CCD和cmos的区别

CCD和CMOS比较，哪个好？

影像传感器主要负责将光的影像信号转换成电的信号，依感测组件类型可分为光电耦合组件CCD(Charge Coupled Device)、互补式金属氧化半导体CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)、CCD/CMOSHybrid、CID(Charge Injection Device)等，其中以CCD的技术最为成熟、应用也最广泛，其稳定的质量是中高阶数码照相机、数码摄影机的最佳选择。CMOS的技术近几年才逐渐进入应用期，主因是其低耗电、低成本及高整合性的优点，广泛应用在低阶的数字照相机、PC相机、行动电话等产品；CID以其抗幅射性高的优点，大部分应用在太空及特殊用途的影像撷取。

不论CCD还是CMOS，基本上两者都是利用硅感光二极管（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』电子计算器的『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息。

而CMOS与CCD的优缺点的区别可参下表，CMOS此外尚有系统整合性(SOC)、低消耗功率(CCD操作电压5-15V，消耗功率2-5W；CMOS操作电压3-5V，消耗功率20-50mW)、区域读取、智能型画素、高frame rate等优点。

首先，先来了解CCD与CMOS两者在工作上的特点；CCD影像传感器的特色在于感测信号在传输时能保持不失真的状态、保留较高的完整性，在信号处理的技术上，是在快门关闭之后画素进行转移动作，能顺序地将每个画素（pixel）的电荷信号传入缓冲器中，并由底端的线路导引输出至CCD旁的放大器（Gain Ampli-fiers）进行放大，串联后再由ADC（放大兼模拟数字信号转换器）输出；影像处理过程较为复杂。而CMOS影像处理概念就比较简单，是以画素连接到ADC，以光电信号直接将信号直接放大，再经由BUS通路移动至ADC中转换成数字数据。

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、分辨率、噪声与耗电量等，不同类型的差异：

1 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(模拟/数字转换电路)，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。

2 成本差异：CMOS应用半导体工业常用的MOS，可以一次整合全部周边设施于单芯片中，节省加工芯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信息，必须另辟传输信道，如果信道中有一个画素故障（Fail），就会导致一整排的信号壅塞，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。

3 分辨率差异：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感光器的分辨率通常会优于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。

4 噪声差异：由于CMOS每个感光二极管旁都搭配一个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最终计算出的噪声就比较多。

5 耗电量差异：CMOS的影像电荷驱动方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由旁边的晶体管做放大输出；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。

尽管 CCD在影像质量等各方面均优于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。 由于数字影像的需求热烈，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芯片统合，由后续的影像处理修正噪声以及画质表现。

200万画素会是未来影像传感器重要分水岭

若以目前影像传感器的发展态势，若要评断会是哪一种影像传感器的天下，似乎还言过过早。不过，以目前市场上的照相手机来看，百万画素以下照相手机已不见CCD的影踪，几乎逐渐被CMOS垄断百万画素以下的低阶影像传感器市场；而在高阶传统、专业用的相机市场，以目前CMOS在画质稳定的技术仍有所欠缺来看，似乎还有一段不算短的路要走，在高阶影像需求的市场来看，还是以CCD为主流。未来200万画素的影像需求，将会是一个重要分水岭，CCD与CMOS会各占不同高低阶影像需求的市场。

         CMOS影像传感器结构