本文对COMS和CCD传感器做了简单的比较，介绍了CMOS传感器的最新技术，作者认为，供应商在传感器市场中朝两个方向在发展。

    不管是最新的手机还是大型天文望远镜，固态成像器件几乎能满足目前所有图像捕获的需求。像素变小能使现有的VGA和数百万像素传感器尺寸减小，但是具有数千万像素的大型静态传感器更容易制造。在最近几年中，基于CMOS技术的图像传感器已成为消费类产品的选用技术。在分辨率为VGA到800万像素的成像器件中，它们比电荷耦合器件(CCD)传感器具有更高的成本和性能优势。不过，在800万像素以上的市场中，CCD仍占绝对优势，因为CCD的噪声更低，灵敏度更高(图1)。 
 

图1：在800万像素以上的市场中，CCD仍占绝对优势，因为CCD的噪声更低，灵敏度更高。

    CCD传感器在工业和医疗应用中也占据着统治地位控制工程网版权所有，因为这些领域追求的是高帧速率，而不是高分辨率。芯片架构范围从数千像素的简单线性阵列到数百万像素阵列。Fairchild Imaging、Fraunhofer

    CMOS传感器利用CMOS技术的工艺扩展性能CONTROL ENGINEERING China版权所有，以及图像处理器和模数转换器(ADC)等更强的集成逻辑功能，来实现一套完整的“片上相机”解决方案。由于CMOS传感器的像素尺寸已经减小到每边小于3μm，因此设计工程师可以在与上一代VGA传感器相同的芯片面积上，设计出更小的VGA分辨率传感器或具有数百万像素的传感器。

    另外，在未来几年中，汽车安全应用将开始消费数量巨大的低成本成像器件。辅助照相机、驾驶员打瞌睡警报、安全气囊及其它应用都将利用图像数据，来更好地保护驾驶员。

     光刻和像素设计的进一步发展将提供更好的可扩展性，使设计工程师能设计出具有更高分辨率的器件。关键挑战在于在光源捕获面积缩小的同时保持像素单元的灵敏度。此外，如果捕获到的光能量较低，则必须降低背景噪声控制工程网版权所有，以有效保持足够的信噪比。因此，工艺开发人员必须重点减少半导体材料中固有的热噪声和其它噪声源，以有效提高信噪比。

    CMOS传感器中的每个像素都有各自的电荷到电压转换过程。传感器通常包含放大器、噪声校正和数字化电路，这样芯片输出的就是数字比特。这些额外的功能将增加设计的复杂性CONTROL ENGINEERING China版权所有，并可能减少可用于光捕获的面积。由于每个像素都进行各自的转换，所以像素与像素之间的一致性比较差。但通过利用片上逻辑，可以构建一个仅需少量外围电路就能实现基本操作的芯片。

    CCD传感器的工艺不像CMOS那样灵活，大多数CCD传感器需要数量可观的外部支持电路。在不惜牺牲系统尺寸而追求图像质量(用量子效率和噪声来衡量)的照相、科学以及工业应用中，传统上由CCD传感器提供性能基准。

    使用CMOS和CCD传感器的应用类型没有明显的分界线。当CMOS设计工程师花大力气提高图像质量时，CCD设计工程师则将重点放在减少功耗和像素尺寸上，以便在低端产品市场中与CMOS器件一决高低。CMOS传感器的主要优势是成本低，因为它可以采用主流的CMOS制造工艺。

    高端成像应用领域主要采用1,400至8,100万以上像素的CCD成像器件。在500万到1,400万像素的应用中，CMOS和CCD成像器都可以选用，但更多的还是CMOS解决方案。低于500万像素的CCD成像器仍有一些，但随着CMOS成像器完全占领这部分市场，这种CCD成像器将变得越来越少。

    CMOS传感器的最新技术
    Foveon公司采用了一种很独特的CMOS成像器设计方法。它并不采用覆盖了颜色过滤层的单层像素，而是采用硅片中共有三层像素的X3架构(图2)。这种直接图像传感技术可以在单次曝光过程中直接捕获图像中每个点的红光、绿光和蓝光，因此单个像素区域就能捕获全部三原色。相反，大多数CMOS和CCD传感器在像素顶部使用颜色过滤层，这些颜色过滤层形成马赛克形状的三像素簇，以捕获三原色。Foveon公司的方案基于不同波长的光在硅片中不同深度处被吸收这一原理CONTROL ENGINEERING China版权所有，因此每个垂直堆叠的红、绿和蓝像素可以直接捕获图像中每个点的所有光。 
 

图2：这种由Foveon公司开发的直接图像传感器技术类似于彩色底片。它在硅片

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