淺析CMOS與CCD在內(nèi)部結(jié)構(gòu)與原理的差異

標(biāo)簽：CMOS  CCD

無論任何產(chǎn)品，品質(zhì)的好壞主要取決于性能的優(yōu)劣，而性能優(yōu)劣的關(guān)鍵跟產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工作原理又有著較大的關(guān)系，CCD和CMOS也既如此。

基本組成

CCD是在MOS晶體管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其基本結(jié)構(gòu)是MOS(金屬—氧化物—半導(dǎo)體)電容結(jié)構(gòu)。它是在半導(dǎo)體P型硅(Si)作襯底的表面上用氧化的辦法生成一層厚度約1000?~1500?的SiO2，再在SiO2表面蒸鍍一層金屬(如鋁)，在襯底和金屬電極間加上一個偏置電壓(稱柵電壓)，就構(gòu)成了一個MOS電容器。所以，CCD是由一行行緊密排列在硅襯底上的MOS電容器陣列構(gòu)成的。

而最基本的CMOS圖像傳感器是以一塊雜質(zhì)濃度較低的P型硅片作襯底，用擴(kuò)散的方法在其表面制作兩個高摻雜的N+型區(qū)作為電極，即場效應(yīng)管的源極和漏極，再在硅的表面用高溫氧化的方法覆蓋一層二氧化硅(SiO2)的絕緣層，并在源極和漏極之間的絕緣層的上方蒸鍍一層金屬鋁，作為場效應(yīng)管的柵極。最后，在金屬鋁的上方放置光電二極管，這就構(gòu)成了最基本的CMOS圖像傳感器。

另外，在CMOS攝像器件中，電信號是從CMOS晶體管開關(guān)陣列中直接讀取的，而不像CCD那樣需要逐行讀取。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)

CCD成像器需有輔以較多的外圍驅(qū)動電路才能工作，它僅能輸出模擬電信號，這種信號要經(jīng)后續(xù)的地址譯碼器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，圖像信號處理器等進(jìn)行處理，CCD本身集成度相對較低。如有CCD數(shù)碼相機(jī)常會有六個芯片組成，有的多達(dá)八片，最少也要三片，從而使相機(jī)體積不能減小，制作成本也較高。

而CMOS成像器不需要附加的外圍處理電路，它是將光電二極管、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像信號處理器及控制器等都集成到一塊芯片上，且制造加工就如半導(dǎo)體廠家生產(chǎn)集成電路的流程即可。若構(gòu)成數(shù)碼相機(jī)，可將數(shù)碼相機(jī)的所有部件都集成到一塊芯片上，即“單芯片相機(jī)”。因此，采用CMOS芯片的光電圖像系統(tǒng)，不但能降低系統(tǒng)的整體成本與組裝所需的時間，而且還大大縮小了系統(tǒng)的體積和減低了復(fù)雜度。

工作原理

此外，CCD是一種半導(dǎo)體成像器件，CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個電路較為復(fù)雜。因而，CCD處理信息的速度相對較慢外，其耗電量也相對較大;而CMOS光電傳感器在光電轉(zhuǎn)換后就可取出電信號，讀取比較簡單，還能同時處理各像素單元的圖像信息，CMOS光電傳感器只需單組電源工作，耗電量小，能達(dá)到節(jié)能作用。