CMOS與CCD的區別

　　CCD與CMOS傳感器是被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管（photodiode）進行光電轉換，將圖像轉換為數字數據，而其主要差異是數字數據傳送的方式不同。

　　CCD傳感器中每一行中每一個象素的電荷數據都會依次傳送到下一個象素中，由最底端部分輸出，再經由傳感器邊緣的放大器進行放大輸出；而在CMOS傳感器中，每個象素都會鄰接一個放大器及A/D轉換電路，用類似內存電路的方式將數據輸出。

　　造成這種差異的原因在于：CCD的特殊工藝可保證數據在傳送時不會失真，因此各個象素的數據可匯聚至邊緣再進行放大處理；而CMOS工藝的數據在傳送距離較長時會產生噪聲，因此，必須先放大，再整合各個象素的數據。

　　由于數據傳送方式不同，因此CCD與CMOS傳感器在效能與應用上也有諸多差異，這些差異包括：

　　1. 靈敏度差異：

　　由于CMOS傳感器的每個象素由四個晶體管與一個感光二極管構成（含放大器與A/D轉換電路），使得每個象素的感光區域遠小于象素本身的表面積，因此在象素尺寸相同的情況下，CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。

　　2. 成本差異：

　　由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地將周邊電路（如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等）集成到傳感器芯片中，因此可以節省外圍芯片的成本；除此之外，由于CCD采用電荷傳遞的方式傳送數據，只要其中有一個象素不能運行，就會導致一整排的數據不能傳送，因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多，即使有經驗的廠商也很難在產品問世的半年內突破50%的水平，因此，CCD傳感器的成本會高于CMOS傳感器。

　　3. 分辨率差異：

　　CMOS傳感器的每個象素都比CCD傳感器復雜，其象素尺寸很難達到CCD傳感器的水平，因此，當比較相同尺寸的CCD與CMOS傳感器時，CCD傳感器的分辨率通常會優于CMOS傳感器的水平。例如，市面上CMOS傳感器最高可達到210萬象素的水平（OmniVision的 OV2610，2002年6月推出），其尺寸為1/2英寸，象素尺寸為4.25μm，但Sony在2002年12月推出了ICX452，其尺寸與 OV2610相差不多（1/1.8英寸），但分辨率卻能高達513萬象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。［1］

　　4. 噪聲差異：

　　由于CMOS傳感器的每個感光二極管都需搭配一個放大器，而放大器屬于模擬電路，很難讓每個放大器所得到的結果保持一致，因此與只有一個放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪聲就會增加很多，影響圖像品質。［1］

　　5. 功耗差異：

　　CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極管所產生的電荷會直接由晶體管放大輸出，但CCD傳感器為被動式采集，需外加電壓讓每個象素中的電荷移動，而此外加電壓通常需要達到12~18V；因此，CCD傳感器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外（需外加 power IC），高驅動電壓更使其功耗遠高于CMOS傳感器的水平。舉例來說，OmniVision推出的OV7640（1/4英寸、VGA），在 30 fps的速度下運行，功耗僅為40mW；而致力于低功耗CCD傳感器的Sanyo公司推出的1/7英寸、CIF等級的產品，其功耗卻仍保持在90mW 以上。因此CCD發熱量比CMOS大，不能長時間在陽光下工作。［1］

　　綜上所述，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術的進步，兩者的差異有逐漸縮小的態勢，例如，CCD傳感器一直在功耗上作改進，以應用于移動通信市場（這方面的代表業者為Sanyo）；CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足，以應用于更高端的圖像產品。

　　主要CMOS廠商

　　投入CMOS研發、生產的廠商較多，美國有30多家，歐洲7家，日本約8家，韓國1家，***有8家。而居全球翹楚地位的廠商是Agilent（HP），其市場占有率51%、ST（VLSI Vision）占16%、Omni Vision占13%、現代占8%、Photobit約占5%，這五家合計市占率達93%。

　　Sony

　　Sony是全球CCD傳感器第一大廠，也是第一家投入12英寸晶圓、推出600萬象素CCD的公司，Sony約有30~40%的CCD傳感器供自有品牌產品使用，其它則賣給Canon、Sanyo、Casio、以及***的新虹、普利爾、詮訊（與***佳能合并）等廠商。

　　Sony的產品技術藍圖顯示，2003年除了800萬象素的ICX 456外，并無其它微縮工藝的產品問世。產品尺寸將大致保持現有水平，取而代之的是強化攝影功能與支持progressive scan（連續式掃描），例如500萬象素的ICX455/465、330萬象素的ICX451/481、以及210萬象素的ICX461等，令高端產品也能達到30fps以上的數據傳送速率。

　　高端產品的大部分市場仍被Sony占據，再加上市場仍處于供不應求的局面，公司并未急于做降低成本的動作，不過，一旦Sony最先進的工藝（象素尺寸2.6~2.8mm）達到成熟階段（成品率超過50%），該公司勢必近一步將此工藝應用到其它產品上（目前仍只有1/1.8英寸、 500萬象素產品使用此工藝），屆時可能會有1/2.7英寸、400萬象素產品問世。

　　OmniVision

　　OmniVision成立于1995年（以下簡稱OV），2002年6月領先其它同業率先推出210萬象素的OV2610震驚市場，雖然目前采用此傳感器量產的產品并不多，但這已說明CMOS傳感器可以開始進入原本屬于CCD傳感器的中高端數碼相機市場； OV的數據顯示，目前已有天瀚、明、鴻友等***商家開始采用該公司的OV2610。展望2003年，OV將在1季度~2季度之間推出330萬象素、1/2英寸的產品，采TSMC 0.18mm工藝生產，再次拓展CMOS傳感器的應用范圍。在移動電話市場上，CMOS模組的攝相模塊已經成為移動通訊應用的最大量產品。

　　在低功耗產品方面，OV也在2002年12巒瞥雋薕V7640，可以在2.5V的環境下運行，為目前VGA產品中功耗最低的芯片。而在2003 年新規劃的產品方面，OV計劃在下半年推出130萬象素、1/4英寸，以及VGA、1/7英寸的產品，希望在CCD廠家推出低功耗的130萬素產品之前，先行搶占市場先機。

　　Agilent

　　Agilent主要的產品為第二代的CIF（352*288）HDCS-1020和第二代的VGA（640*480）HDCS-2020，主要應用在數碼相機 、行動電話、PDA、PC Camera等新興的資訊家電產品之中，此外Agilent在2000年另一成功策略是和Logitech與Microsoft這兩家公司策略聯盟，打入了光學鼠標產品領域，但是這是非常低階的CMOS產品，而且不是為了捕捉影像 ，所以在做影像感測器的全球統計時并未將此數量一并加入，但是此舉可看出Agilent以CMOS技術為基礎進軍光學元件的規劃意圖。

　　Photobit

　　Photobit在2000年獲得較大成功。2001年Photobit率先研發出PB-0330產品型號的CMOS圖像傳感器，此產品特色具備單一晶片邏輯轉數位的變頻器，它是第二代1/4寸的VGA（640 x 480），同時也推出PB-0111產品型號的CMOS影像感測器，是第二代1/5寸的CIF（352 x 288）。Photobit推出這兩種產品主要針對數碼相機和PC Camera這些近年來蓬勃發展的數位化產品，和OmniVision CIF（352 x 288）定位在行動電話市場上有所區隔，其推出CIF（352 x 288）和VGA（640 x 480）這兩種不同解析程度的影像感測器，行銷范圍意圖含蓋低階和中高階市場。

　　其它公司

　　最具特色的是Sanyo，該公司致力于改善CCD 傳感器的功耗，以相機電話為主要應用目標，之前J-Phone率先推出的Sharp J-SHxx系列便是采用Sanyo的CIF級CCD傳感器，Sharp、Toshiba等手機廠家也計劃在02年4季度~03年1季度之間陸續引入 Sanyo的VGA產品。Matsushita、Sharp的產品規劃與Sony相差不多，主要差異在于Matsushita準備推出更小的400萬象素 （1/2.7英寸）與130萬象素（1/4英寸）產品。

　　發展前景

　　專家們認為，21世紀初全球CMOS圖像傳感器市場將在PC攝像機、移動通信市場、數碼相機、攝像機市場市場等領域獲得大幅度增長，在未來的幾年時間內，在130 萬像素至200萬像素之下的產品中，將開始以CMOS傳感器為主流。以小型化和低功耗CMOS圖像傳感器為核心的攝像機正在成為消費類產品的主流，上述領域將為圖像傳感器市場帶來巨大發展［2］。

　　業界動態

　　2009年8月28日，索尼秋季數碼影像新品發布會在北京隆重舉行，索尼宣布在三條產品線推出共十款數碼影像新品。其中 DSC-TX1和DSC-WX1首次應用了新型影像傳感器Exmor R CMOS影像傳感器，它采用先進的背照射技術，其對光線的靈敏度比傳統的CMOS影像傳感器提高了約2倍，大幅提升了拍攝畫質，得到明亮畫面的同時更好地降噪，使得在低照度條件下仍然可以獲得細節豐富的照片，造就卓越的夜間拍攝性能。該傳感器具備1020萬有效像素，支持從ISO100~ISO3200的感光度范圍，并支持720p的高畫質動態影像視頻拍攝。性能強大的Exmor R MOS配合BIONZ影像處理器，可以快速準確地處理海量信息，使DSC TX1和WX1具備了手持夜景模式、全景拍攝、動作防抖和每秒最高約10張。

　　三星電子公司提高CMOS傳感器靈敏度的背面照射（BSI：backside illumination）技術達到了實用化水平，2010年將批量生產產品。三家大型CMOS傳感器公司均將在2010年開始量產采用背面照射技術的 CMOS傳感器（BSI型CMOS傳感器）。三星在工藝技術方面將采用適于降低成本的方法。之所以著手從事BSI技術，是因為通過提高靈敏度能夠維持相同的靈敏度同時縮小像素間距。據該公司估算，1.4μm間距的BSI型能夠獲得與基于現有技術的FSI（Front Side Illumination）型1.75μm間距產品相同的畫質。同一像素間距，BSI型的靈敏度可以比FIS型高30%。三星為在今后量產1.1μm間距產品等間距更小的元件，將增加BSI型的比例。該公司計劃把2010年首批量產的BSI型CMOS傳感器做成支持1460萬像素和30幀/秒的元件。預計將配備于數碼相機、數碼攝像機及高端手機等設備上［3］。