CCD与CMOS区别

图象传感器（SENSOR）
CCD（CHARGE COUPLE DEVICE电荷藕合器件）
CMOS：互补金属氧化物半导体


CCD与CMOS Sensor是当前被普遍采用的两种影像感测组件，基本上两者都是利用感光二极管（photodiode）进行光与电的转换，将影像转换为数字信息，而其主要差异则在数字信号传送方式的不同。 


　CCD传感器每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号都会依序传送到下一个像素中，由最底端的部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个像素都会连接一个放大器及模/数转换电路，用类似内存电路的方式将信号输出。


造成这种差异的原因，在于CCD的特殊制程可保持信号在传输时不会失真，因此各个像素的信息可集合至边缘处再做放大处理；而CMOS制程的数据在传送较长的距离时会产生噪声，因此必须先行放大再整合各个像素的数据。


　　由于数据传送方式不同，因此CCD与CMOS传感器在成像效果与应用上也有不少差异，这些差异包括灵敏度、成本、分辨率、噪声与耗电量等。
　　*灵敏度差异
　　由于CMOS传感器每个像素由四个晶体管与一个感光二极管所构成（含放大器与A/D转换电路），使得每个像素的感光区域远小于像素本身的表面积，因此在像素尺寸（pixel size）相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度会低于CCD传感器。


　　*成本差异
　　由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS制程，可以轻易地将周边电路（如AGC、CDS、Timing generator或DSP等）整合到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片所需负担的成本；而CCD由于采用电荷传递的方式传输信息，只要其中有一个像素不能工作，就会导致一整排的信息不能传送，因此控制CCD传感器的良品率比CMOS传感器更加困难，因此通常CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。


　　*分辨率差异
　　如上所述，CMOS传感器的每个像素都比CCD传感器更加复杂，其pixel size很难达到CCD传感器的水准，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水准。举例来说，目前市面上CMOS传感器最高可达到210万像素的水准（OmniVision的OV2610，2002/6推出），其尺寸为1/2寸，pixel size为4.25微米，但Sony在2002/12推出的ICX452，其尺寸与OV2610相差不多（1/1.8寸），但分辨率却能高达513万像素，pixel size亦只有2.78微米的水准。


　　*噪声差异
　　由于CMOS传感器每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果维持一致性，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器比较之下，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。


　　*耗电量差异
　CMOS传感器的影像捕获方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由旁边的晶体管放大输出，但CCD传感器则为被动式捕获，需外加电压让每个像素中的电荷移动，而这外加电压通常需要12～18V的水准；因此，CCD传感器除了在电源管理线路设计上的难度更高之外（需外加power IC），高驱动电压更使其耗电量远高于CMOS传感器。举例来说，OmniVision近期推出的OV7640（1/4寸、VGA），在30fps的速度运作之下，耗电量仅40mW；而致力于低耗电CCD传感器的Sanyo，去年推出的1/7寸、CIF等级的产品，其耗电量却仍维持在90mW以上，虽然该公司近期将推出35mW的新版产品，但基本上仍与CMOS传感器有些差距，且还处于送样阶段，正式产品尚未上市。
综上所述，CCD传感器在灵敏度、分辨率、以及噪声控制等方面均优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。不过，随着 CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异似乎有逐渐缩小的态势，例如CCD传感器持续在耗电量上作改进，以期应用于行动通讯市场；CMOS传感器则持续改善分辨率与灵敏度的不足，以期应用于更高阶的影像产品市场。