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CMOS与CCD图像传感器比较

Company Logo Company Logo LOGO CMOS与CCD图像传感器比较 Seminar 报告 学生姓名:张 波 指导老师:贾 宏 光 专业班级:机械制造及其自动化 完成时间:2012.12.17 一、图像传感器概况 二、工作原理 三、性能比较 四、发展趋势 五、总结 提纲 1.1 上世纪60年代末期,美国贝尔实验室提出固态成像器 件概念 一、图像传感器概况 互补金属氧化物半导体图像传感器 CMOS—Complementary Metal Oxide Semiconductor 电荷耦合器件图像传感器 CCD—Charge-couple Device 图1 图像传感器 1.2 CMOS与CCD图像传感器的研究几乎是同时起步的, 固体图像传感器得到了迅速发展 一、图像传感器概况 CMOS图像传感器: 由于受当时工艺水平的限制,图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够,因而没有得到重视和发展。 CCD图像传感器:感器 因其光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点,一直主宰着图像传感器市场。 1.3 现在:由于集成电路设计技术和工艺水平的提高 CMOS图像传感器过去存在的缺点 都可以找到办法克服 而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的 因而它再次成为研究的热点 一、图像传感器概况 2.1 图像传感器基本原理 二、工作原理 图2 图像传感器原理示意图 CMOS和CCD图像传感器都利用了硅的光电效应原理,不同 点在于像素光生电荷的读出方式。 CMOS和CCD的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料 上,而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上。 2.2 CMOS图像传感器的工作原理框图 二、工作原理 传感器内部芯片集成度高,而外围电路简单; 光子转换为电子后直接在每个像元中完成电子电荷-电压转换。 图3 CMOS图像传感器工作原理框图 2.3 CCD图像传感器工作原理框图 二、工作原理 曝光后光子通过像元转换为电子电荷包; 电子电荷包顺序转移到共同的输出端; 通过输出放大器将大小不同的电荷包转换为电压信号。 图4 CCD图像传感器工作原理框图 三、性能比较 3.1 灵敏度 灵敏度代表传感器的光敏单元收集光子产生电荷信号的能力, CCD图像传感器灵敏度较CMOS图像传感器高30%~50%。 3.2 分辨率 CMOS图像传感器上集成有放大器、定时器和ADC 等电路,每个像素都比 CCD 复杂,因而电路所占像素的面积也大,所以相同尺寸的传感器,CCD 可以做得更密。 通常CCD图像传感器的分辨率会优于CMOS图像传感器。 三、性能比较 3.3 灵敏度 由于CMOS 图像传感器每个像元都需搭配一个放大器,而CCD只有一个放大器放在芯片边缘,CMOS图像传感器的噪声大很多。 3.4 集成性 CMOS图像传感器同VLSI之间具有良好的兼容性,可以把驱动与控制系统(CDS)、ADC 和信号处理等电路集成在一块芯片上。 CCD的驱动电路及模拟、数字处理电路尚未集成在同一芯片上。 三、性能比较 3.5 成本 由于 CMOS 图像传感器采用标准的半导体制造工艺和高集成性,因此可以节省外围芯片的成本。 与 CCD 相比,CMOS 图像传感器在制造成本上具有优势。 3.6 可靠性 CMOS 和 CCD 图像传感器在商用及工业应用领域具有等价的可靠性。 极端恶劣的应用环境中,由于 CMOS 图像传感器将大部分相机电路集成在一个芯片上,焊点与接头大大减少,其可靠性要优于 CCD图像传感器。 四、发展趋势 4.1 图像传感器发展 世界图像传感器2007年的出货量为10.95亿个,比上年增长19% 预期2013年将增长到20亿个,年均增长率找过10%。世界图像传感器的应用情况如表1所示。 表1 世界图像传感器的应用情况 四、发展趋势 4.2 两种传感器发展比较 2007~2011年间,CCD传感器出货量从1.7亿个下降到1.4亿个,而同期CMOS传感器从9.3亿个快速上升到15.7亿个,年增长率达14%。 同期出货值前者从24.4亿美元下降到10.9亿美元,跌幅过半;后者从30.5亿美元增加到35.8亿美元,年增长率不过4%。 可以看出,随着集成电路技术和半导体制造工艺水平的提高,CMOS图像传感器的成本和价格显著下降,因此具有很大的竞争优势。 五、总结 5.1 CMOS和CCD图像传感器工作原理没有本质区别,只是制造的基 底材料不一样以及集成度有差别。 5.2 CMOS图像传感器因其高集成度,使其在性能上与CCD形成互补之

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