中心議題：

• 圖像傳感器CCD與CMOS的性能對比分析

目前，市場上應用的固體圖像傳感器主要有CCD與CMOS兩種。本文從技術性能的角度將兩者作比較。

固體圖像傳感器(也稱固體光電成像器件)有CCD與CMOS兩種。CCD是“電荷耦合器件”(Charge Coupled Device)的簡稱，而CMOS是“互補金屬氧化物半導體”(Complementary Metal Oxide Semiconductor)的簡稱。CCD是1970年美國貝爾實驗室的W·B·Boyle和G·E·Smithdengrenfamingde，congerjiekailedianhechuanshuqijiandexumu。cihou
，renmenliyongzheyijishuzhizaoleshexiangjiyushumaxiangji，jiangtuxiangchulixingyetuijindaoyigequanxinlingyu。CCD是一種用於捕捉圖像的感光半導體芯片，廣泛運用於掃描儀、複印機、攝像機及無膠片相機等設備。作為相機，與膠卷的原理相似，光學圖像(即實際場景)穿過鏡頭投射到CCD上。但與膠卷不同的是CCD沒有“曝光”能力，也沒有能力記錄和存貯圖像數據
，而是將圖像數據不停留地送入一個A/D轉換器、信號處理器與存貯設備
，但可重複拍攝和即時調整，其影像可無限次複製而不降低質量，也方便永久保存。

CMOS本來是計算機係統內的一種重要芯片
，它可保存係統引導所需的大量資料。在20世紀70年代初，有人發現，將CMOS引入半導體光敏二極管後也可作為一種感光傳感器，但在分辨率、噪聲、功耗和成像質量等方麵都比當時的CCD差，因而未獲得發展。隨著CMOS工藝技術的發展，采用標準的CMOS工藝能生產高質量
、低成本的CMOS成像器件。這種器件便於大規模生產、其功耗低與成本低廉的特性都是商家們夢寐以求的。如今，CCD與CMOS兩者共存，CCD暫時還是“主流”
，但CMOS將取代CCD而成為圖像傳感器的主流。

信息讀取方式的對比

CCD光電成像器件存貯的電荷信息，需要在二相或三相或四相時鍾驅動脈衝的控製下
，一位一位地實施轉移後逐行順序讀取。

而CMOS光電成像器件的光學圖像信息經光電轉換後產生電流或電壓信號
，這個電信號不需要像CCD那樣逐行讀取，而是從CMOS晶體管開關陣列中直接讀取的
，可增加取像的靈活性。而CCD絕無此功能。

速度的對比

由上知，CCD成像器件需在二
、三、四相時鍾驅動脈衝的控製下，以行為單位一位一位地輸出信息，所以速度較慢。

而CMOS成像器件在采集光電圖像信號的同時就可取出電信號，它並能同時處理各單元的圖像信息，所以速度比CCD成像器件快得多。由於CMOS成像器件的行、列電極可以被高速地驅動
，再加上在同一芯片上做A/D轉換
，圖像信號能快速地取出，因此它可在相當高的幀速下動作。如有些設計用來做機器視覺的CMOS

，聲稱可以高達每秒1000個畫麵的幀速。

電源及耗電量的對比

由於CCD的像素由MOS電容構成
，讀取電荷信號時需使用電壓相當大(至少12V)的二相或三相或四相時序脈衝信號，才能有效地傳輸電荷。因此CCD的取像係統除了要有多個電源外，其外設電路也會消耗相當大的功率。有的CCD取像係統需消耗2~5W的功率。

而CMOS光電成像器件隻需使用一個單電源5V或3V，耗電量非常小，僅為CCD的1/8~1/10，有的CMOS取像係統隻消耗20~50mW的功率。

成像質量的對比

CCD成像器件製作技術起步早
，技術成熟，采用PN結或二氧化矽(sio2)隔離層隔離噪聲，所以噪聲低，成像質量好。

與CCD相比，CMOS的主要缺點是噪聲高及靈敏度低，因為CMOS成像器件集成度高，各光電元件、電路之間距離很近
，相互之間的光
、電、磁幹擾嚴重，噪聲對圖像質量影響很大，開始很長一段時間無法進入實用。後來
，噪聲的問題用有源像素(Active Pixel)設計及噪聲補正線路加以降低。近年，隨著CMOS電路消噪技術的不斷進展
，為生產高密度優質的CMOS成像器件提供了良好的條件。已有廠商聲稱

，所開發出的技術
，成像質量已不比CCD差。

CMOSchengxiangqijiandelingmindudi，shiyinweixiangsubufenmianjibeiyonglaizhizuofangdaqidengxianlu。zaigudingdexinpianmianjishang
，chufeicaiyonggengjingxidezhizaogongyi，fouzeweileweichixiangdangshuizhundelingmindu，chengxiangqijiandefenbianlvbunengzuodetaigao(反過來說
，固定分辯率的傳感器，芯片尺寸無法做得太小)。但目前，利用0.18μm 製造技術己開發出了4096×4096超高分辨率的CMOS圖像傳感器。