CCD和CMOS的區(qū)別

　　CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上，工作原理沒有本質(zhì)的區(qū)別。CCD只有少數(shù)幾個(gè)廠商例如索尼、松下等掌握這種技術(shù)。而且CCD制造工藝較復(fù)雜，采用CCD的攝像頭價(jià)格都會相對比較貴。事實(shí)上經(jīng)過技術(shù)改造，目前CCD和CMOS的實(shí)際效果的差距已經(jīng)減小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多攝像頭生產(chǎn)廠商采用的CMOS感光元件。成像方面：在相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對實(shí)物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定距離的。但由于低廉的價(jià)格以及高度的整合性，因此在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。

　　CCD是目前比較成熟的成像器件，CMOS被看作未來的成像器件。因?yàn)镃MOS結(jié)構(gòu)相對簡單，與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝相同，從而生產(chǎn)成本可以降低。從原理上，CMOS的信號是以點(diǎn)為單位的電荷信號，而CCD是以行為單位的電流信號，前者更為敏感，速度也更快，更為省電。現(xiàn)在高級的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工藝還不是十分成熟，普通的SMOS一般分辨率低而成像較差。

　　CCD或CMOS，基本上兩者都是利用矽感光二極體(photodiode)進(jìn)行光與電的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換的原理與各位手上具備“太陽電能”電子計(jì)算機(jī)的“太陽能電池”效應(yīng)相近，光線越強(qiáng)、電力越強(qiáng);反之，光線越弱、電力也越弱的道理，將光影像轉(zhuǎn)換為電子數(shù)字信號。

　　比較CCD和CMOS的結(jié)構(gòu)，ADC的位置和數(shù)量是最大的不同。簡單的說，按我們在上一講“CCD感光元件的工作原理(上)”中所提之內(nèi)容。CCD每曝光一次，在快門關(guān)閉后進(jìn)行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個(gè)像素(pixel)的電荷信號依序傳入“緩沖器”中，由底端的線路引導(dǎo)輸出至CCD旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián)ADC輸出;相對地，CMOS的設(shè)計(jì)中每個(gè)像素旁就直接連著ADC(放大兼類比數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器)，訊號直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

　　兩者優(yōu)缺點(diǎn)的比較

　　CCD與CMOS

　　由于構(gòu)造上的基本差異，我們可以列出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同。CCD的特色在于充分保持信號在傳輸時(shí)不失真(專屬通道設(shè)計(jì))，透過每一個(gè)像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持資料的完整性;CMOS的制程較簡單，沒有專屬通道的設(shè)計(jì)，因此必須先行放大再整合各個(gè)像素的資料。

　　整體來說，CCD與CMOS兩種設(shè)計(jì)的應(yīng)用，反應(yīng)在成像效果上，形成包括ISO感光度、制造成本、解析度、噪點(diǎn)與耗電量等，不同類型的差異：

　　ISO感光度差異：由于CMOS每個(gè)像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路，過多的額外設(shè)備壓縮單一像素的感光區(qū)域的表面積，因此相同像素下，同樣大小之感光器尺寸，CMOS的感光度會低于CCD。

　　成本差異：CMOS應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失;相對地CCD采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個(gè)像素故障(Fail)，就會導(dǎo)致一整排的訊號壅塞，無法傳遞，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟傳輸通道和外加ADC等周邊，CCD的制造成本相對高于CMOS。

　　解析度差異：在第一點(diǎn)“感光度差異”中，由于CMOS每個(gè)像素的結(jié)構(gòu)比CCD復(fù)雜，其感光開口不及CCD大，相對比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時(shí)，CCD感光器的解析度通常會優(yōu)于CMOS。不過，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS感光原件已經(jīng)可達(dá)到1400萬像素/全片幅的設(shè)計(jì)，CMOS技術(shù)在量率上的優(yōu)勢可以克服大尺寸感光原件制造上的困難，特別是全片幅24mm-by-36mm這樣的大小。

　　噪點(diǎn)差異：由于CMOS每個(gè)感光二極體旁都搭配一個(gè)ADC放大器，如果以百萬像素計(jì)，那么就需要百萬個(gè)以上的ADC放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個(gè)放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達(dá)到放大同步的效果，對比單一個(gè)放大器的CCD，CMOS最終計(jì)算出的噪點(diǎn)就比較多。

　　耗電量差異：CMOS的影像電荷驅(qū)動方式為主動式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出;但CCD卻為被動式，必須外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特(V)以上的水平，因此CCD還必須要有更精密的電源線路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度，高驅(qū)動電壓使CCD的電量遠(yuǎn)高于CMOS。