中心論題：

• 通過(guò)圖片形象比較CCD和CMOS在構造和性能的不同
• 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(lèi)型的差異

解決方案：

• 從CCD與CMOS的結構上分析兩者差異
• 從CCD與CMOS的設計應用上分析兩者差異

CCD 和 CMOS 感光元件的區別 Mr.OH! 在第二講中概略地介紹過(guò)了，但對于大多數的同學(xué)來(lái)說(shuō)，看得到的卻是一顆顆已經(jīng)整合好的芯片組合！現在讓我們撇開(kāi)復雜的技術(shù)文字，透過(guò)圖片比較，來(lái)看這兩種不同類(lèi)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）：

 放大器位置和數量：

比較 CCD 和 CMOS 的結構，放大器的位置和數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?zhuān)篊CD 每曝光一次，自快門(mén)關(guān)閉或是內部時(shí)脈自動(dòng)斷線(xiàn)（電子快門(mén)）后，即進(jìn)行畫(huà)素轉移處理，將每一行中每一個(gè)畫(huà)素（pixel）的電荷信號依序傳入『緩沖器（電荷儲存器）』中，由底端的線(xiàn)路導引輸出至 CCD 旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián) ADC（類(lèi)比數位資料轉換器） 輸出；相對地，CMOS 的設計中每個(gè)畫(huà)素旁就直接連著(zhù)『放大器』，光電訊號可直接放大再經(jīng)由 BUS 通路移動(dòng)至 ADC 中轉換成數位資料。

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

CCD的特色在于充分保持信號在傳輸時(shí)不失真（專(zhuān)屬通道設計），透過(guò)每一個(gè)畫(huà)素集合至單一放大器上再做統一處理，可以保持資料的完整性；CMOS的制程較簡(jiǎn)單，沒(méi)有專(zhuān)屬通道的設計，因此必須先行放大再整合各個(gè)畫(huà)素的資料。

CCD 與 CMOS 電路結構之完整比較（摘錄自 SHARP 月刊）：

差異分析，整體來(lái)說(shuō)，CCD 與 CMOS 兩種設計的應用，反應在成像效果上，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(lèi)型的差異：

• ISO 感光度差異：由于 CMOS 每個(gè)畫(huà)素包含了放大器與A/D轉換電路，過(guò)多的額外設備壓縮單一畫(huà)素的感光區域的表面積，因此在相同畫(huà)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 應用半導體工業(yè)常用的 MOS制程，可以一次整合全部周邊設施于單晶片中，節省加工晶片所需負擔的成本 和良率的損失；相對地 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(huà)素故障（Fail），就會(huì )導致一整排的訊號壅塞，無(wú)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(huà)素的結構比 CCD 復雜，其感光開(kāi)口不及CCD大，相對比較相同尺寸的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(guò)，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經(jīng)可達到1400萬(wàn) 畫(huà)素 / 全片幅的設計，CMOS 技術(shù)在量率上的優(yōu)勢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(wàn)畫(huà)素計，那么就需要百萬(wàn)個(gè)以上的 ADC 放大器，雖然是統一制造下的產(chǎn)品，但是每個(gè)放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達到放大同步的效果，對比單一個(gè)放大器的CCD，CMOS最終計算出的雜訊就比較多。
• 耗電量差異：CMOS的影像電荷驅動(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(huà)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(xiàn)路設計和耐壓強度，高驅動(dòng)電壓使 CCD 的電量遠高于CMOS。
• 其他差異：IPA（Indiviual Pixel Addressing）常被使用在數位變焦放大之中，CMOS 必須仰賴(lài) x,y 畫(huà)面定位放大處理，否則由于個(gè)別畫(huà)素放大器之誤差，容易產(chǎn)生畫(huà)面不平整的問(wèn)題。制造機具上，CCD 必須特別訂制的機臺才能制造，也因此生產(chǎn)高畫(huà)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/處理器機臺即可擔負。

CMOS 完整3D透視與平面結構：

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，但不可否認的CMOS具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。 由于數位影像的需求熱烈，CMOS的低成本和穩定供貨，成為廠(chǎng)商的最?lèi)?ài)，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，以期進(jìn)入照相手機的行動(dòng)通訊市場(chǎng)；CMOS系列，則開(kāi)始朝向大尺寸面積與高速影像處理晶片統合，藉由后續的影像處理修正雜訊以及畫(huà)質(zhì)表現，特別是 Canon 系列的 EOS D30 、EOS 300D 的成功，足見(jiàn)高速影像處理晶片已經(jīng)可以勝任高畫(huà)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 這一系列的數位機身為號召，CMOS未來(lái)跨足高階的影像市場(chǎng)產(chǎn)品，前景可期。