關于CCD與CMOS的區(qū)別分析

隨著影像行業(yè)的發(fā)展，各類新型感光技術(shù)不斷涌現(xiàn)。為了讓大家更好的了解市場上的主要的感光芯片，這期將為大家介紹感光芯片的兩大主角CCD和CMOS。CCD和CMOS傳感器是目前最常見的數(shù)字圖像傳感器，廣泛應用于數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、照相手機和攝像頭等產(chǎn)品上。兩者在結(jié)構(gòu)、性能和技術(shù)上均不盡相同，在此我將兩者作一個簡單的比較，使廣大讀者對CCD和CMOS能有一個比較初步的認識，在選購相關產(chǎn)品時也能做到心中有數(shù)。

CCD簡介

CCD的英文全稱是“Charge-coupledDevice”，中文全稱是電行耦合元件，通常稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素(Pixel)，一塊CCD上包含的像素數(shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，CCD上有許多排列整齊的電容，能感應光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。經(jīng)由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電行轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。

CMOS簡介

CMOS(CompementaryMetalOxideSemiconductor)指互補金屬氧化物半導體，是電壓控制的一種放大器件，是組成CMOS數(shù)字集成電路的基本單元。在數(shù)字影像領域，CMOS作為一種低成本的感光元件技術(shù)被發(fā)展出來，市面上常見的數(shù)碼產(chǎn)品，其感光元件主要就是CCD或者CMOS，尤其是低端攝像頭產(chǎn)品，而通常高端攝像頭都是CCD感光元件。CMOS制造工藝被應用于制作數(shù)碼影像器材的感光元件，是將純粹邏輯運算的功能轉(zhuǎn)變成接收外界光線后轉(zhuǎn)化為電能，再造過芯片上的模一數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將獲得的影像訊號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號輸出。

CCD和CMOS的區(qū)別

CCD和CMOS的性能對比

CCD存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個電路較為復雜而且速度較慢。而CMOS傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流（或電壓）信號，信號讀取十分簡單，還能同時處理各單元的圖像信息，速度也比CCD快很多。CCD制作技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，采用PN結(jié)或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對CMOS有一定優(yōu)勢。由于CMOS集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像質(zhì)量影響很大，使CMOS很長一段時間無法投入實用。近幾年，隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，CMOS的性能已經(jīng)與CCD相差無幾了。

CCD與CMOS傳感器的性能比較

ISO感光度：由于CMOS每個像素由四個晶體管與一個感光二極管構(gòu)成，還包含了放大器與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，過多的額外設備縮小了單一像素感光區(qū)域的表面積，因此相同像素下，同樣的尺寸，CMOS的感光度會低于CCD。

分辨率：由于CMOS傳感器的每個像素都比CCD傳感器復雜，其像素尺寸很難達到CCD傳感器的水平，因此，當我們比較相同尺寸的CCD與CMOS時，CCD傳感器的分辨率通常會優(yōu)于CMOS傳感器。

噪點：由于CMOS每個感光二極管都需搭配一個放大器，如果以百萬像素計，那么就需要百萬個以上的放大器，而放大器屬于模擬電路，很難讓每個放大器所得到的結(jié)果保持一致，因此與只有一個放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪點就會增加很多，影響圖像品質(zhì)。

耗電量：CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出；而CCD傳感器為被動式采集，必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12~18V，因此CCD還必須有更精密的電源線路設計和耐壓強度，高驅(qū)動電壓使CCD的耗電量遠高于CMOS。CMOS的耗電量僅為CCD的1/8到1/10。

成本：由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地將周邊電路（如AGC、CDS、Timing generator或DSP等）集成到傳感器芯片中，因此可以節(jié)省外圍芯片的成本；而CCD采用電荷傳遞的方式傳送數(shù)據(jù)，只要其中有一個像素不能運行，就會導致一整排的數(shù)據(jù)不能傳送，因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多，即使有經(jīng)驗的廠商也很難在產(chǎn)品問世的半年內(nèi)突破50%的水平，因此，CCD傳感器的制造成本會高CMOS傳感器。

CCD與CMOS傳感器的前景

CCD在影像品質(zhì)等方面均優(yōu)于CMOS，而CMOS則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進步，兩者的差異將逐漸減小，新一代的CCD傳感器一直在功耗上作改進，而CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足。相信不斷改進的CCD與CMOS傳感器將為我們帶來更加美好的數(shù)碼影像世界。