[转帖]CCD和CMOS的区别

卡儿

<IMG alt="" src="http://bbs.nnsky.com/skins/default/topicface/face28.gif" border=0 dypop="发贴心情">        <B>CCD和CMOS的区别</B>

; a+ n9 V( v& y- g3 S" O/ `* F6 h                                有鉴于许多网友询问        CCD        与        CMOS        的主要差别。我们暂时撇开复杂的技术文字，透过简单的比较来看这两种不同类型，作用相同的影像感光元件。
                        不管，CCD        或        CMOS，基本上两者都是利用矽感光二极体（photodiode）进行光与电的转换。这种转换的原理与各位手上具备“太阳电能”电子计算机的“太阳能电池”效应相近，光线越强、电力越强；反之，光线越弱、电力也越弱的道理，将光影像转换为电子数字信号。
                                比较        CCD        和        CMOS        的结构，ADC的位置和数量是最大的不同。简单的说，按我们在上一讲“CCD        感光元件的工作原理（上）”中所提之内容。CCD每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，将每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号依序传入“缓冲器”中，由底端的线路引导输出至        CCD        旁的放大器进行放大，再串联        ADC        输出；相对地，CMOS        的设计中每个像素旁就直接连着        ADC（放大兼类比数字信号转换器），讯号直接放大并转换成数字信号。
; w4 ~- _' g: F1 j两者优缺点的比较
' z4 a, ?2 n+ a" y5 p0 @1 D                                                                CCD                                                                                                                                                                                                                                CMOS
设计                单一感光器                                                                                                                                                                                                感光器连接放大器
灵敏度                                同样面积下高                                                                                                                                                                                感光开口小，灵敏度低
( y4 m# L/ T) K+ l& K成本                线路品质影响程度高，成本高                                                                CMOS整合集成，成本低
解析度                                连接复杂度低，解析度高                                                                        低，新技术高
噪点比                                单一放大，噪点低                                                                                                百万放大，噪点高
功耗比                                需外加电压，功耗高                                                                                        直接放大，功耗低
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) s4 K, E# ^" I7 i: U<>　　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），透过每一个像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像素的资料。
7 q0 D: \, X! j5 w2 A- n. y                                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、噪点与耗电量等，不同类型的差异：
                                ISO        感光度差异：由于        CMOS        每个像素包含了放大器与A/D转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积，因此        相同像素下，同样大小之感光器尺寸，CMOS的感光度会低于CCD。
% P0 k' Y  g0 }: Y; E                                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，如果通道中有一个像素故障（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。
, X4 ~  v! ?9 I! w                                解析度差异：在第一点“感光度差异”中，由于        CMOS        每个像素的结构比        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        像素        /        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。
4 J2 P* A. Q' d                        噪点差异：由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个        ADC        放大器，如果以百万像素计，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最终计算出的噪点就比较多。
, v: Y  a7 ]9 c' y. f                        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像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。
3 M1 {6 ]( R8 ~% o2 J! G                        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。由于数码影像的需求热烈，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噪点以及画质表现，        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像素        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        这一系列的数码机身为号召，CMOS未来跨足高阶的影像市场产品，前景可期。</P>