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技術(shù)文章

CMOS與CCD的區別

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成像過(guò)程
CCD與CMOS圖像傳感器光電轉換的原理相同,他們主要的差別在于信號的讀出過(guò)程不同;由于CCD僅有一個(gè)(或少數幾個(gè))輸出節點(diǎn)統一讀出,其信號輸出的一致性非常好;而CMOS芯片中,每個(gè)像素都有各自的信號放大器,各自進(jìn)行電荷-電壓的轉換,其信號輸出的一致性較差。但是CCD為了讀出整幅圖像信號,要求輸出放大器的信號帶寬較寬,而在CMOS 芯片中,每個(gè)像元中的放大器的帶寬要求較低,大大降低了芯片的功耗,這就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。盡管降低了功耗,但是數以百萬(wàn)的放大器的不一致性卻帶來(lái)了更高的固定噪聲,這又是CMOS相對CCD的固有劣勢。
集成性
從制造工藝的角度看,CCD中電路和器件是集成在半導體單晶材料上,工藝較復雜,世界上只有少數幾家廠(chǎng)商能夠生產(chǎn)CCD晶元,如DALSA、SONY、松下等。CCD僅能輸出模擬電信號,需要后續的地址譯碼器、模擬轉換器、圖像信號處理器處理,并且還需要提供三組不同電壓的電源同步時(shí)鐘控制電路,集成度非常低。而CMOS是集成在被稱(chēng)作金屬氧化物的半導體材料上,這種工藝與生產(chǎn)數以萬(wàn)計的計算機芯片和存儲設備等半導體集成電路的工藝相同,因此生產(chǎn)CMOS的成本相對CCD低很多。同時(shí)CMOS芯片能將圖像信號放大器、信號讀取電路、A/D轉換電路、圖像信號處理器及控制器等集成到一塊芯片上,只需一塊芯片就可以實(shí)現相機的的所有基本功能,集成度很高,芯片級相機概念就是從這產(chǎn)生的。隨著(zhù)CMOS成像技術(shù)的不斷發(fā)展,有越來(lái)越多的公司可以提供高品質(zhì)的CMOS成像芯片,包括:Micron、 CMOSIS、Cypress等。
3. 速度
CCD采用逐個(gè)光敏輸出,只能按照規定的程序輸出,速度較慢。CMOS有多個(gè)電荷—電壓轉換器和行列開(kāi)關(guān)控制,讀出速度快很多,大部分500fps以上的高速相機都是CMOS相機。此外CMOS 的地址選通開(kāi)關(guān)可以隨機采樣,實(shí)現子窗口輸出,在僅輸出子窗口圖像時(shí)可以獲得更高的速度。
4. 噪點(diǎn)
CCD技術(shù)發(fā)展較早,比較成熟,采用PN結或二氧化硅(SiO2)隔離層隔離噪聲,成像質(zhì)量相對CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS圖像傳感器集成度高,各元件、電路之間距離很近,干擾比較嚴重,噪點(diǎn)對圖像質(zhì)量影響很大。隨著(zhù)CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展,為生產(chǎn)高密度品質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

 

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