¿Cuál es la diferencia entre CCD y CMOS en las cámaras digitales?

Categoría: Electrónica Digital

Análisis:

La diferencia entre CCD y CMOS en las cámaras digitales

En vista de que muchos Los internautas preguntan sobre la diferencia entre CCD y CMOS. La principal diferencia. Dejemos de lado el complicado texto técnico por el momento y analicemos estos dos tipos diferentes de sensores de imagen con la misma función mediante una simple comparación.

Independientemente de que sean CCD o CMOS, ambos utilizan básicamente fotodiodos de silicio para convertir la luz y la electricidad. El principio de esta conversión es similar al efecto de "célula solar" de la computadora de "energía eléctrica solar" que tiene en sus manos. Cuanto más fuerte es la luz, más fuerte es la potencia; por el contrario, cuanto más débil es la luz, más débil es la potencia. La imagen luminosa se convierte en señales digitales electrónicas.

Al comparar las estructuras de CCD y CMOS, la ubicación y el número de ADC son la mayor diferencia. En pocas palabras, siga lo que mencionamos en la conferencia anterior "Principio de funcionamiento del sensor CCD (Parte 1)". Cada vez que se expone el CCD, el proceso de transferencia de píxeles se realiza después de cerrar el obturador, y la señal de carga de cada píxel (píxel) en cada fila se transfiere secuencialmente al "búfer", y el circuito la guía y emite en la parte inferior al amplificador al lado del CCD para amplificación y luego conecte la salida ADC en serie. Por el contrario, en el diseño CMOS, cada píxel está conectado directamente al ADC (amplificador y convertidor de señal analógico a digital), y la señal se amplifica directamente y se convierte en una señal digital.

Comparación de las ventajas y desventajas de ambos

CCD CMOS

Diseño de un solo fotorreceptor conectado a un amplificador

Alta sensibilidad en la misma área Pequeña apertura, baja sensibilidad

Alto impacto en la calidad de la línea de costos, integración CMOS de alto costo, bajo costo

Complejidad de conexión de baja resolución, alta resolución, alta tecnología nueva

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Relación de punto de ruido: amplificación única, punto de ruido bajo, amplificación de millones, punto de ruido alto

Relación de consumo de energía: se requiere voltaje externo, el alto consumo de energía se amplifica directamente, bajo consumo de energía

Para las diferencias básicas, podemos enumerar las diferencias de rendimiento entre los dos. La característica del CCD es mantener completamente la señal sin distorsión durante la transmisión (diseño de canal exclusivo. Al transmitir cada píxel a un solo amplificador para el procesamiento unificado, se puede mantener la integridad de los datos en el proceso CMOS; tener exclusivo Debido al diseño del canal, los datos de cada píxel deben amplificarse primero y luego integrarse.

En términos generales, la aplicación de diseños CCD y CMOS refleja diferentes tipos de diferencias en los efectos de imagen, incluida la sensibilidad ISO, el coste de fabricación, la resolución, el ruido y el consumo de energía, etc.:

Diferencia de sensibilidad ISO: dado que cada píxel CMOS contiene un amplificador y un circuito de conversión A/D, demasiados dispositivos adicionales comprimen la superficie del área fotosensible de un solo píxel, por lo que bajo el mismo píxel, el mismo tamaño. el área fotosensible Dependiendo del tamaño del dispositivo, la sensibilidad del CMOS será menor que la del CCD.

Diferencia de costos: CMOS utiliza el proceso MOS comúnmente utilizado en la industria de semiconductores, que puede integrar todas las instalaciones periféricas en un solo chip al mismo tiempo, ahorrando el costo de procesamiento del chip y la pérdida de rendimiento; Por el contrario, CCD utiliza transferencia de carga para generar información de esta manera, se debe establecer un canal de transmisión separado. Si hay una falla de píxel (Fail) en el canal, se bloqueará una fila completa de señales y no se podrá transmitir. la tasa de rendimiento de CCD es menor que la de CMOS. Además, un canal de transmisión separado y Además del ADC y otros periféricos, el costo de fabricación de CCD es relativamente más alto que el de CMOS.

Diferencia de resolución: En el primer punto "diferencia de sensibilidad", dado que la estructura de cada píxel de CMOS es más compleja que la de CCD, su apertura fotosensible no es tan grande como la de CCD y. Fotorreceptores CMOS del mismo tamaño La resolución de los fotorreceptores CCD suele ser mejor que la de los CMOS. Sin embargo, si se superan las restricciones de tamaño, los originales fotosensibles CMOS actuales en la industria ya pueden alcanzar los 14 millones de píxeles/diseño de fotograma completo. Las ventajas de la tecnología CMOS en términos de velocidad de volumen pueden superar las dificultades en la fabricación de originales fotosensibles de gran tamaño, especialmente. para diseños de fotograma completo, el ancho es de 24 mm por 36 mm.

Diferencia de ruido: dado que cada diodo fotosensible CMOS está equipado con un amplificador ADC, si se mide en megapíxeles, se necesitan más de un millón de amplificadores ADC, aunque es un producto unificado, pero cada amplificador tiene más o más. Hay menos diferencias leves y es difícil lograr el efecto de sincronización de amplificación. En comparación con el CCD de un solo amplificador, el ruido calculado final del CMOS es mayor.

Diferencia en el consumo de energía: el método de conducción de carga de imagen de CMOS está activo, y la carga generada por el diodo fotosensible se amplifica directamente y se emite por el transistor adyacente, pero el CCD es pasivo y se debe aplicar un voltaje externo; se aplicará. Deje que la carga en cada píxel se mueva al canal de transmisión. Este voltaje externo generalmente requiere un nivel superior a 12 voltios (V), por lo que el CCD también debe tener un diseño de circuito de fuente de alimentación más preciso y soportar una tensión de tensión alta que hace que el consumo de energía del CCD sea mucho mayor que el del CMOS.

Aunque CCD es superior a CMOS en todos los aspectos, como la calidad de imagen, es innegable que CMOS tiene las características de bajo costo, bajo consumo de energía y alta integración. Debido a la fuerte demanda de imágenes digitales, CMOS se ha convertido en el favorito de los fabricantes debido a su bajo costo y suministro estable. Por lo tanto, su tecnología de fabricación se ha mejorado y actualizado constantemente, haciendo que la diferencia entre CCD y CMOS se reduzca gradualmente. La nueva generación de CCD tiene como objetivo reducir el consumo de energía, con miras a ingresar al mercado de comunicaciones móviles de teléfonos con cámara. La serie CMOS está comenzando a integrar chips de procesamiento de imágenes de alta velocidad y área de gran tamaño, y corrige; rendimiento de calidad de imagen y ruido a través del procesamiento de imágenes posterior, especialmente el éxito de las series Canon EOS D30 y EOS 300D, muestra que los chips de procesamiento de imágenes de alta velocidad ya son capaces de acortar el tiempo y las capacidades de procesamiento de imágenes producidas por CMOS de alta resolución; Además, las cámaras de fotograma completo de gran tamaño están equipadas con Kodak DCS Pro14n, DCS Pro/n, DCS Pro/c. Esta serie de cuerpos digitales es un llamado para que CMOS ingrese al mercado de imágenes de alta gama en el futuro, y el las perspectivas son prometedoras.