CMOS图像传感器简述

数码相机和可拍照式便携设备的兴起，使得CMOS图像传感器这个名词进入大众的视野，而这种产品也成为了半导体产品中增长最快的一种。其实，在几年前，CMOS传感器还没有今天这样耀眼的地位，那时的它还只能仰望强大的对手CCD传感器。但是，仅仅是几年的功夫，它就可以同CCD分庭抗礼了。
和CCD的对比
CCD（charge couple device）的学名叫电荷耦合器件，是一种利用了半导体的光电效应转化光信号的阵列器件。在CCD中，每个单元感受到的光信号经过传递汇总后再统一转化成电信号。它的图像失真度较低，一直是高端影像产品的首选。但是，CCD也有自己的缺点，因为信号是在单元中依次传递的，就需要外部准确的时钟发生器和驱动电路相配合，结果造成产品体积和功耗的增大。
CMOS的基本感光原理与CCD相同，不过其制作工艺和结构与CCD大不相同。CMOS的名称来源它的制造工艺，这是一种半导体工业的通用工艺，因而可以在同一基片上集成时序、控制和信号处理电路，极大地降低了成本。在CMOS传感器中，每个单元感应到的光信号都可由邻近的放大器及ADC直接传送到内存中。不过，漏电流是它的一个天生缺陷，由此导致的图像质量下降是其多年一直面临的巨大挑战。
在相当一段时间内，两者就成为了高档和通用的代表。不过，事无绝对，随着CMOS工艺的进步，两者之间的距离正在逐步缩短。因为CMOS工艺一直在前进，漏电流的问题也在逐步得到改善，而其低功耗的传统也得到了继承。最新型CMOS产品，譬如Micron的CMOS图像传感器，其像素分辨率已经达到了惊人的1000万像素，这种质的变化使CMOS传感器的触角已经开始进入CCD所占据的传统领域。
市场的要求
市场对图像传感器有什么要求呢？其实与对其他半导体产品的要求一样，就是多功能集成、低价格，当然还有性能。不过，这三者之间要达成一种平衡，对于集成度和成本的要求是厂家最为关注的。从上文就可以看到，CMOS图像传感器最接近这两项要求。CMOS工艺适合于生产数字芯片，这就给图像传感器集成DSP带来了天然的便利条件，再加上原本就在一起的ADC，一个数字图像处理系统就成型了。举一个例子，Micron的MT9V131就是一个典型的例子，它是一个1/4英寸VGA CMOS图像传感器，集成了一个可编程处理器和10位ADC，数据速率为1200～1350mpix/s，动态范围可达60dB。类似的产品还有OmniVision的OV7141-C01A，Avago的ADCC-3960等。也正是因为这些产品的出现，促使了CMOS图像传感器得到了更广泛的应用。
开拓新兴市场
医疗和消费以经不能算是新兴市场了，因为它们已经发展的相当成熟了。这里要说的是安全产品市场。这个市场最初的重点在于电缆、模拟输出和闭路电视系统上面，当这一切发展到无以发展的时候，人们又将注意力投入到基础的摄像设备上。因为CMOS传感器的图像质量得到了前所未有的提高，而在功耗和成本方面仍具有优势，这就使得它们能够快速的进驻这个热点市场。而且，DVR技术的兴起，也使得CMOS传感器的优势明显化，因为它能高效的同数字监控系统结合在一起。
家用安全产品市场在整个大市场中发展的最快。得益与家庭网络（DSL、有线电视等）的发展，用户已经不需要考虑布线的因素，他们需要的只是功能强大的摄像前端设备。以Micron的MT9V135 为例，这个1/4 英寸的 VGA CMOS图像传感器能通过电视、计算机显示器或现成系统中组装的接收器传送 NTSC 或 PAL 格式的数字或模拟输出，这就为家庭用户省去了一笔布线的费用。
工业安全市场的要求和家用有些区别，对宽泛动态范围的要求成为了第一要素。因为安全摄像头往往工作在不受控制的光照条件下，所以它们要能在捕获低光度的同时又捕获直接光线。100dB或更高指标的CMOS图像传感器已经出现了，像是Micron的MT9V032和美国国家半导体的LM9618等一批产品都属此类。
可以说，在这个市场上，CMOS图像传感器的优点得到了充分的发挥。
结语
CMOS图像传感器的发展是迅猛的，CCD器件12年取得的进展，CMOS产品只用了3年就达到了。如果以这个速度来计算，CMOS独步天下的局面很快就要到来了。不过，CCD技术也没有停滞，SuperCCD技术的出现就是一个信号。所以说，CMOS要取得全面的成功，还是需要一定时间的。