浅析CMOS与CCD在内部结构与原理的差异

标签：CMOS  CCD

无论任何产品，品质的好坏主要取决于性能的优劣，而性能优劣的关键跟产品结构和工作原理又有着较大的关系，CCD和CMOS也既如此。

基本组成

CCD是在MOS晶体管的基础上发展起来的，其基本结构是MOS(金属—氧化物—半导体)电容结构。它是在半导体P型硅(Si)作衬底的表面上用氧化的办法生成一层厚度约1000?~1500?的SiO2，再在SiO2表面蒸镀一层金属(如铝)，在衬底和金属电极间加上一个偏置电压(称栅电压)，就构成了一个MOS电容器。所以，CCD是由一行行紧密排列在硅衬底上的MOS电容器阵列构成的。

而最基本的CMOS图像传感器是以一块杂质浓度较低的P型硅片作衬底，用扩散的方法在其表面制作两个高掺杂的N+型区作为电极，即场效应管的源极和漏极，再在硅的表面用高温氧化的方法覆盖一层二氧化硅(SiO2)的绝缘层，并在源极和漏极之间的绝缘层的上方蒸镀一层金属铝，作为场效应管的栅极。最后，在金属铝的上方放置光电二极管，这就构成了最基本的CMOS图像传感器。

另外，在CMOS摄像器件中，电信号是从CMOS晶体管开关阵列中直接读取的，而不像CCD那样需要逐行读取。

内部结构

CCD成像器需有辅以较多的外围驱动电路才能工作，它仅能输出模拟电信号，这种信号要经后续的地址译码器、模数转换器，图像信号处理器等进行处理，CCD本身集成度相对较低。如有CCD数码相机常会有六个芯片组成，有的多达八片，最少也要三片，从而使相机体积不能减小，制作成本也较高。

而CMOS成像器不需要附加的外围处理电路，它是将光电二极管、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器、图像信号处理器及控制器等都集成到一块芯片上，且制造加工就如半导体厂家生产集成电路的流程即可。若构成数码相机，可将数码相机的所有部件都集成到一块芯片上，即“单芯片相机”。因此，采用CMOS芯片的光电图像系统，不但能降低系统的整体成本与组装所需的时间，而且还大大缩小了系统的体积和减低了复杂度。

工作原理

此外，CCD是一种半导体成像器件，CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。因而，CCD处理信息的速度相对较慢外，其耗电量也相对较大;而CMOS光电传感器在光电转换后就可取出电信号，读取比较简单，还能同时处理各像素单元的图像信息，CMOS光电传感器只需单组电源工作，耗电量小，能达到节能作用。