中心論題：

• 通過圖片形象比較CCD和CMOS在構(gòu)造和性能的不同
• 分析CCD與CMOS在ISO 感光度、制造成本、解析度、雜訊與耗電量等不同類型的差異

解決方案：

• 從CCD與CMOS的結(jié)構(gòu)上分析兩者差異
• 從CCD與CMOS的設(shè)計(jì)應(yīng)用上分析兩者差異

CCD 和 CMOS 感光元件的區(qū)別 Mr.OH! 在第二講中概略地介紹過了，但對(duì)于大多數(shù)的同學(xué)來說，看得到的卻是一顆顆已經(jīng)整合好的芯片組合！現(xiàn)在讓我們撇開復(fù)雜的技術(shù)文字，透過圖片比較，來看這兩種不同類型，作用卻又相同的影像感光元件。

Olympus E1 CCD 感光套件（包含超音波除塵器）：

 放大器位置和數(shù)量：

比較 CCD 和 CMOS 的結(jié)構(gòu)，放大器的位置和數(shù)量是最大的不同之處，Mr.OH! 會(huì)在下一講 CCD 感光元件工作原理（上），提及完整的感光元件作業(yè)流程。此講中，Mr.OH!簡(jiǎn)單地解釋：CCD 每曝光一次，自快門關(guān)閉或是內(nèi)部時(shí)脈自動(dòng)斷線（電子快門）后，即進(jìn)行畫素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個(gè)畫素（pixel）的電荷信號(hào)依序傳入『緩沖器（電荷儲(chǔ)存器）』中，由底端的線路導(dǎo)引輸出至 CCD 旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián) ADC（類比數(shù)位資料轉(zhuǎn)換器） 輸出；相對(duì)地，CMOS 的設(shè)計(jì)中每個(gè)畫素旁就直接連著『放大器』，光電訊號(hào)可直接放大再經(jīng)由 BUS 通路移動(dòng)至 ADC 中轉(zhuǎn)換成數(shù)位資料。

CCD與CMOS的比較  
由于構(gòu)造上的基本差異，我們可以表列出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同：

CCD的特色在于充分保持信號(hào)在傳輸時(shí)不失真（專屬通道設(shè)計(jì)），透過每一個(gè)畫素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持資料的完整性；CMOS的制程較簡(jiǎn)單，沒有專屬通道的設(shè)計(jì)，因此必須先行放大再整合各個(gè)畫素的資料。

CCD 與 CMOS 電路結(jié)構(gòu)之完整比較（摘錄自 SHARP 月刊）：

差異分析，整體來說，CCD 與 CMOS 兩種設(shè)計(jì)的應(yīng)用，反應(yīng)在成像效果上，形成包括 ISO 感光度、制造成本、解析度、雜訊與耗電量等。不同類型的差異：

• ISO 感光度差異：由于 CMOS 每個(gè)畫素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路，過多的額外設(shè)備壓縮單一畫素的感光區(qū)域的表面積，因此在相同畫素下，同樣大小之感光器尺寸，CMOS的感光度會(huì)低于CCD?！?成本差異：CMOS 應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的 MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本 和良率的損失；相對(duì)地 CCD 采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個(gè)畫素故障（Fail），就會(huì)導(dǎo)致一整排的訊號(hào)壅塞，無法傳遞，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟傳輸通道和外加 ADC 等周邊，CCD的制造成本相對(duì)高于CMOS。
• 解析度差異：在第一點(diǎn)『感光度差異』中，由于CMOS 每個(gè)畫素的結(jié)構(gòu)比 CCD 復(fù)雜，其感光開口不及CCD大，相對(duì)比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時(shí)，CCD感光器的解析度通常會(huì)優(yōu)于CMOS。不過，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經(jīng)可達(dá)到1400萬 畫素 / 全片幅的設(shè)計(jì)，CMOS 技術(shù)在量率上的優(yōu)勢(shì)可以克服大尺寸感光原件制造上的困難，特別是全片幅 24mm-by-36mm 這樣的大小。
• 雜訊差異：由于CMOS每個(gè)感光二極體旁都搭配一個(gè) ADC 放大器，如果以百萬畫素計(jì)，那么就需要百萬個(gè)以上的 ADC 放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個(gè)放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達(dá)到放大同步的效果，對(duì)比單一個(gè)放大器的CCD，CMOS最終計(jì)算出的雜訊就比較多。
• 耗電量差異：CMOS的影像電荷驅(qū)動(dòng)方式為主動(dòng)式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；但CCD卻為被動(dòng)式， 必須外加電壓讓每個(gè)畫素中的電荷移動(dòng)至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特（V）以上的水平，因此 CCD 還必須要有更精密的電源線路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度，高驅(qū)動(dòng)電壓使 CCD 的電量遠(yuǎn)高于CMOS。
• 其他差異：IPA（Indiviual Pixel Addressing）常被使用在數(shù)位變焦放大之中，CMOS 必須仰賴 x,y 畫面定位放大處理，否則由于個(gè)別畫素放大器之誤差，容易產(chǎn)生畫面不平整的問題。制造機(jī)具上，CCD 必須特別訂制的機(jī)臺(tái)才能制造，也因此生產(chǎn)高畫素的 CCD 元件產(chǎn)生不出日本和美國，CMOS 的生產(chǎn)一般記憶體/處理器機(jī)臺(tái)即可擔(dān)負(fù)。

CMOS 完整3D透視與平面結(jié)構(gòu)：

位于最上層的為 MicroLens 微型聚光鏡片。盡管CCD 在影像品質(zhì)等各方面均優(yōu)于CMOS，但不可否認(rèn)的CMOS具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。 由于數(shù)位影像的需求熱烈，CMOS的低成本和穩(wěn)定供貨，成為廠商的最愛，也因此其制造技術(shù)不斷地改良更新，使得 CCD 與 CMOS 兩者的差異逐漸縮小 。新一代的CCD朝向耗電量減少作為改進(jìn)目標(biāo)，以期進(jìn)入照相手機(jī)的行動(dòng)通訊市場(chǎng)；CMOS系列，則開始朝向大尺寸面積與高速影像處理晶片統(tǒng)合，藉由后續(xù)的影像處理修正雜訊以及畫質(zhì)表現(xiàn)，特別是 Canon 系列的 EOS D30 、EOS 300D 的成功，足見高速影像處理晶片已經(jīng)可以勝任高畫素 CMOS 所產(chǎn)生的影像處理時(shí)間與能力的縮短；另外，大尺寸全片幅則以 Kodak DCS Pro14n、DCS Pro/n、DCS Pro/c 這一系列的數(shù)位機(jī)身為號(hào)召，CMOS未來跨足高階的影像市場(chǎng)產(chǎn)品，前景可期。