淺談CCD和CMOS的區(qū)別

1、淺談ccd和cmos的區(qū)別日期：2005-2-25 18:31:59 人氣： 15716 大中小有鑒于許多網(wǎng)友詢問ccd與cmos的主要差別。我們暫時(shí)撇開復(fù)雜的技術(shù)文字，透過簡(jiǎn) 單的比較來(lái)看這兩種不同類型，作用相同的影像感光元件。不管，ccd或cmos,基本上兩者都是利用矽感光二極休（photodiode）進(jìn)行光與電 的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換的原理與各位手上具備“太陽(yáng)電能”電子計(jì)算機(jī)的“太陽(yáng)能電池”效應(yīng)相近， 光線越強(qiáng)、電力越強(qiáng)；反之，光線越弱、電力也越弱的道理，將光影像轉(zhuǎn)換為電子數(shù)字信號(hào)。比較ccd和cmos的結(jié)構(gòu)，adc的位置和數(shù)量是最大的不同。簡(jiǎn)單的說，按我們 在上一講“ccd感光元件的工作原理

2、（上）”中所提之內(nèi)容。ccd每曝光一次，存快門關(guān)閉 后進(jìn)行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個(gè)像素（pixel）的電荷信號(hào)依序傳入“緩沖器”中，由 底端的線路引導(dǎo)輸出至ccd旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián)adc輸出；相對(duì)地，cmos的 設(shè)計(jì)中每個(gè)像素旁就直接連著adc （放大兼類比數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器），訊號(hào)直接放大并轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號(hào)。single pixel elementto image processing兩者優(yōu)缺點(diǎn)的比較ccd cmos設(shè)計(jì)單一感光器感光器連接放大器靈敏度同樣面積下高感光開口小，靈敏度低成本線路品質(zhì)影響程度高，成本高cmos整合集成，成本低解析度連接復(fù)雜度低，解析度高低，新技術(shù)高噪點(diǎn)比

3、單一放人，噪點(diǎn)低 白萬(wàn)放人，噪點(diǎn)高功耗比需外加電壓，功耗高直接放人，功耗低由于構(gòu)造上的基木差異，我們可以表列出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同。ccd的特色在 于充分保持信號(hào)在傳輸時(shí)不失真（專屬通道設(shè)計(jì)），透過每一個(gè)像素集合至單一放人器上再 做統(tǒng)一處理，可以保持資料的完整性；cmos的制程較簡(jiǎn)單，沒有專屬通道的設(shè)計(jì)，因此 必須先行放大再整合各個(gè)像素的資料。整體來(lái)說，ccd與cmos兩種設(shè)計(jì)的應(yīng)用，反應(yīng)在成像效果上，形成包括iso感光 度、制造成木、解析度、噪點(diǎn)與耗電量等，不同類型的差異:iso感光度差異:rh于cmos每個(gè)像索包含了放人器與a/d轉(zhuǎn)換電路，過多的額外 設(shè)備壓縮小-像素的感光區(qū)域的表面積

4、，因此相同像素下，同樣大小z感光器尺寸，cmos 的感光度會(huì)低于ccdo成本差異：cmos應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的mos制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于 小晶片中，節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失；相對(duì)地ccd釆用電荷傳遞的方 式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個(gè)像素故障（fail）,就會(huì)導(dǎo)致一整排的 訊號(hào)乘塞，無(wú)法傳遞，因此ccd的良率比cmos低，加上另辟傳輸通道和外加adc等周 邊，ccd的制造成本相對(duì)高于cmoso解析度差異：在第一點(diǎn)“感光度差異''屮，由于cmos每個(gè)像素的結(jié)構(gòu)比ccd復(fù)雜， 其感光開口不及ccd人，相對(duì)比較相同尺寸的ccd與cmos感光器

5、時(shí)，ccd感光器的 解析度通常會(huì)優(yōu)于cmoso不過，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的cmos感光原件已經(jīng)可 達(dá)到1400萬(wàn)像素/全片幅的設(shè)計(jì)，cmos技術(shù)在量率上的優(yōu)勢(shì)可以克服人尺寸感光原件 制造上的困難，特別是全片幅24mm-by-36mm這樣的人小。噪點(diǎn)差異：由于cmos每個(gè)感光二極體旁都搭配一個(gè)adc放大器，如果以百力像索 計(jì)，那么就需要白萬(wàn)個(gè)以上的adc放人器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個(gè)放人器 或多或少都有些微的差異存在，很難達(dá)到放人同步的效果，對(duì)比單一個(gè)放人器的ccd,cmos 最終計(jì)算出的噪點(diǎn)就比較多。耗電量差異：cmos的影像電荷驅(qū)動(dòng)方式為主動(dòng)式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接

6、由旁邊的電晶體做放人輸出；但ccd卻為被動(dòng)式，必須外加電壓讓每個(gè)像索屮的電荷移 動(dòng)至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特（v）以上的水平，因此ccd還必須要冇 更精密的電源線路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度，高驅(qū)動(dòng)電壓使ccd的電量遠(yuǎn)高于cmoso盡管ccd在影像品質(zhì)等各方而均優(yōu)于cmos,但不可否認(rèn)的cmos具有低成本、低 耗電以及高幣合度的特性。由于數(shù)碼影像的需求熱烈，cmos的低成本和穩(wěn)定供貨，成為 廠一商的授愛，也因此其制造技術(shù)不斷地改良更新，使得ccd少cmos兩者的差異逐漸縮 小。新一代的ccd朝向耗電量減少作為改進(jìn)目標(biāo)，以期進(jìn)入照相手機(jī)的行動(dòng)通訊市場(chǎng)；cmos系列，則開始朝向大尺寸面積與高速影像處理晶片統(tǒng)合，藉由后續(xù)的影像處理修正 噪點(diǎn)以及畫質(zhì)表現(xiàn)，特別是canon系列的eos d30、eos 300d的成功，足見高速影像 處理晶片已經(jīng)可以勝任高像素cmos所產(chǎn)牛