CMOS與CCD圖像傳感器比較

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1、CMOS與CCD圖像傳感器比較Seminar報(bào)告學(xué)生姓名：張波指導(dǎo)老師：賈宏光專業(yè)班級(jí)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化完成時(shí)間：2012.12.17一、圖像傳感器概況二、工作原理三、性能比較四、發(fā)展趨勢(shì)五、總結(jié)提綱1.1上世紀(jì)60年代末期，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室提出固態(tài)成像器件概念一、圖像傳感器概況互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器CMOS—ComplementaryMetalOxideSemiconductor電荷耦合器件圖像傳感器CCD—Charge-coupleDevice圖1圖像傳感器1.2CMOS與CCD圖像傳感器的研究幾乎是同時(shí)起步的，固體圖像傳感器得到了迅速發(fā)展一、

2、圖像傳感器概況CMOS圖像傳感器：由于受當(dāng)時(shí)工藝水平的限制，圖像質(zhì)量差、分辨率低、噪聲降不下來和光照靈敏度不夠，因而沒有得到重視和發(fā)展。CCD圖像傳感器：感器因其光照靈敏度高、噪音低、像素少等優(yōu)點(diǎn)，一直主宰著圖像傳感器市場(chǎng)。1.3現(xiàn)在：由于集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)和工藝水平的提高CMOS圖像傳感器過去存在的缺點(diǎn)都可以找到辦法克服而且它固有的優(yōu)點(diǎn)更是CCD器件所無法比擬的因而它再次成為研究的熱點(diǎn)一、圖像傳感器概況2.1圖像傳感器基本原理二、工作原理圖2圖像傳感器原理示意圖CMOS和CCD圖像傳感器都利用了硅的光電效應(yīng)原理，不同點(diǎn)在于像素光生電荷的讀出方式。CMOS和

3、CCD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。2.2CMOS圖像傳感器的工作原理框圖二、工作原理傳感器內(nèi)部芯片集成度高，而外圍電路簡(jiǎn)單；光子轉(zhuǎn)換為電子后直接在每個(gè)像元中完成電子電荷-電壓轉(zhuǎn)換。圖3CMOS圖像傳感器工作原理框圖2.3CCD圖像傳感器工作原理框圖二、工作原理曝光后光子通過像元轉(zhuǎn)換為電子電荷包；電子電荷包順序轉(zhuǎn)移到共同的輸出端；通過輸出放大器將大小不同的電荷包轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。圖4CCD圖像傳感器工作原理框圖三、性能比較3.1靈敏度靈敏度代表傳感器的光敏單元收集光子產(chǎn)生電荷信號(hào)的能力，CCD圖

4、像傳感器靈敏度較CMOS圖像傳感器高30%～50%。3.2分辨率CMOS圖像傳感器上集成有放大器、定時(shí)器和ADC等電路，每個(gè)像素都比CCD復(fù)雜，因而電路所占像素的面積也大，所以相同尺寸的傳感器，CCD可以做得更密。通常CCD圖像傳感器的分辨率會(huì)優(yōu)于CMOS圖像傳感器。三、性能比較3.3靈敏度由于CMOS圖像傳感器每個(gè)像元都需搭配一個(gè)放大器，而CCD只有一個(gè)放大器放在芯片邊緣，CMOS圖像傳感器的噪聲大很多。3.4集成性CMOS圖像傳感器同VLSI之間具有良好的兼容性，可以把驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)（CDS）、ADC和信號(hào)處理等電路集成在一塊芯片上。CCD的驅(qū)動(dòng)電路及

5、模擬、數(shù)字處理電路尚未集成在同一芯片上。三、性能比較3.5成本由于CMOS圖像傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造工藝和高集成性，因此可以節(jié)省外圍芯片的成本。與CCD相比，CMOS圖像傳感器在制造成本上具有優(yōu)勢(shì)。3.6可靠性CMOS和CCD圖像傳感器在商用及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域具有等價(jià)的可靠性。極端惡劣的應(yīng)用環(huán)境中,由于CMOS圖像傳感器將大部分相機(jī)電路集成在一個(gè)芯片上，焊點(diǎn)與接頭大大減少，其可靠性要優(yōu)于CCD圖像傳感器。四、發(fā)展趨勢(shì)4.1圖像傳感器發(fā)展世界圖像傳感器2007年的出貨量為10.95億個(gè)，比上年增長(zhǎng)19%預(yù)期2013年將增長(zhǎng)到20億個(gè)，年均增長(zhǎng)率找過10%。世

6、界圖像傳感器的應(yīng)用情況如表1所示。表1世界圖像傳感器的應(yīng)用情況四、發(fā)展趨勢(shì)4.2兩種傳感器發(fā)展比較2007～2011年間，CCD傳感器出貨量從1.7億個(gè)下降到1.4億個(gè)，而同期CMOS傳感器從9.3億個(gè)快速上升到15.7億個(gè)，年增長(zhǎng)率達(dá)14%。同期出貨值前者從24.4億美元下降到10.9億美元，跌幅過半；后者從30.5億美元增加到35.8億美元，年增長(zhǎng)率不過4%?？梢钥闯?，隨著集成電路技術(shù)和半導(dǎo)體制造工藝水平的提高，CMOS圖像傳感器的成本和價(jià)格顯著下降，因此具有很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。五、總結(jié)5.1CMOS和CCD圖像傳感器工作原理沒有本質(zhì)區(qū)別，只是制造的基底材

7、料不一樣以及集成度有差別。5.2CMOS圖像傳感器因其高集成度，使其在性能上與CCD形成互補(bǔ)之勢(shì)。5.3隨著分辨率的不斷提高，CMOS圖像傳感器正在逐步占領(lǐng)更多的圖像傳感器市場(chǎng)份額。