放大器的变形例。在该变形例中，对能够 进行放大电路2的增益的微调整的构成进行说明。该图与图13相比较，不同之处是增加了可变电压源VE1、 VE2。对于 相同之处省略说明，以下以不同之处为中心进行说明。可变电压源VE1输出可变电压，并将可变电压作为偏压NBias施加到 电阻晶体管Tr3的栅极。据此，可以对电阻晶体管Tr3的电阻值进行微调 整。可变电压源VE2输出可变电压，并将可变电压施加到提供恒定电流时 使用的电阻元件R1。据此，可以对电阻元件R1提供的恒定电流的电流量 进行微调整。由可变电压源VE1和可变电压源VE2进行两个微调整，这样即使在每 个固体摄像装置产生不同，也可以不受这个不同的影响而进行最佳的工作。 (实施例3)在本实施例中，对通过采用以下这些方法来避开横纹或横条噪声的固 体摄像装置进行说明，这些方法是使电源布线以及接地布线专用于包括 多个列放大器106a的信号处理部105，以及调整这些布线的电阻比。由 于固体摄像装置的概略构成与图5、图10相同，因此省略说明。图16是连接列放大器的电源布线和接地布线的说明图。在该图中示出 了信号处理部105内的多个列放大器106a中的相邻的两个列放大器 106a。如该图所示，电源布线与信号处理部105内的多个恒定电流电路1连 接。接地布线与信号处理部105内的多个放大电路2以及多个电阻电路3 连接。此电源布线以及接地布线由信号处理部105专用，不与其它的电路 (模拟电路、偏置电路、输出部等)连接。但是，与电源衬垫和接地衬垫 直接连接。在其它的电路中连接有其它的电源布线和其它的接地布线。图中的VDD侧布线电阻表示电源布线的寄生电阻Rs。 VSS侧布线电 阻表示接地布线的寄生电阻Rs。并且，标记了向有高亮的光入射时的放大 电路2的输入信号和从该放大电路2的输出信号。在输出信号的振幅发生 变化的情况下，在本实施例也可以使恒定电流电路1的电流变动得以抑制， 但在有比较大的振幅变化的情况下，则有可能引起电流变动。此电流变动 绕到相邻的列放大器的路径在图中以两个虚线箭头来表示。这两个路径 是从恒定电流电路l，经由电源布线，绕到相邻的列放大器的路径；和从放大电路2或电阻电路3，经由接地布线，绕到相邻的列放大器的路径。 据此，相邻的列放大器的输出电平受到影响(上升或下降)。因受到影响则 有可能产生横纹噪声或横纹底纹。图17是路径的具体例子的说明图。如该图所示，在VSS侧比起放大 晶体管Tr2而言，主要是经由传导率较大的电阻晶体管Tr3的路径。因这样的路径可以解消变动，因此，在本实施例的固体摄像装置中， 电源布线的布线电阻和接地布线的布线电阻的比，与列放大器106a内的恒 定电流电路1的传导率和放大电路2及电阻电路3的传导率的比成为相等。据此，通过上述的路径，可以使VDD侧和VSS侧的电流变动相等， 且变动可以抵消，所以就不会发生辉亮部分的横纹或横纹底纹。不过，上述的传导率的比是从放大电路的输出信号来看VDD侧电路 的传导率(恒定电流电路l)和从放大电路的输出信号来看VSS侧电路的 传导率(放大电路2和电阻电路3)的比。这个比是由电路元件的种类或 元件的数量来决定的，不易被变更。另外，布线电阻的比由于是由布线图 案的长度、宽度和材料等决定的，因此，通过对布线的布局进行设计来容 易地决定布线电阻的比。图18示出了电源布线以及接地布线的设计例子。该图上侧的虚线框表 示电源布线的图案，下侧的虚线框表示接地布线的图案。在此例中，电源 布线是为了使各个恒定电流电路1不被光照射到而形成的宽的金属布线。 接地布线是为了使各个放大电路2以及各个电阻电路3不被光照射到而形 成的宽的金属布线。电源布线和接地布线的布线电阻的比由布线的宽度来设定。在此，电 源布线的布线电阻和接地布线的布线电阻的比大致被设定为2比1。电源布线以及接地布线存在于相同的金属布线层，以衬底为基准，该 金属布线层位于包括连接放大电路2和电阻电路3的布线的布线层的上侧。并且，在该图中示出了，将电源布线连接到用于提供电源的衬垫的连 接布线，和将接地布线连接到用于接地的衬垫的连接布线。这些连接布线 也是不与衬垫和列放大器106以外的电路连接的专用的布线。电源布线用的连接布线的宽度和接地布线用的连接布线的宽度的比， 与上述的布线电阻的比相对应。或者，电源布线用的连接布线的长度和接地布线用的连接布线的长度的比，与上述的布线电阻的比相对应。并且，在图18中虽然布线电阻的比是由布线的宽度来设定的，但是也 可以由布线的长度、布线的材料或它们的组合来设定。 并且，电源布线和接地布线可以在不同的布线层。 (实施例4)在本实施例，对将放大电路的动态范围以最大限度有效活用的固体摄 像装置进行说明。图19是实施例4中的固体摄像装置的结构框图。该图与图IO相比较 不同之处是增加了D (动态范围)控制电路301。对于相同之处省略说明， 以下以不同之处为中心进行说明。D控制电路301将偏压NBias施加到电阻电路3的线性电阻晶体管 Tr3的栅极，进行使电阻电路3的动态范围最大化的控制。图20示出了 D控制电路的电路例子。在该图中还示出了偏置电路 201a和一个列放大器106a。 D控制电路301包括恒定电流提供部302 和负载电路303。恒定电流提供部302包括被共射一共基连接的两个pMOS晶体管 pT10和pTll，且这两个pMOS晶体管pT10和pTll上被施加有来自 所述第一以及第二电路的第一以及第二偏压PBiasl和PBias2，所述恒定 电流提供部302向负载电路303提供恒定电流。负载电路303包括负载用nMOS晶体管LTIO，该负载用nMOS晶体 管LT10的漏极与恒定电流提供部302连接，漏极和栅极连接，源极接地， 该nMOS晶体管的栅极电位作为偏压NBias被提供到线性电阻晶体管Tr3 的栅极。在此，负载用nMOS晶体管LT10在形成固体摄像装置的半导体衬底 区域上的长度被形成为，比各个线性电阻晶体管Tr3的区域长规定的值。恒定电流提供部302与各个列放大器106a的恒定电流电路1的构成 相同，各个电阻电路3中电压被设定为，比恒定电流电路1中取得的电位 的上限值稍小、接近于上限值。至于比上限值小多少，要按照上述的规定 的值来决定。被提供到线性电阻晶体管Tr3的栅极的偏压NBias被设定， 以使线性电阻晶体管Tr3中的电压接近该上限值。据此，可以使线性电阻晶体管Tr3的线性区域最大化。其结果是，可 以最大限地有效活用放大晶体管的输出振幅。并且，即使在每个固体摄像装置的特性不同的情况下，在固体摄像装 置内也不会对晶体管间的特性的相对关系产生影响，因此，可以在不受特 性不同的影响之下，使电阻晶体管Tr3的线性区域最大化。以下对用于使放大晶体管Tr2的输出动态范围最大化的偏置电路的变 形例进行说明。图21示出了偏置电路的变形例。在该偏置电路201b中增加了用于使 放大晶体管Tr2的输出动态范围最大化的功能。在该图中除示出了偏置电 路201b以外，还示出了一个列放大器106a。偏置电路201b与图13的偏置电路201a相比，不同之处是增加了第 三电路和第四电路。以下，对于相同之处省略说明，以不同之处为中心进 行说明。第三电路以及第四电路被插入到连接布线中，该连接布线是连接图13 中的偏置电路201中的第一负载用nMOS晶体管LT1的栅极和第二电路 中的第二 nMOS晶体管nT2 (或第一电路中的第一 nMOS晶体管nTl) 的栅极的布线。第三电路包括第三pMOS晶体管pT3和第三nMOS晶体管nT3，构 成第一负载晶体管LT1和电流镜电路。第三pMOS晶体管pT3的源极与电源布线连接，栅极和漏极连接。第三nMOS晶体管nT3的漏极与第三pMOS晶体管pT3的漏极连接， 栅极与第一负载用nMOS晶体管LT1的栅极连接，源极接地。所述第四电路包括第四pMOS晶体管pT4和第二负载用nMOS晶体 管LT2，构成第一电路以及第二电路和电流镜电路。第四pMOS晶体管pT4的源极与电源布线连接，栅极与所述第三 pMOS晶体管pT3的栅极连接。第二负载用nMOS晶体管LT2的漏极与第四pMOS晶体管pT4的漏 极连接，漏极和栅极连接，源极接地。第一电路的第一 nMOS晶体管nTl的栅极与第二负载用nMOS晶体 管LT2的栅极连接。第二负载用nMOS晶体管LT2在形成固体摄像装置的半导体衬底上的区域的长度为，比第一nMOS晶体管nTl的区域长度短 规定的值，第一 nMOS晶体管nTl和第二 nMOS晶体管nT2的尺寸与线 性电阻晶体管Tr3相同。这样构成的固体摄像装置可以使恒定电流电路1 (恒定电流晶体管 Trl、 Trll)的恒定电流量最大化。其结果是，可以最大限地有效活用放 大电路2 (放大晶体管Tr2)的输出振幅。并且，即使在每个固体摄像装置 的特性不同的情况下，在固体摄像装置内也不会对晶体管间的特性的相对 关系产生影响，因此，可以在不受特性不同的影响之下，最大限地有效活 用放大电路的输出振幅。图22是附加了省电功能的列放大器的变形例的电路图。该图与图13 相比不同之处是增加了反演电路IV和开关sw7。以下，对相同之处省略说 明，以不同之处为中心进行说明。反演电路在通常工作时被输入低电平，此时输出偏压NBias，在准备 时被输入高电平，输出低电平。开关sw7在通常工作时为切断，在准备时为导通。通过这样的电路，在准备时放大晶体管Tr2的输入信号Vin被固定在 低电平，且电阻晶体管tr3成为断开状态。据此，在准备时可以降低放大 晶体管Tr2以及线性电阻晶体管Tr3所消耗的电流。另外，反演电路IV的输入信号最好为表示水平传输期间的信号或表示 水平消隐期间的信号。这样，在不工作的期间可以停止放大工作，从而降 低了耗电量。(实施例5)在本实施例中，对除信号处理部的列放大器以外的周边CDS电路、黑 斑抑制电路、以及ADC电路进行说明。图23A、图23B示出了实施例5中的包括黑斑抑制电路和CDS电路 的信号处理部。在该图中示出了，信号处理部105a中与一列对应的电路部 分。信号处理部105a包括各个列相对应的列放大器106、高辉度黑斑抑 制电路401以及列CDS (Correlated Double Sampling :相关双重采样) 电路。列放大器106已在各实施例中做了说明。在像素信号表示出强辉度的情况下，会被错误理解为黑(即黑斑)，而高辉度黑斑抑制电路401则是用于抑制这种错误理解的电路，与列放大器 106并行处理。列CDS电路是除去各个像素中不均匀的残留误差成分(补偿噪 声:offset noise)的电路。根据此构成，从列放大器106输出的放大信号中所包含的补偿噪声， 可以由列CDS电路402除去。由于是模拟信号处理，因此可以确保数字噪 声混入少的高S/N (信噪比)比。另外，列放大器106和高辉度黑斑抑制电路401可以不为并行处理， 可以是串行处理。并且，也可以由单一的电路来进行。图24A示出了列CDS电路402的第一电路的例子。为了便于理解， 在该图中还示出了列放大器106。列CDS电路402包括钳位用电容器 Cc、钳位用开关晶体管TrCLP、偏置电压源VBias、以及取样保持用电容 器Csh。列CDS电路402按照图24B所示的时序，从信号成分中除去残 留误差成分。图25A示出了列CDS电路402的第二电路的例子。为了便于理解， 在该图中还示出了像素部101和负载电路102的一列部分，以及列放大器 106。该图的列CDS电路402a包括钳位用电容器Cc、取样保持用开关 晶体管TrSH、偏压源VBias、钳位用开关晶体管TrCLP、取样保持用电容 器Csh、以及输出用开关晶体管TrHSR。列CDS电路402a按照图24B 所示的吋序，从信号成分中除去残留误差成分。图26A、图26B示出了信号处理电路的变形例。该图的信号处理部 105b与图23相比不同之处是增加了列ADC(Analogue to Digital Converter:模拟一数字转换器)602，以及输出电路变成了数字输出部 603。以下，对相同之处省略说明，以不同之处为中心进行说明。列ADC602不论在哪种方式的列ADC都可以适用，艮P，可以适用于具有数字双取样功能的方式或不具有数字双取样功能的方式。另外，不具有数字双取样功能的方式例如是斜式。将来自列放大器的模拟放大信号转换为数字信号。该数字信号由数字输出部603输出。艮P，只要在一个水平周期的期间内，以列ADC将像素信号数字化为高分辨度，就可以变为数字输出，这样，频带也会变宽，从而使高速地数据 输出成为可能。
而且，在利用不具有数字双取样功能的方式的情况下的优点是，除不
会成为复杂的电路构成(可以使信号处理部105的电路面积变小)以外， 还可以比具有数字双取样功能的列ADC以更高的速度进行数据处理。
并且，在利用具有数字双取样功能的方式的情况下的优点是，由于噪 声的除去由列CDS电路402和列ADC602进行，因此，可以高精度地进 行噪声除去(残留误差成分)。
另外，列放大器106和高辉度黑斑抑制电路401可以串联，也可以是 单独构成。
图27A、图27B示出了信号处理电路的其它的变形例。该图中的信号 处理部105c与图26相比不同之处是，列CDS电路402被删除，并且以 歹U ADC602a来4戈替歹U ADC501。以下，对相同之处省略说明，以不同之
处为中心进行说明。
列ADC602a是具有数字双取样功能的列ADC，具体而言，是上/下 方式(具有数字双取样功能的斜式)、流水线方式、循环方式、或依次比较 方式等。这种情况下，列ADC602a也进行从信号中除去残留误差成分的 处理，所述信号是从列放大器106或高辉度黑斑抑制电路401得到的信号。 即，列ADC602a在一个水平周期期间内以列ADC，从列放大器106的信 号中除去输出残留误差成分。由于是数字输出，因此，频带也会变宽，从 而可以高速度地输出数据，并且，由于没有列CDS电路，因此，可以使固 体摄像装置小型化。
而且，抵消列放大电路和高辉度黑斑抑制电路可以并联、也可以串联、 还可以单独构成。
并且，上述的各个实施例和变形例只要没有排斥关系就可以组合在一
起o
本发明可以适用于具有在半导体衬底上形成的多个光电二极管的放大 型固体摄像装置，以及具有该固体摄像装置的摄像机，具体而言，可以适
用于MOS图像传感器、数字静态相机、带有照相机的移动电话、监控摄像 头、笔记本电脑中内藏的摄像机、以及连接于信息处理机器的摄像设备等。
权利要求
1. 一种固体摄像装置，包括多个像素部，被排列为矩阵状；列信号线，被设置在所述多个像素部的每个列上，并传输来自对应的列上的像素部的像素信号；以及列放大器单元，被设置在每个列信号线上，其特征在于，所述各个列放大器单元包括恒定电流电路，提供恒定电流；放大电路，与所述恒定电流电路串联连接，放大来自对应的列信号线的所述像素信号，并从与所述恒定电流电路的接点输出放大信号；以及电阻电路，与所述放大电路并联连接，并具有一定的电阻值。
2. 如权利要求l所述的固体摄像装置，其特征在于，包括 相关双重检测电路，接受来自所述各个列放大器单元的信号；以及 输出部，接受来自所述相关双重检测电路的信号，放大后输出模拟信号。
3. 如权利要求i所述的固体摄像装置，其特征在于，包括相关双重检测电路，接受来自所述各个列放大器单元的信号；以及 模拟一数字转换器，接受来自所述相关双重检测电路的信号，并从模 拟信号转换为数字信号。
4. 如权利要求3所述的固体摄像装置，其特征在于，所述模拟—数 字转换器为斜式的模拟一数字转换器。
5. 如权利要求l所述的固体摄像装置，其特征在于，包括模拟一数 字转换器，具有数字双取样功能，接受来自所述各个列放大器单元的信号， 并从模拟信号转换为数字信号。
6. 如权利要求5所述的固体摄像装置，其特征在于，所述模拟一数字转换器为上/下方式的模拟一数字转换器。
7. 如权利要求l所述的固体摄像装置，其特征在于，所述固体摄像装置具有电源布线，与多个所述恒定电流电路连接；以及 接地布线，与多个所述放大电路以及多个所述电阻电路连接； 包括所述电源布线以及所述接地布线的金属布线层位于，包括连接所 述放大电路和所述电阻电路的布线的布线层之上。
8. 如权利要求l所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述恒定电流电路具有至少一个晶体管，以作为恒流源； 所述放大电路具有第一放大晶体管，所述像素信号被输入到该第一放大晶体管的栅极，并从源极或漏极输出放大信号；所述电阻电路具有晶体管，该晶体管的栅极被施加有与线性区域相对 应的偏压。
9. 如权利要求8所述的固体摄像装置，其特征在于，所述恒定电流 电路中的至少一个晶体管为，被共射一共基连接的两个pMOS晶体管。
10.如权利要求9所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述固体摄像装置进一步包括偏置电路，该偏置电路控制流入到所述 各个列放大器单元的恒定电流的大小； 所述偏置电路包括第一负载用nMOS晶体管，漏极与恒流源连接，漏极和栅极短路，源 极接地；第一电路，与所述第一负载用nMOS晶体管构成电流镜电路；以及 第二电路，与所述第一负载用nMOS晶体管构成电流镜电路； 所述第一 电路将第一偏压提供到，所述被共射一 共基连接的两个MOS 晶体管中的一个MOS晶体管的栅极；所述第二电路将第二偏压提供到，所述被共射一共基连接的两个MOS晶体管中另一个MOS晶体管的栅极；在形成所述固体摄像装置的半导体衬底上，作为所述放大电路的MOS 晶体管的区域的长度和宽度的比，与所述第一负载用nMOS晶体管相同。
11.如权利要求l O所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述第一电路具有第一pMOS晶体管，漏极和栅极短路，源极与电源布线连接，且漏极 与被共射一共基连接的所述两个MOS晶体管中的一个MOS晶体管的栅极 连接；以及第一nMOS晶体管，漏极和所述第一pMOS晶体管的漏极连接，栅极 与所述第一负载用nMOS晶体管的栅极连接，源极接地； 所述第二电路具有第二pMOS晶体管，漏极和栅极短路，源极与电源布线连接，且漏极 与被共射一共基连接的所述两个MOS晶体管中的另一个MOS晶体管的栅 极连接；以及第二nMOS晶体管，漏极和所述第二pMOS晶体管的漏极连接，栅极 和所述第一负载用nMOS晶体管的栅极连接，源极接地；在形成所述固体摄像装置的半导体衬底上，作为所述放大电路的MOS 晶体管的区域的长度和宽度的比，与第一nMOS晶体管以及第二nMOS晶 体管相同。
12.如权利要求l O所述的固体摄像装置，其特征在于，所述第一 负载用nMOS晶体管的漏极与所述半导体衬底上设置的衬垫连接，并通过 所述衬垫与所述恒流源连接。
13.如权利要求l 2所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述恒流源可以调整恒定电流的大小；所述固体摄像装置进一步具有可变电压产生单元，该可变电压产生单 元将可变偏压施加到所述电阻电路内的MOS晶体管的栅极。
14.如权利要求l O所述的固体摄像装置，其特征在于，所述第一 负载用nMOS晶体管的漏极与所述固体摄像装置内部设置的所述恒流源连 接。
15.如权利要求l所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述恒定电流电路具有被共射一共基连接的两个pMOS晶体管，以作 为恒流源；所述放大电路包括第一开关；第一放大晶体管，漏极通过所述第一开关与所述恒定电流电路连接， 所述像素信号被输入到该第一放大晶体管的栅极，源极接地，从漏极输出 放大信号；第二开关；以及第二放大晶体管，漏极通过所述第二开关与所述恒定电流电路连接， 所述像素信号被输入到该第二放大晶体管的栅极，源极接地，从漏极输出 放大信号；所述电阻电路包括第三开关；第一电阻晶体管，漏极通过所述第三开关与所述恒定电流电路连接， 栅极被施加有线性区域所对应的偏压； 第四开关；以及第二电阻晶体管，漏极通过所述第四开关与所述恒定电流电路连接， 栅极被施加有线性区域所对应的偏压；所述第一开关和所述第三开关联锁，进行导通或断开的切换； 所述第二开关和所述第四开关联锁，进行导通或断开的切换。
16.如权利要求l 5所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述固体摄像装置进一步包括偏置电路，控制流入到所述各个列放大 器单元的恒定电流的大小； 所述偏置电路包括第五开关；第一负载用nMOS晶体管，漏极通过所述第五开关与恒流源连接，漏极与栅极连接，源极接地； 第六开关；第二负载用nMOS晶体管，漏极通过所述第六开关与恒流源连接，漏 极与栅极连接，源极接地；第一电路，与所述第一或第二负载用nMOS晶体管构成电流镜电路；以及第二电路，与所述第一或第二负载用nMOS晶体管构成电流镜电路；所述第一电路将第一偏压提供到，所述被共射一共基连接的两个MOS 晶体管中的一个MOS晶体管的栅极；所述第二电路将第二偏压提供到，所述被共射一共基连接的两个MOS 晶体管中另一个MOS晶体管的栅极；所述第五开关和所述第一以及第三开关联锁，进行导通或断开的切换;所述第六开关和所述第二以及第四开关联锁，进行导通或断开的切换。
17.如权利要求l 6所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述第一负载用nMOS晶体管的漏极和栅极不直接连接，而通过所述 第五开关连接；所述第二负载用nMOS晶体管的漏极和栅极不直接连接，而通过所述 第六开关连接。
18.如权利要求l所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述固体摄像装置具有电源布线，与多个所述恒定电流电路连接；以及接地布线，与多个所述放大电路以及多个所述电阻电路连接；所述电源布线以及接地布线由多个所述列放大器单元专用。
19.如权利要求l 8所述的固体摄像装置，其特征在于，所述电源 布线的布线电阻和接地布线的布线电阻的比，与所述列放大器单元内的所述恒定电流电路的传导率和放大电路以及电阻电路的传导率的比相同。
20.如权利要求l 9所述的固体摄像装置，其特征在于，为了满足 所述布线电阻的比，而使所述电源布线的宽度和所述接地布线的宽度不同。
21.如权利要求l 9所述的固体摄像装置，其特征在于，为了满足 所述布线电阻的比，而使所述电源布线的长度与所述接地布线的长度不同。
22.如权利要求l 9所述的固体摄像装置，其特征在于， 在形成所述固体摄像装置的半导体衬底上具有用于提供电源的衬垫和 接地用的衬垫；所述固体摄像装置进一步包括第一连接布线，使所述电源布线与所述用于提供电源的衬垫连接；以及第二连接布线，使所述接地布线与所述接地用的衬垫连接； 所述第一连接布线的宽度和所述第二连接布线的宽度的比，或所述第一连接布线的长度和所述第二连接布线的长度的比，与所述布线电阻的比相对应。
23.如权利要求l 9所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述电源布线为金属布线，为各个恒定电流电路遮光； 所述接地布线为金属布线，为各个放大电路以及各个电阻电路遮光。
24.如权利要求l O所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述固体摄像装置进一步具有控制电路，将偏压施加到所述电阻电路 内的晶体管的栅极，并控制所述电阻电路的动态范围； 所述控制电路包括恒定电流提供部，被施加有来自所述第一以及第二偏置电路的第一以 及第二偏压，包括被共射一共基连接的两个pMOS晶体管；以及负载电路，包括nMOS晶体管，该nMOS晶体管的漏极与所述恒定电流提供部连接，漏极和栅极连接，源极接地，并将该nMOS晶体管的栅极 电位作为所述偏压提供到各个电阻电路；在形成所述固体摄像装置的所述半导体衬底上，所述负载电路内的 nMOS晶体管的区域的长度，比所述各个电阻电路内的MOS晶体管的区域 的长度长规定的值。
25.如权利要求l l所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述偏置电路进一步包括第三电路以及第四电路，该第三电路以及第四电路被插入到，连接所述第一负载用nMOS晶体管栅极和第一电路的栅极的布线中；所述第三电路包括第三pMOS晶体管，源极与电源布线连接，栅极与漏极连接；以及 第三nMOS晶体管，漏极与第三pMOS晶体管的漏极连接，栅极与所 述第一负载用nMOS晶体管的栅极连接，源极接地； 所述第四电路包括第四pMOS晶体管，源极与电源布线连接，栅极与第三pMOS晶体管 的栅极连接；第二负载用nMOS晶体管，漏极与所述第四pMOS晶体管的漏极连接， 漏极与栅极连接，源极接地；所述第一电路的第一nMOS晶体管的栅极与所述第二负载用nMOS晶 体管的栅极连接；在形成所述固体摄像装置的所述半导体衬底上，所述第二负载用 nMOS晶体管的区域的长度，比所述第一 nMOS晶体管的区域的长度短规 定的值。
26. —种固体摄像装置，包括多个像素部，被排列为矩阵状；列信号线，被设置在所述多个像素部的每个列上，并传输来自对应的列上的像素部的像素信号；以及列放大器单元，被设置在每个列信号线上，其特征在于，所述固体摄像装置具有电源布线，与多个所述列放大器单元连接；以及 接地布线，与多个所述列放大器单元连接； 所述电源布线以及接地布线由多个所述列放大器单元专用； 所述电源布线的布线电阻和接地布线的布线电阻的比，与从所述列放 大器单元的输出信号的角度看所述电源布线的传导率和从所述列放大器单 元的数据信号的角度看所述接地布线的传导率的比相同。
27.如权利要求2 6所述的固体摄像装置，其特征在于，为了满足 所述布线电阻的比，而使所述电源布线的宽度和所述接地布线的宽度不同。
28. —种固体摄像装置的驱动方法，该固体摄像装置包括多个像 素部，被排列为矩阵状；列信号线，被设置在所述多个像素部的每个列上， 并传输来自对应的列上的像素部的像素信号；以及列放大器单元，被设置 在每个列信号线上，其特征在于，所述各个列放大器单元包括恒定电流电路，提供恒定电流；放大电路，与所述恒定电流电路串联连接，放大来自对应的列信号线 的所述像素信号，并从与所述恒定电流电路的接点输出放大信号；以及电阻电路，包括晶体管，与所述放大电路并联连接，并具有一定的电 阻值；所述驱动方法包括偏压施加步骤，将使所述晶体管在线性区域工作的偏压施加到所述晶 体管的栅极；以及互相抵消步骤，在所述放大电路以及所述电阻电路之间，使对应于所 述放大信号的电压变化的电流互相抵消。
29. —种摄像机，其特征在于，具有权利要求l所述的固体摄像装置。
全文摘要
本发明的固体摄像装置包括在各个列信号线上设置的列放大器(106)，各个列放大器(106)包括恒定电流电路(1)，提供恒定电流；放大电路(2)，将来自与恒定电流电路(1)串联连接的、对应的列信号线的像素信号放大，并从与恒定电流电路(1)的接点输出放大信号；以及电阻电路(3)，与放大电路(2)并联连接，并具有一定的电阻值。
文档编号H04N5/335GK101291388SQ200810091919
公开日2008年10月22日 申请日期2008年4月10日 优先权日2007年4月19日
发明者久保洋士, 户谷宽 申请人:松下电器产业株式会社