CCD与CMOS影像感光元件结构透视与分析

2008-08-25 16:38:08来源: 52RD手机研发

      CCD 和 CMOS 感光元件的区别 Mr.OH! 在第二讲中概略地介绍了 CCD 与 CMOS,但对于大多数的同学来说,看得到的却是一颗颗已经整合好的晶片组合!内部详细的结构,以及到底是如何运作产生我们看到的一幅幅数位照片,且我们撇开复杂的技术文字,透过图片比较,来看这两种不同类型,作用却又相同的影像感光元件.

       Olympus E1 CCD 感光套件(包含超音波除尘器)  放大器位置和数量 比较 CCD 和 CMOS 的结构,放大器的位置和数量是最大的不同之处,Mr.OH! 会在下一讲 CCD 感光元件工作原理(上),提及完整的感光元件作业流程。此讲中,Mr.OH!简单地解释:CCD 每曝光一次,自快门关闭或是内部时脉自动断线(电子快门)后,即进行画素转移处理,将每一行中每一个画素(pixel)的电荷信号依序传入『缓冲器(电荷储存器)』中,由底端的线路导引输出至 CCD 旁的放大器进行放大,再串联 ADC(类比数位资料转换器) 输出;相对地,CMOS 的设计中每个画素旁就直接连着『放大器』,光电讯号可直接放大再经由 BUS 通路移动至 ADC 中转换成数位资料。 CCD与CMOS的比较 

       由于构造上的基本差异,我们可以表列出两者在性能上的表现之不同。CCD的特色在于充分保

持信号在传输时不失真(专属通道设计),透过每一个画素集合至单一放大器上再做统一处理,可以保持资料的完整性;CMOS的制程较简单,没有专属通道的设计,因此必须先行放大再整合各个画素的资料。 

 

      CCD 与 CMOS 电路结构之完整比较(摘录自 SHARP 月刊) 差异分析 整体来说,CCD 与 CMOS 两种设计的应用,反应在成像效果上,形成包括 ISO 感光度、制造成本、解析度、杂讯与耗电量等,不同类型的差异: ISO 感光度差异:由于 CMOS 每个画素包含了放大器与A/D转换电路,过多的额外设备压缩单一画素的感光区域的表面积,因此在 相同画素下,同样大小之感光器尺寸,CMOS的感光度会低于CCD。  成本差异:CMOS 应用半导体工业常用的 MOS制程,可以一次整合全部周边设施于单晶片中,节省加工晶片所需负担的成本 和良率的损失;相对地 CCD 采用电荷传递的方式输出资讯,必须另辟传输通道,如果通道中有一个画素故障(Fail),就会导致一整排的 讯号壅塞,无法传递,因此CCD的良率比CMOS低,加上另辟传输通道和外加 ADC 等周边,CCD的制造成本相对高于CMOS。  解析度差异:在第一点『感光度差异』中,由于 CMOS 每个画素的结构比 CCD 复杂,其感光开口不及CCD大, 相对比较相同尺寸的CCD与CMOS感光器时,CCD感光器的解析度通常会优于CMOS。不过,如果跳脱尺寸限制,目前业界的CMOS 感光原件已经可达到1400万 画素 / 全片幅的设计,CMOS 技术在量率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难,特别是全片幅 24mm-by-36mm 这样的大小。  杂讯差异:由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个 ADC 放大器,如果以百万画素计,那么就需要百万个以上的 ADC 放大器,虽然是统一制造下的产品,但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在,很难达到放大同步的效果,对比单一个放大器的CCD,CMOS最终计算出的杂讯就比较多。  耗电量差异:CMOS的影像电荷驱动方式为主动式,感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出;但CCD却为被动式, 必须外加电压让每个画素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要12伏特(V)以上的水平,因此 CCD 还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度,高驱动电压使 CCD 的电量远高于CMOS。 其他差异:IPA(Indiviual Pixel Addressing)常被使用在数位变焦放大之中,CMOS 必须仰赖 x,y 画面定位放大处理,否则由于个别画素放大器之误差,容易产生画面不平整的问题。制造机具上,CCD 必须特别订制的机台才能制造,也因此生产高画素的 CCD 元件产生不出日本和美国,CMOS 的生产一般记忆体/处理器机台即可担负。 

      

       Fill Factor CMOS 开创新未来   CMOS 完整 3D透视 与 平面结构,位于最上层的为 MicroLens 微型聚光镜片 尽管 CCD 在影像品质等各方面均优于CMOS,但不可否认的CMOS具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。 由于数位影像的需求热烈,CMOS的低成本和稳定供货,成为厂商的最爱,也因此其制造技术不断地改良更新,使得 CCD 与 CMOS 两者的差异逐渐缩小 。新一代的CCD朝向耗电量减少作为改进目标,以期进入照相手机的行动通讯市场;CMOS系列,则开始朝向大尺寸面积与高速影像处理晶片统合,藉由后续的影像处理修正杂讯以及画质表现, 特别是 Canon 系列的 EOS D30 、EOS 300D 的成功,足见高速影像处理晶片已经可以胜任高画素 CMOS 所产生的影像处理时间与能力的缩短;另外,大尺寸全片幅则以 Kodak DCS Pro14n、DCS Pro/n、DCS Pro/c 这一系列的数位机身为号召,CMOS未来跨足高阶的影像市场产品,前景可期。

关键字:ccd  cmos  影像  感光  感光元件

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2008/0825/article_1054.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
ccd
cmos
影像
感光
感光元件

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 视频监控 智能卡 防盗报警 智能管理 处理器 传感器 其他技术 综合资讯 安防论坛

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved