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ccd cmos工作原理(ccdcmos)

导读 大家好,东东来为大家解答以上问题,ccd cmos工作原理,ccdcmos很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!CCD传感器和CMOS传感器是目前广...

大家好,东东来为大家解答以上问题,ccd cmos工作原理,ccdcmos很多人还不知道,现在让我们一起来看看吧!

CCD传感器和CMOS传感器是目前广泛使用的两种图像传感器。两者都是利用光电二极管进行光电转换,将图像转换成数字数据,但主要区别在于数字数据传输方式的不同。

如下图所示,CCD传感器每一行中每个像素的电荷数据会依次传输到下一个像素,从底部输出,再由传感器边缘的放大器放大输出;在CMOS传感器中,每个像素与一个放大器和一个A/D转换电路相邻,数据以类似于存储电路的方式输出。

左图为CCD传感器的结构,右图为CMOS传感器的结。

造成这种差异的原因在于:CCD的特殊技术可以保证数据在传输过程中不会失真,所以每个像素的数据可以汇聚到边缘,然后被放大;而CMOS工艺的数据在传输距离较长的情况下会产生噪声,需要先进行放大,再对每个像素的数据进行积分。

由于数据传输方式不同,CCD和CMOS传感器在效率和应用上有很多不同,包括:

1.灵敏度差异:由于CMOS传感器的每个像素由四个晶体管和一个光敏二极管(包括放大器和A/D转换电路)组成,每个像素的感光面积远小于像素本身的表面积,所以在像素尺寸相同的情况下,CMOS传感器的灵敏度低于CCD传感器。

2.成本差异:由于CMOS传感器采用了一般半导体电路中最常用的CMOS工艺,外围电路(如AGC、CDS、时序发生器,或DSP等。)可以很容易地集成到传感器芯片中,因此可以节省外围芯片的成本;另外,由于CCD是以电荷转移的方式传输数据,只要一个像素跑不了,一整行数据都传输不了。因此,CCD传感器的成品率控制要比CMOS传感器困难得多,即使是有经验的厂商也很难在产品出来后的半年内突破50%的水平。所以CCD传感器的成本会比CMOS传感器高。

3.分辨率差异:如上所述,CMOS传感器的每个像素都比CCD传感器复杂,其像素大小很难达到CCD传感器的水平。所以我们在对比同样尺寸的CCD和CMOS传感器时,CCD传感器的分辨率通常要比CMOS传感器好。比如目前市面上的CMOS传感器最高可以达到210万像素(OmniVision的OV2610,2002年6月推出),尺寸为1/2英寸,像素尺寸为4.25 m,而索尼在2002年12月推出了ICX452,尺寸与OV2610相同(1/1.8英寸),但分辨率为513万。

4.噪声差异:由于CMOS传感器的每个光敏二极管都需要配备一个放大器,而放大器是模拟电路,因此很难保持每个放大器的结果一致。所以相对于芯片边缘只有一个放大器的CCD传感器,CMOS传感器的噪声会增加很多,影响图像质量。

5.功耗差异:CMOS传感器的图像采集方式是主动的,光敏二极管产生的电荷会被晶体管直接放大输出,而CCD传感器的采集方式是被动的,需要一个外加电压来移动每个像素中的电荷,这个外加电压通常需要达到12 ~ 18V;因此,除了CCD传感器的电源管理电路设计困难(需要额外的电源IC)之外,较高的驱动电压使其功耗远高于CMOS传感器。比如OmniVision最近推出的OV7640(1/4英寸,VGA),运行速度30 fps,功耗只有40mW;致力于低功耗CCD传感器的三洋公司去年推出了1/7英寸CIF级产品,但功耗仍在90mW以上。虽然公司近期会推出35mW的新产品,但是和CMOS传感器还是有差距的,目前还在样片阶段。

综上所述,CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制方面优于CMOS传感器,而CMOS传感器具有低成本、低功耗、高集成度的特点。但是随着CCD和CMOS传感器技术的进步,两者之间的差异在逐渐缩小。比如CCD传感器在功耗上做了改进以应用于移动通信市场(这个领域的代表是三洋);CMOS传感器不足以提高分辨率和灵敏度以应用于更高端的图像产品。从下面各大厂商的产品计划中可以看出一些端倪。

本文讲解到此结束,希望对大家有所帮助。