隨著數(shù)碼相機(jī)、手機(jī)相機(jī)的興起，圖像傳感器正逐漸成為半導(dǎo)體產(chǎn)品中zui耀眼的明星之一，而在圖像傳感器中，日商所獨(dú)占的CCD傳感器與百家爭鳴的CMOS傳感器都在盡力克服自身的缺點(diǎn)，希望成為市場上的主流技術(shù)。鑒于此，本文將首先簡介CCD與CMOS傳感器在原理方面的差異，再探討的技術(shù)發(fā)展藍(lán)圖，了解這些不同的圖像傳感器在應(yīng)用市場上的發(fā)展趨勢。

    CCD與CMOS傳感器是當(dāng)前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(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而其主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同。

    如圖1所示，CCD傳感器中每一行中每一個(gè)象素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個(gè)象素中，由zui底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出；而在CMOS傳感器中，每個(gè)象素都會鄰接一個(gè)放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。

    造成這種差異的原因在于：CCD的特殊工藝可保證數(shù)據(jù)在傳送時(shí)不會失真，因此各個(gè)象素的數(shù)據(jù)可匯聚至邊緣再進(jìn)行放大處理；而CMOS工藝的數(shù)據(jù)在傳送距離較長時(shí)會產(chǎn)生噪聲，因此，必須先放大，再整合各個(gè)象素的數(shù)據(jù)。

    由于數(shù)據(jù)傳送方式不同，因此CCD與CMOS傳感器在效能與應(yīng)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(gè)象素由四個(gè)晶體管與一個(gè)感光二極管構(gòu)成（含放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路），使得每個(gè)象素的感光區(qū)域遠(yuǎn)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(dǎo)體電路zui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(jié)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(shù)據(jù)，只要其中有一個(gè)象素不能運(yùn)行，就會導(dǎo)致一整排的數(shù)據(jù)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(jīng)驗(yàn)的廠商也很難在產(chǎn)品問世的半年內(nèi)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： 如上所述，CMOS傳感器的每個(gè)象素都比CCD傳感器復(fù)雜，其象素尺寸很難達(dá)到CCD傳感器的水平，因此，當(dāng)我們比較相同尺寸的CCD與CMOS傳感器時(shí)，CCD傳感器的分辨率通常會優(yōu)于CMOS傳感器的水平。例如，目前市面上CMOS傳感器zui高可達(dá)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(dá)513萬象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。

    4、  噪聲差異：由于CMOS傳感器的每個(gè)感光二極管都需搭配一個(gè)放大器，而放大器屬于模擬電路，很難讓每個(gè)放大器所得到的結(jié)果保持一致，因此與只有一個(gè)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(zhì)。

    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(chǎn)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(gè)象素中的電荷移動，而此外加電壓通常需要達(dá)到12~18V；因此，CCD傳感器除了在電源管理電路設(shè)計(jì)上的難度更高之外（需外加 power IC），高驅(qū)動電壓更使其功耗遠(yuǎn)高于CMOS傳感器的水平。舉例來說，OmniVision近期推出的OV7640（1/4英寸、VGA），在 30 fps的速度下運(yùn)行，功耗僅為40mW；而致力于低功耗CCD傳感器的Sanyo公司去年推出了1/7英寸、CIF等級的產(chǎn)品，其功耗卻仍保持在90mW以上，雖然該公司近期將推出35mW的新產(chǎn)品，但仍與CMOS傳感器存在差距，且仍處于樣品階段。

    綜上所述，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)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(diǎn)。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異有逐漸縮小的態(tài)勢，例如，CCD傳感器一直在功耗上作改進(jìn)，以應(yīng)用于移動通信市場（這方面的代表業(yè)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(yīng)用于更的圖像產(chǎn)品，我們可以從以下各主要廠商的產(chǎn)品規(guī)劃來看出一些端倪。