传感器优势的愈发明显

的未来の争逐渐走向尘埃落定。因此

不少人认为在高清的应用中，

将毫无争议的独霸高清市场

却并非泾渭分明，虽然彼此优势

明显却又无法将对方取代。

最主要的优势就是非常省电不像由二极管组成

电路几乎没有静态电量消耗，只有在电路接通时才有

助于改善人们心目中數码相机是

题是在处理快速变化的影像时由于电流变化过于频繁而过热。暗

电流抑制得好就问题不大如果抑制得不好就十分容易出现雜点。

成像方面：在相同像素下

的成像通透性、明锐度都很好

曝光可以保证基本准确。

的产品往往通透性一般

对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好由于自身物理特性

还是有一定距离的。但由于低廉的

价格以及高度的整合性

因此在工业摄像头领域还是得到了廣泛的

传感器需在同步时钟的控制下以行为单位

一位一位的输出信息，速度较慢；而

传感器采集光信号的同时

就可以取出电信号还能同時处理各单元的图象信息，速度比

传感器电荷耦合器大多需要三组电源供电

传感器只需使用一个电源，耗电量非常小仅为

光电传感器茬节能方面具有很大

优势，对于电量本来就不足的手机来说更具优势

传感器制作技术起步较早，技术相对成熟

结合二氧化硅隔离层隔離噪声，

传感器集成度高光电传感元件与电路之间距

一直以来人们总是在讨论CMOS的噪聲比CCD高多少和CCD两种成像器之间的比较优势。虽然关于哪个更胜一筹的争论纷纭已久但自始至终却没有任何定论浮出水面。由于人们关注嘚主题总在不断变化因此，关于问题的答案也是不确定的科技在进步，市场也日新月异影响产品竞争力的因素不再只是技术，还包括商业利益成像器的应用范围也发生了变化，需要满足更多不同的需求有一些应用是CMOS的噪声比CCD高多少成像器的强项，另一些则是CCD的优勢在本文中，我们将深入探讨两种成像器在不同领域的优劣势并向大家介绍一些鲜为人知的技术和成本因素。

CCD （电荷耦合器件）和CMOS的噪声比CCD高多少（互补性氧化金属半导体）图像传感器是两种不同的数字影像捕捉技术在不同的应用中，二者的优势和劣势也不同

CCD和CMOS的噪声比CCD高多少成像器都是利用光电效应通过光产生电子信号也就是说，成像器将光先转换为电荷然后进一步处理成为电子信号。在CCD传感器中每一个像素捕获的电荷通过有限数量的输出节点（通常只有一个）转移，转换成电压信号后保存到缓冲区再从芯片作为模拟信号傳输出去。所有的像素都可以用于光子捕获输出信号的均匀性相当高，而信号的均匀性是决定图像质量的关键因素对CMOS的噪声比CCD高多少傳感器而言，每一个像素都有自己的电荷到电压转换机制传感器通常也包括放大器、噪声校正和数字化处理电路，因而CMOS的噪声比CCD高多少芯片输出的是数字“位”这些功能增加了 CMOS的噪声比CCD高多少 传感器设计的复杂性，也减少了捕获光子的有效面积考虑到 CMOS的噪声比CCD高多少 傳感器的每一个像素都承担自身的转换任务，因而输出信号的均匀性较低但是有赖于大规模并行处理架构，CMOS的噪声比CCD高多少传感器的总帶宽较高速度也更快。

CCD和CMOS的噪声比CCD高多少成像器均诞生于20世纪60年代末和70年代DALSA创始人Savvas Chamberlain博士正是研发这两项技术的先驱者。CCD在当时成为主導产品最主要的原因在当时有限的制造工艺下，CCD可以呈现质量极高的影像CMOS的噪声比CCD高多少图像传感器要求要求更高的传输均匀性，以忣更小的特征当时的硅片加工技术并不能满足。一直到 20 世纪 90 年代平版刻法技术发展到一定程度，设计者才有能力开始设计具有实际意義的 CMOS的噪声比CCD高多少 成像装置人们对CMOS的噪声比CCD高多少 传感器成像装置重新产生了兴趣，主要原因在于：因为重新采用了主流逻辑思维和存储装置的制造工艺CMOS的噪声比CCD高多少传感器有望降低功率消耗、实现照相机与芯片集成并降低制造成本。要在实践中实现CMOS的噪声比CCD高多尐的这些好处同时还要保障高质量的影像，这就需要花费更多的时间、金钱并增加工艺投入。不过可喜的是，此时CMOS的噪声比CCD高多尐成像器终于能够和CDD一样，成为一种成熟的主流技术

满足客户应用需求的大规模成像器

手机对提高CMOS的噪声比CCD高多少成像器的规模起了推動作用为了实现低能耗和小型组件的高度集成，CMOS的噪声比CCD高多少设计师开始关注开发手机成像器——世界上规模最大的成像器应用大量資金投入到开发和微调CMOS的噪声比CCD高多少成像器及其生产工艺方面。正因为此CMOS的噪声比CCD高多少成像器的图像质量即使在像素尺寸收缩的情況下仍然大为改善。因此在大批量消费类面阵和线阵传感器上，无论是哪一个性能参数CMOS的噪声比CCD高多少传感器都胜过CCD。

就机器视觉而訁受到大量手机成像器投资的推动，CMOS的噪声比CCD高多少面阵和线阵成像器开始超越了CDD成像器对于大多数的机器视觉面阵和线阵成像器而訁，CCD已不再具备技术优势

现在我们将简要描述CMOS的噪声比CCD高多少成像器在机器视觉上优于 CCD的原因。机器视觉的关键参数是速度和噪声CMOS的噪声比CCD高多少和CCD成像器主要差别是信号从信号电荷转换至模拟信号并最终转换至数字信号的不同方式。在CMOS的噪声比CCD高多少面阵和线阵成像器中数据通路的前端是大规模并行的。这样每个放大器都拥有低带宽。当信号到达数据通路瓶颈通常是成像器和芯片外电路系统之間的接口时，CMOS的噪声比CCD高多少数据已经是数字的相比之下，高速CCD尽管也有很多并行高速输出通道但数量规模却不及高速 CMOS的噪声比CCD高多尐成像器。因此CCD放大器的带宽更高，噪声也更大也就是说，高速CMOS的噪声比CCD高多少成像器的设计噪声可低于高速CCD

然而，有时也会出现唎外情况

太阳能电池的硅片裂纹将会十分清晰地显示在近红外光谱成像上成像器必须具备较厚的光子吸收区域，才能在近红外（700至1000nm）光譜上成像这是因为与可见光子相比，红外光子的吸收深度更深

多数CMOS的噪声比CCD高多少成像器的制造工艺是针对可见光影像的大规模应用設计的。这些成像器对近红外(NIR)并不十分敏感事实上，成像器制造工艺尽可能降低对NIR的敏感程度如果在具备较厚外延层的条件下，CMOS的噪聲比CCD高多少成像器无法实现较高的像素偏压或较低的外延掺杂度那么通过增加基片厚度，更精确地说是外延或外延层的厚度，改善红外敏感度将会降低成像器的空间特征分辨能力改变电压或外延掺杂度将会影响CMOS的噪声比CCD高多少模拟和数字电路的运作。

相反CCD在具备较厚的外延层的同时，能够很好地保持精密空间特征分辨能力某些近红外CCD的外延厚度可达100微米，而CMOS的噪声比CCD高多少成像器的外延厚度仅为 5臸10 微米CCD的像素偏置和外延浓度也必须作出调整，形成更厚的外延然而与CMOS的噪声比CCD高多少相比，这种调整对于CCD电路的影响更易控制

专門针对近红外设计的高敏感度CCD成像器比CMOS的噪声比CCD高多少成像器的敏高度要高得多。

如今深亚微米光刻技术采用远紫外线进行质量检测由於紫外光子在十分靠近硅表面时被吸收，因此紫外成像器不能采用可能阻碍紫外光子吸收的多晶硅层、氮化物层或厚氧化层现代紫外成潒器的背面都经过了减薄处理，多数只会在硅成像表面的上方加上一层薄薄的抗反射膜

虽然背面减薄技术在移动成像器上已屡见不鲜，嘫而在紫外成像上却并非如此无论是CMOS的噪声比CCD高多少或是CCD，成像器表面必须经过特殊的表面处理才能够获得稳定的紫外响应。某些针對可见光成像设计的背面减薄成像器都贴有一层较厚的氧化膜可在紫外成像时改变或吸收紫外光。某些背面减薄成像器的成像表面则经過高硼掺杂膜的钝化处理可延展硅外延的深度，从而导致大量紫外光生光子在复合过程丢失

紫外响应和背面减薄技术可应用在所有线陣成像器上，但不能应用在所有面阵成像器上所有全局快门面阵CCD成像器均不可采用背面减薄。在这点上虽然有些代价，但是CMOS的噪声比CCD高多少面阵成像器的情况较好卷帘快门面阵CMOS的噪声比CCD高多少成像器可背面减薄。如果紫外敏感成像器也需要在可见光中成像传统CMOS的噪聲比CCD高多少全局快门面阵成像器的每个像素的存储节点经过背面减薄处理后需要被遮挡。背面减薄成像器无法有效地屏蔽部分像素的入射咣除非大大降低成像器的填充系数（光敏感面积与总像素面积的比率）。有些类型的CMOS的噪声比CCD高多少全局快门面阵成像器尽管没有光敏感存储节点但是具备以下全部或部分特性：高噪声、低阱容或卷帘快门。

除了面阵和线阵成像器外时间延迟积分成像器也是一种重要嘚成像器类型。时间延迟积分 (TDI) 成像器通常用于机器视觉和遥感操作它的操作与线阵成像器类似，不同之处在于时间延迟积分成像器拥有仩百条线阵当物体影像移动通过每条线时，每条线都会捕捉到物体的快照因为在时间延迟积分成像器中，物体的多重快照能够相加在┅起从而产生强烈的信号，因此时间延迟积分成像器特别适合信号很弱的情况

时间延迟积分成像器可将多重曝光与物体移动同步起来

洳今，CCD和CMOS的噪声比CCD高多少 时间延迟积分成像器相加多重快照的方式有所不同CCD将信号电荷相加在一起，而CMOS的噪声比CCD高多少则将电压信号相加在一起CCD可实现无噪声相加，但CMOS的噪声比CCD高多少不能当CMOS的噪声比CCD高多少时间延迟积分成像器的行数较多时，相加的噪声极高即使是朂先进的CMOS的噪声比CCD高多少 时间延迟积分成像器，它的噪声也不可能比CCD时间延迟积分成像器低

CMOS的噪声比CCD高多少 时间延迟积分成像器的一个發展方向在于模拟CCD 时间延迟积分成像器，使其具备类似CCD的像素从而实现电荷相加。我们称之为电荷域CMOS的噪声比CCD高多少时间延迟积分成像器电荷域CMOS的噪声比CCD高多少 时间延迟积分成像器在技术上是可行的，但是如果需要进一步开发、微调和完善这一技术需要投入更多的成本与CMOS的噪声比CCD高多少面阵和线阵成像器相比，电荷域CMOS的噪声比CCD高多少 时间延迟积分成像器的成本很高手机 既不需要时间延迟积分成像器吔不需要相加电荷。因此CMOS的噪声比CCD高多少 时间延迟积分成像器的前景并不太乐观。

EMCCD是低信号应用的绝佳选择特别是在科学成像应用电孓倍增 CCD(EMCCDs)是指带有相乘信号电荷包结构的CCD，同时避免在相乘过程中带来噪声因此，净信噪比(SNR)增加了在信号微弱至略高于成像器本底噪声嘚应用中，EMCCD能够检测到先前难以检测到的信号

在无需高速成像的应用中， EMCCD的性能优于CMOS的噪声比CCD高多少高速操作会增加CCD的读出噪声。因此对于改进了信噪比的EMCCD，EMCCD和CMOS的噪声比CCD高多少成像器的差别并不大特别是专为低读出噪声设计的科学级CMOS的噪声比CCD高多少成像器。与传统荿像器相比高速EMCCD还可显著降低功率。

低噪声CMOS的噪声比CCD高多少成像器在信噪比、紫外吸收或时间延迟积分方面的性能不及CCD有鉴于此，由於信号可能很弱即使其他成像器能够达到EMCCD所具备的读出噪声，但是EMCCD解决方案从整体上而言也是最具优势的

影响成本的因素包括价格杠杆、规模、产量和每晶圆的设备数量。至此为止我们已经讨论了CMOS的噪声比CCD高多少和CCD 成像器在性能上的不同点。如果认为商业决策的决定洇素只有性能那这个想法实属天真。许多商业决策者更多关注的是产品的价值或者说是在相同价格下能够获取的性能有多少。

成本因素十分复杂本文只关注最重要的几点。

首先价格杠杆是关键。正如前述风险所述无论是CMOS的噪声比CCD高多少或是CCD，市场在售的成像器的價格比全定制成像器低得多如果非要定制，除非变化很小那么定制CCD成像器的价格一般低于定制CMOS的噪声比CCD高多少的价格。由于CMOS的噪声比CCD高多少成像器采用的深亚微米掩膜价格较高因此CMOS的噪声比CCD高多少成像器的研发价格也相应地高于CCD成像器。此外CMOS的噪声比CCD高多少设备需偠设计的电路也更多。因此即使定制CMOS的噪声比CCD高多少成像器的应用性能较好，但是考虑到价格因素客户仍然更加亲睐定制CCD成像器。

第②规模。虽然研发新款CMOS的噪声比CCD高多少成像器的价格较高考虑到CMOS的噪声比CCD高多少成像器的规模经济，其单位成本却相对较低在考虑規模后，与低研发成本相比低单位成本显然更具吸引力。

第三供应安全性。如果成像器的相关产品断产也将大大增加成本。除价格洇素外选择一个能够持续生产成像器 – CMOS的噪声比CCD高多少或CCD – 的公司也很重要。

根据特定应用要求选择一个正确的成像器绝非易事不同應用有不同的要求。这些要求将对性能和价格产生影响鉴于上述种种复杂因素，难以断言CMOS的噪声比CCD高多少或CCD成像器在所有应用中哪个更勝一筹也就不足为奇了

在多数可见光成像应用中，CMOS的噪声比CCD高多少面阵和线阵成像器优于CCD成像器然而，在高速低照明应用中CCD时间延遲积分成像器优于CMOS的噪声比CCD高多少时间延迟积分成像器。在近红外成像方面 CCD面阵和线阵成像器是更好的选择。在紫外成像中考虑到全局快照要求，能否实施背面减薄表面处理是关键此外，低噪声要求也是一个因素在这一方面，因为拥有高读出速度CMOS的噪声比CCD高多少嘚优势比CCD更为明显。总而言之价格和性能之间的权衡都会影响对CCD或是CMOS的噪声比CCD高多少的评定，具体取决于杠杆、规模和供应安全性