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[高端领域挑战CCD] CMOS:新型摄像器件

学院 原创2005-03-23
互补金属氧化物半导体（CMOS）是制造奔腾处理器的通用技术。作为CCD芯片的一种替代品，CMOS摄像器件使摄像机有较低的功耗、较高的信噪比和较小的总设计。CMOS成像感应头还更抗宇宙辐射，而且用它可以制造多格式摄像机。由于CMOS制造比CCD制造普遍得多，而且制造CMOS摄像器件所需工艺与用于计算机上的微处理器差别不是很大，因此，其成本有望很快低于CCD。

JVC（美国）的Walton说：“我们不得不从数量非常有限的CCD厂商那儿购买CCD，因为生产CCD的公司太少了。”他认为CMOS摄像器件是CCD的一种可行的替代品。为此，JVC和池上在NAB2003推出了三芯片CMOS高清摄像机。两种机型都是箱型，利用了CMOS摄像器件节约空间的特性。

　　Rockwell公司为JVC和池上的摄像机提供了ProCamHD成像感应头。Rockwell CMOS成像感应头设计经理Loose这样描述CMOS和CCD成像感应头之间的区别：“在CMOS芯片上你能做的东西比在CCD芯片上要多得多，在CMOS上你可以有A/D转换器、控制逻辑电路。事实上可以这样说，基于CMOS芯片的摄像机是一种单片摄像机。”业务发展总监Howe补充说，CCD需要2或3个附加的外部芯片才能完成全部的处理。而用CMOS摄像器件，许多这样的处理可以直接在该模子上完成。“因此节省了很多空间，降低了功耗，机身也可以较小。”

　　CMOS摄像器件及其CCD处理器的另一区别是所用的放大器数量。CCD逐像素传递从感应光接收的电荷，并且最终通过一个放大器。CMOS成像感应头每个像素有一个独立放大器。每个像素对应一个放大器使CMOS成像感应头避免CCD在像素数量（相应地分辨率）增加的情况下所具有的一个问题。Loose说：“假如你必须输送一个CCD的全部像素通过一个放大器，此放大器必须在全像素速率下运行，这使之成为一个非常嘈杂的放大器。在CMOS中，每个像素都有其自己的放大器，所有放大器并行工作，而且它们可以慢得多的速度运行。因此其噪声将非常小，这在进入高频时非常重要。”

　　CMOS成像感应技术具备这么多优点，为何姗姗来迟？Loose指出，其实长期以来人们一直都在考虑CMOS成像感应头，但不得不等到制造工艺能够在硅芯片上生产更多的微元件时它才大派用场。他说：“5年前，人们以0.8微米和0.2微米在生产，而且可能更小的尺寸。这些工艺不允许建立非常小的像素和小的总设计。如果许多晶体管很大，你不可能建立小像素。随着工艺缩小至0.25微米、0.18微米等，建立小像素，把你需要的全部功能集成起来以实现与CCD相当的好性能的可行性马上就具备了。”
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