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。兩者在結構、性能和技術上均不盡相同，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，能夠把光學影像轉化為數(shù)字信號，CCD上植入的微小光敏物質稱作像素(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變成接收外界光線后轉化為電能，再造過芯片上的模一數(shù)轉換器(ADC)將獲得的影像訊號轉變?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移后讀取，電荷信息轉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制作技術起步早，技術成熟，采用PN結或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質量相對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成，還包含了放大器與數(shù)模轉換電路，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。

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。