CMOS较量CCD 图像传感器竞争也“疯狂”

时间：2012-08-05 08:14:15    第一对焦：传感器CMOS较量CCD

图像传感器包括CCD与CMOS两种。其中，CCD是“电荷耦合器件”(Charge Coupled Device)的简称，CMOS是“互补金属氧化物半导体”(Complementary Metal Oxide Semiconductor)的简称。CCD是1970年美国贝尔实验室的W·B·Boyle和G·E·Smith等人发明的，从而揭开了图像传感器的序幕。据恒业国际控股集团生产中心经理刘勇介绍：“CCD是一种用于捕捉图像的感光半导体芯片，广泛运用于扫描仪、复印机、摄像机及无胶片相机等设备”，即光学图像(实际场景)经镜头投射到CCD上，随后将电子图像不停留地送入一个A/D转换器、信号处理器等器件。理论上说其能无限次地完成光电图像转换，方便长期使用，最终从摄像机输出的图像其图质很大程度上取决于CCD的品质。

随CCD迅猛发展之时，有人发现CMOS引入半导体光敏二极管后也可作为一种感光传感器，但在分辨率、噪声、成像质量等方面都比当时的CCD差，故未获得实际的规模应用。近年，随着CMOS工艺技术的飞速发展，现在已能制造出高质量、低成本的CMOS成像器件，且已可实际投入大规模生产，其高速率、高集成、低功耗及成本低廉等特性已影响着行业内图像传感器选用走向。随之，CCD一统江湖的地位开始动摇，恒业国际刘勇表示：“如今，CCD与CMOS已呈两者共存的局面，模拟产品CCD是主流，但高清产品CMOS逐步成为图像传感器的主角。”究竟谁会笑到最后？下面我们对其结构、原理和优劣势进行一一对比。

内外部：结构原理PK

无论任何产品，品质的好坏主要取决于性能的优劣，而性能优劣的关键跟产品结构和工作原理又有着较大的关系，CCD和CMOS也既如此。

基本组成

CCD是在MOS晶体管的基础上发展起来的，其基本结构是MOS(金属—氧化物—半导体)电容结构。它是在半导体P型硅(Si)作衬底的表面上用氧化的办法生成一层厚度约1000~1500的SiO2，再在SiO2表面蒸镀一层金属(如铝)，在衬底和金属电极间加上一个偏置电压(称栅电压)，就构成了一个MOS电容器。所以，CCD是由一行行紧密排列在硅衬底上的MOS电容器阵列构成的。

而最基本的CMOS图像传感器是以一块杂质浓度较低的P型硅片作衬底，用扩散的方法在其表面制作两个高掺杂的N+型区作为电极，即场效应管的源极和漏极，再在硅的表面用高温氧化的方法覆盖一层二氧化硅(SiO2)的绝缘层，并在源极和漏极之间的绝缘层的上方蒸镀一层金属铝，作为场效应管的栅极。最后，在金属铝的上方放置光电二极管，这就构成了最基本的CMOS图像传感器。

恒业国际刘勇解释道：“在CMOS摄像器件中，电信号是从CMOS晶体管开关阵列中直接读取的，而不像CCD那样需要逐行读取。”

内部结构

CCD成像器需有辅以较多的外围驱动电路才能工作，它仅能输出模拟电信号，这种信号要经后续的地址译码器、模数转换器，图像信号处理器等进行处理，CCD本身集成度相对较低。如有CCD数码相机常会有六个芯片组成，有的多达八片，最少也要三片，从而使相机体积不能减小，制作成本也较高。

而CMOS成像器不需要附加的外围处理电路，它是将光电二极管、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器、图像信号处理器及控制器等都集成到一块芯片上，且制造加工就如半导体厂家生产集成电路的流程即可。若构成数码相机，可将数码相机的所有部件都集成到一块芯片上，即“单芯片相机”。因此，采用CMOS芯片的光电图像系统，不但能降低系统的整体成本与组装所需的时间，而且还大大缩小了系统的体积和减低了复杂度。

工作原理

天津天地伟业数码科技有限公司产品中心经理郭辉介绍：“CCD是一种半导体成像器件，CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。”

因而，CCD处理信息的速度相对较慢外，其耗电量也相对较大；

而CMOS光电传感器在光电转换后就可取出电信号，读取比较简单，还能同时处理各像素单元的图像信息，

CMOS光电传感器只需单组电源工作，耗电量小，能达到节能作用。

技术指标：输赢关键

评判一款产品性能好坏，总有几个技术指标。对于CCD和CMOS传感器来说，同样也有几个硬性指标。引用天地伟业郭辉的观点：“传感器的主要技术指标有像素、靶面尺寸、感光度、电子快门、帧率、信噪比等。”

·像素。传感器上有许多感光单元，它们可以将光线转换成电荷，从而形成对应于景物的电子图像。而在传感器中，每一个感光单元对应一个像素(Pixels)，像素越多，代表着它能够感测到更多的物体细节，从而图像就越清晰。像素越高，意味着成像效果越清晰；