(57)【要約】【課題】出力信号の周波数特性を損なうことなく消費電力の低減を図ることができる出力バッファ回路および固体撮像素子を提供すること。【解決手段】本発明は、複数段のプッシュプル回路Ｐ３、Ｐ４が接続された出力バッファ回路であって、複数段のプッシュプル回路Ｐ３、Ｐ４の最終段より前段のプッシュプル回路Ｐ３に電流モニタ手段である抵抗Ｒｆｂが設けられ、この電流モニタ手段で検出した電流に応じて最終段のプッシュプル回路Ｐ４へバイアスを与えるものである。また、この出力バッファ回路を出力回路として備える固体撮像素子でもある。【選択図】　　　　図１
2004032136.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数段のプッシュプル回路が接続された出力バッファ回路であって、
前記複数段のプッシュプル回路のうち最終段より前段のプッシュプル回路に電流モニタ手段が設けられ、前記電流モニタ手段で検出した電流に応じて前記最終段のプッシュプル回路へバイアスを与える
ことを特徴とする出力バッファ回路。
【請求項２】
前記電流モニタ手段は、抵抗による電圧低下の検出によるものである
ことを特徴とする請求項１記載の出力バッファ回路。
【請求項３】
前記プッシュプル回路は、ｎチャネルＭＯＳトランジスタとｐチャネルＭＯＳトランジスタとを組みとして構成され、
前記電流モニタ手段は、前記前段のプッシュプル回路を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタとｐチャネルＭＯＳトランジスタとの間に設けられる抵抗を備えており、
前記抵抗の両端のうち前記前段のプッシュプル回路を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタ側が前記後段のプッシュプル回路を構成するｐチャネルＭＯＳトランジスタのゲートに接続され、前記抵抗の両端のうち前記前段のプッシュプル回路を構成するｐチャネルＭＯＳトランジスタ側が前記後段のプッシュプル回路を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタのゲートに接続されている
ことを特徴とする請求項１記載の出力バッファ回路。
【請求項４】
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の出力バッファ回路を出力回路として備えている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数段のプッシュプル回路を備える出力バッファ回路および固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ固体撮像素子の出力バッファ回路として、例えば特開２０００−２２４４８５号公報にはプッシュプル（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ）回路を用いたＣＣＤ固体撮像素子のバッファ回路が開示されている。
【０００３】
すなわち、このバッファ回路においては、前段に複数のソースフォロワ回路が設けられ、最終段にプッシュプル回路が設けられた構成であり、プッシュプル回路の電源電圧を、電源端子と、アースと電源端子との中間の電位との電位差にすることで消費電力の低減を図るようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この場合、プッシュプル回路に流すアイドリング電流はプッシュプル回路を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタおよびｐチャネルＭＯＳトランジスタの閾値電圧（Ｖｔｈ）だけで決っているため、これらｎチャネルＭＯＳトランジスタおよびｐチャネルＭＯＳトランジスタの閾値電圧（Ｖｔｈ）が変動すると、それに対応してプッシュプル回路に流れるアイドリング電流も変動するため、プッシュプル回路に流れるアイドリング電流のバラツキが大きくなってしまう。
【０００５】
このアイドリング電流のバラツキによってバッファ回路の周波数特性が変動してしまうことから、所定の周波数特性を確保するためアイドリング電流のセンター値に大きなマージンを持たせる必要が生じる。このマージンによって、プッシュプル回路の消費電力低減が妨げられてしまうという問題が発生する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、複数段のプッシュプル回路が接続された出力バッファ回路であって、この複数段のプッシュプル回路のうち最終段より前段のプッシュプル回路に電流モニタ手段が設けられ、この電流モニタ手段で検出した電流に応じて最終段のプッシュプル回路へバイアスを与える出力バッファ回路である。また、この出力バッファ回路を備えている固体撮像素子でもある。
【０００７】
このような本発明では、複数段のプッシュプル回路を備える出力バッファ回路において、最終段より前段のプッシュプル回路に電流モニタ手段が設けられているため、電流モニタ手段によって検出した電流に応じて最終段のプッシュプル回路へバイアスを与えることでプッシュプル回路を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタおよびｐチャネルＭＯＳトランジスタの閾値電圧のバラツキを吸収した状態で最終段のプッシュプル回路を動作させることができるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係る出力バッファ回路を説明する回路図である。すなわち、この出力バッファ回路では、信号の入力側（Ｖｉｎ）から順に２段のソースフォロワ回路Ｓ１、Ｓ２と、その後段に２段のプッシュプル回路Ｐ３、Ｐ４が接続された構成となっている。
【０００９】
特に、本実施形態の出力バッファ回路では、３段目のプッシュプル回路Ｐ３の出力側に電流検出用の抵抗を挿入し、この抵抗で発生する電圧降下を４段目のプッシュプル回路Ｐ４の入力側にフィードフォワードしている点に特徴がある。
【００１０】
ここで、１段目となるソースフォロワ回路Ｓ１は、ｎチャネルエンハンスメントＭＯＳトランジスタＱ１（以下、単に「トランジスタＱ１」と言う。）とｎチャネルデプレッションＭＯＳトランジスタＱ２（以下、単に「トランジスタＱ２」と言う。）とから構成されており、トランジスタＱ１のゲートに信号が入力（Ｖｉｎ）されるようになっている。
【００１１】
また、２段目となるソースフォロワ回路Ｓ２は、ｎチャネルデプレッションＭＯＳトランジスタＱ３（以下、単に「トランジスタＱ３」と言う。）とｎチャネルデプレッションＭＯＳトランジスタＱ４（以下、単に「トランジスタＱ４」と言う。）とから構成されており、１段目となるソースフォロワ回路Ｓ１からの出力がトランジスタＱ３のゲートに入力されるようになっている。
【００１２】
さらに、３段目となるプッシュプル回路Ｐ３は、ｎチャネルデプレッションＭＯＳトランジスタＱ５（以下、単に「トランジスタＱ５」と言う。）とｐチャネルデプレッションＭＯＳトランジスタＱ６（以下、単に「トランジスタＱ６」と言う。）とから構成されており、２段目となるソースフォロワ回路Ｓ２からの出力がトランジスタＱ５およびＱ６のゲートに入力されるようになっている。
【００１３】
本実施形態では、トランジスタＱ５のソースとトランジスタＱ６のソースとの間に抵抗Ｒｆｂが接続されており、これが３段目となるプッシュプル回路を流れるアイドリング電流Ｉ３を電圧降下によって検出する電流モニタ手段となっている。
【００１４】
また、４段目となるプッシュプル回路Ｐ４は、ｎチャネルデプレッションＭＯＳトランジスタＱ７（以下、単に「トランジスタＱ７」と言う。）とｐチャネルデプレッションＭＯＳトランジスタＱ８（以下、単に「トランジスタＱ８」と言う。）とから構成されており、３段目となるプッシュプル回路Ｐ３の抵抗Ｒｆｂの両端のうちトランジスタＱ５側がトランジスタＱ８のゲートに入力され、抵抗Ｒｆｂの両端のうちトランジスタＱ６側がトランジスタＱ７のゲートに入力されるようになっている。この４段目となるプッシュプル回路Ｐ４のトランジスタＱ７、Ｑ８のソースが信号の出力（Ｖｏｕｔ）となる。
【００１５】
一般に、出力バッファ回路において、トランジスタＱ５とＱ７とは同じ構造のｎチャネルＭＯＳトランジスタであり、同一チップ上に近接して配置されていることから、各々の閾値電圧（Ｖｔｈ）はほぼ等しい。一方、トランジスタＱ６とＱ８も同じ構造のｐチャネルＭＯＳトランジスタであり、同一チップ上に近接して配置されることから、各々の閾値電圧（Ｖｔｈ）はほぼ等しい。
【００１６】
したがって、従来の出力バッファ回路において、例えばトランジスタＱ５、Ｑ６の閾値電圧（Ｖｔｈ）が共にデプレッション側にシフトし、３段目となるプッシュプル回路Ｐ３に流れるアイドリング電流Ｉ３が増加したとすると、トランジスタＱ５、Ｑ６と各々同じ構造であるトランジスタＱ７、Ｑ８の閾値電圧（Ｖｔｈ）も共にデプレッション側にシフトし、その結果、４段目となるプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流Ｉ４も増加することになる。
【００１７】
反対に、トランジスタＱ５、Ｑ６の閾値電圧（Ｖｔｈ）が共にエンハンスメント側にシフトし、３段目となるプッシュプル回路Ｐ３に流れるアイドリング電流Ｉ３が減少したとすると、トランジスタＱ５、Ｑ６と各々同じ構造であるトランジスタＱ７、Ｑ８の閾値電圧（Ｖｔｈ）も共にエンハンスメント側にシフトし、その結果、４段目となるプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流Ｉ４も減少することになる。
【００１８】
このように、トランジスタＱ７、Ｑ８の閾値電圧（Ｖｔｈ）のバラツキによって４段目となるプッシュプル回路Ｐ４のアイドリング電流Ｉ４が減少してしまうと、出力信号における所定の周波数特性を満たすことができなくなるため、この周波数特性を満たす最低限のアイドリング電流Ｉ４に、トランジスタＱ７、Ｑ８の閾値電圧（Ｖｔｈ）のバラツキに相当するマージンを持たせておく必要が生じる。このマージンが消費電力の低減を妨げる原因となっている。
【００１９】
そこで、本実施形態の出力バッファ回路では、３段目となるプッシュプル回路Ｐ３に流れるアイドリング電流Ｉ３が増加したことで電流検出用の抵抗Ｒｆｂで発生する電圧降下が大きくなり、トランジスタＱ７のゲ−ト電圧が低下し、トランジスタＱ８のゲ−ト電圧が上昇することになる。その結果、４段目となるプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流Ｉ４は減少する方向に変化し、電流検出用の抵抗Ｒｆｂとして適切な値を選ぶことにより、４段目となるプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流Ｉ４のバラツキを低減することが可能となる。
【００２０】
一方、３段目となるプッシュプル回路Ｐ３に流れるアイドリング電流Ｉ３が減少した場合はこれとは逆の動作となり、その結果、４段目となるプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流Ｉ４は増加する方向に変化し、電流検出用の抵抗Ｒｆｂとして適切な値を選ぶことにより、４段目となるプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流Ｉ４のバラツキを低減することが可能となる。
【００２１】
４段目となるプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流Ｉ４の下限は信号出力の周波数特性で決っているが、４段目となるプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流Ｉ４のバラツキを低減できる分、４段目となるプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流のセンター値に従来のような大きなマ−ジンを持たせる必要が無くなり、４段目となるプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流Ｉ４のセンター値を小さく（例えば、所定の周波数特性を満足できる最低限のアイドリング電流）設定できると共に、アイドリング電流の最大値も小さくする事ができるようになる。
【００２２】
なお、３段目のプッシュプル回路Ｐ３に関しては電流検出用の抵抗Ｒｆｂを追加した分周波数特性が低下するので、その分アイドリング電流Ｉ３の電流値を大きく設定する必要が有るが、出力バッファの電流は最終段が支配的（例えば、３段目のプッシュプル回路Ｐ３のアイドリング電流Ｉ３に対して４段目のプッシュプル回路Ｐ４のアイドリング電流Ｉ４は約１０倍）なので、４段目のプッシュプル回路Ｐ４に流れるアイドリング電流Ｉ４を低減できることで出力バッファ回路のトータルの消費電力を低減することが可能となる。
【００２３】
このような本実施形態の出力バッファ回路は、主としてＣＣＤ固体撮像素子の出力段に適用される。図２は、本実施形態の出力バッファ回路が適用されるＣＣＤ固体撮像素子を説明する概略構成図である。ＣＣＤ固体撮像素子は、フォトダイオードから成る複数個のセンサ部（光電変換部）１１が２次元マトリクス状に配列され、また、これら複数のセンサ部１１の垂直列ごとに垂直ＣＣＤ（垂直転送レジスタ）１２が設けられている。
【００２４】
このセンサ部１１で光電変換された信号電荷（例えば、電子ｅ−）は、読み出しゲート部１３を通して垂直ＣＣＤ１２へ読み出され、さらにこの垂直ＣＣＤ１２によって図中下方に順次垂直転送されていく。
【００２５】
垂直ＣＣＤ１２の転送先側の端部には、水平ＣＣＤ（水平転送レジスタ）１４が垂直ＣＣＤ１２と直交する方向（水平方向）に延在して設けられている。この水平ＣＣＤ１４は、垂直ＣＣＤ１２から順次信号電荷が転送されてくると、この信号電荷を図中左方に順次水平転送し、その転送先側の端部に配された出力回路１５へ供給する。
【００２６】
この出力回路１５として本実施形態の出力バッファ回路を適用し、水平ＣＣＤ１４によって順次水平転送された信号電荷を検出し、これを信号電圧Ｖｏｕｔに変換して出力する。
【００２７】
このようなＣＣＤ固体撮像素子の出力回路１５に本実施形態の出力バッファ回路を用いることで、信号出力の周波数特性を損なうことなく消費電力の低減を図ることが可能となる。
【００２８】
なお、本発明はこれに限定されず、例えばロジック回路などの種々の回路の出力段に設けられる出力バッファ回路へ適用することも可能である。また、本実施形態では４段の出力回路のうち後ろ２段にプッシュプル回路を設けたが、さらに多段のプッシュプル回路を設けたものであっても適用可能である。また、電流モニタ手段は抵抗Ｒｆｂを用いた電圧降下を検出するもの以外であっても、アイドリング電流Ｉ３を検出できるものであれば適用可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば次のような効果がある。すなわち、前段のプッシュプル回路に設けた電流モニタ手段での検出電流に応じて最終段のプッシュプル回路へバイアスを与えることでプッシュプル回路を構成するｎチャネルＭＯＳトランジスタおよびｐチャネルＭＯＳトランジスタの閾値電圧のバラツキを吸収した状態で最終段のプッシュプル回路を動作させることが可能となる。これにより、最終段プッシュプル回路に流れるアイドリング電流のセンター値に大きなマージンを持たせる必要が無くなり、最終段のプッシュプル回路に流れるアイドリング電流のセンター値を小さく設定できることから、信号出力の周波数特性を損なうことなく回路全体の消費電力を低減させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る出力バッファ回路を説明する回路図である。
【図２】本実施形態に係る固体撮像素子を説明する概略構成図である。
【符号の説明】
１１…センサ部、１２…垂直ＣＣＤ、１３…読み出しゲート部、１４…水平ＣＣＤ、１５…出力回路、Ｐ３…プッシュプル回路、Ｐ４…プッシュプル回路、Ｓ１…ソースフォロワ回路、Ｓ２…ソースフォロワ回路
【図１】
2004032136.tif 000003
【図２】
2004032136.tif 000004