ccd和cmos傳感器的優(yōu)缺點(diǎn) 發(fā)布日期：2020-05-09 16:10:44 文章來(lái)源：萊雷科技
目前市面上出現(xiàn)的分析儀器中配置的傳感器，分為兩種，ccd傳感器和cmos傳感器，SciAps手持式測(cè)碳合金光譜儀（LIBS）配置的就是ccd傳感器，許多客戶可能對(duì)這兩種傳感器的區(qū)別不是很了解，以下是一些對(duì)比資料，供大家參考學(xué)習(xí)。
什么是CCD傳感器？
電荷耦合器件圖像傳感器簡(jiǎn)稱CCD（Charge Coupled Device），它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)需要和想像來(lái)修改圖像。
什么是CMOS傳感器？
CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，中文學(xué)名為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，它本是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導(dǎo)最基本的資料。CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶-電） 和 P（帶+電）級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。后來(lái)發(fā)現(xiàn)CMOS經(jīng)過(guò)加工也可以作為數(shù)碼攝影中的圖像傳感器，CMOS傳感器也可細(xì)分為被動(dòng)式像素傳感器(Passive Pixel Sensor CMOS)與主動(dòng)式像素傳感器(Active Pixel Sensor CMOS)主要應(yīng)用PC攝像機(jī)、移動(dòng)通信市場(chǎng)、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)市場(chǎng)市場(chǎng)等領(lǐng)域。
到目前為止，市面上絕大多數(shù)的消費(fèi)級(jí)別以及高端數(shù)碼相機(jī)都使用CCD作為感應(yīng)器，成像質(zhì)量高;CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上。
ccd和cmos的優(yōu)勢(shì)區(qū)別：
CMOS邏輯電路具有以下優(yōu)點(diǎn)：
⒈ 允許的電源電壓范圍寬，方便電源電路的設(shè)計(jì)
⒉ 邏輯擺幅大，使電路抗干擾能力強(qiáng)
⒊靜態(tài)功耗低
⒋ 隔離柵結(jié)構(gòu)使CMOS期間的輸入電阻極大，從而使CMOS期間驅(qū)動(dòng)同類邏輯門的能力比其他系列強(qiáng)得多
CMOS的缺點(diǎn)：就是太容易出現(xiàn)雜點(diǎn)， 這主要是因?yàn)樵缙诘脑O(shè)計(jì)使CMOS在處理快速變化的影像時(shí)，由于電流變化過(guò)于頻繁而會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱的現(xiàn)象。在相同分辨率下，CMOS價(jià)格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來(lái)說(shuō)要低一些。
CCD的優(yōu)勢(shì)：在于成像質(zhì)量好，但是由于制造工藝復(fù)雜，只有少數(shù)的廠商能夠掌握，所以致制造成本比CMOS更高一些。
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。
成本差異
由于CMOS傳感器采用一般半導(dǎo)體電路最常用的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(huì)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(wèn)世的半年內(nèi)突破50%的水平，因此，CCD傳感器的成本會(huì)高于CMOS傳感器。
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(huì)增加很多，影響圖像品質(zhì)。
信息讀取方式
CCD電荷耦合器存儲(chǔ)的電荷信息，需在同步信號(hào)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(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復(fù)雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流（或電壓）信號(hào)，信號(hào)讀取十分簡(jiǎn)單。
速度差異
CCD電荷耦合器需在同步時(shí)鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢;而CMOS光電傳感器采集光信號(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，還能同時(shí)處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。
電源及耗電量
CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大;CMOS光電傳感器只需使用一個(gè)電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢(shì)。
成像質(zhì)量差異
CCD電荷耦合器制作技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，采用PN結(jié)或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對(duì)CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢(shì)。由于CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴(yán)重，噪聲對(duì)圖像質(zhì)量影響很大，使CMOS光電傳感器很長(zhǎng)一段時(shí)間無(wú)法進(jìn)入實(shí)用。近年，隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。
綜合CCD 相比CMOS 有3個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1. CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。2.CCD傳感器的分辨率通常會(huì)優(yōu)于CMOS傳感器的水平。3.CMOS傳感器的噪聲就會(huì)增加很多，影響圖像品質(zhì)。2大缺點(diǎn)： 1.CCD傳感器的成本會(huì)高于CMOS傳感器。2.CCD傳感器高驅(qū)動(dòng)電壓更使其功耗遠(yuǎn)高于CMOS傳感器的水平。
得出的結(jié)論：目前ＣＯＭＳ結(jié)溝相對(duì)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，被廣泛應(yīng)用于抵擋入門型的數(shù)碼相機(jī)行業(yè)；ＣＣＤ雖成本高，但靈敏度，高分辨率，低噪音的技術(shù)特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用與高端分析儀器行業(yè)，許多低檔入門型的數(shù)碼相機(jī)使用廉價(jià)的低檔CMOS芯片，成像質(zhì)量比較差。普及型、高級(jí)型及專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)使用不同檔次的CCD。
以下是SciAps手持式激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀(LIBS)的檢測(cè)成像圖：
