CMOS 概述 (一)

MOS是:金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管，有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路，而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为 CMOS-IC（ Complementary MOS Integrated Circuit）。 目前数字集成电路按导电类型可分为双极型集成电路（主要为TTL）和单极型集成电路（CMOS、NMOS、PMOS等）。CMOS电路的单门静态功耗在毫微瓦（nw）数量级。

CMOS发展比TTL晚，但是以其较高的优越性在很多场合逐渐取代了TTL。 以下比较两者性能，大家就知道其原因了。 1.CMOS是场效应管构成，TTL为双极晶体管构成

2.CMOS的逻辑电平范围比较大（5～15V），TTL只能在5V下工作

3.CMOS的高低电平之间相差比较大、抗干扰性强，TTL则相差小，抗干扰能力差 4.CMOS功耗很小，TTL功耗较大（1～5mA/门）

5.CMOS的工作频率较TTL略低，但是高速CMOS速度与TTL差不多相当。 集成电路中详细信息： 1,TTL电平：

输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。 2，CMOS电平：

1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。 3，电平转换电路：

因为TTL和CMOS的高低电平的值不一样（ttl 5v<==>cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。 4，驱动门电路

OC门，即集电极开路门电路，OD门，即漏极开路门电路，必须外接上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路。 5，TTL和CMOS电路比较：

1）TTL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件。 2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。 CMOS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。

CMOS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。 3）CMOS电路的锁定效应：

CMOS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，CMOS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。 防御措施：

1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。 2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。 3）在VDD和外电源之间加限流电阻，即使有大的电流也不让它进去。

4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启CMOS电路得电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭CMOS电路的电源。 6，CMOS电路的使用注意事项

1）CMOS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。

2）输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的 电流在1mA之内。

3）当接长信号传输线时，在CMOS电路端接匹配电阻。

4）当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。

5）CMOS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏CMOS。

7，TTL门电路中输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）：

1）悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。 2）在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。CMOS门电路就不用考虑这些了。

8，TTL和CMOS电路的输出处理

TTL电路有集电极开路OC门，MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门，它的输出就叫做开漏输出。OC门在截止时有漏电流输出，那就是漏电流，为什么有漏电流呢？那是因为当三机管截止的时候，它的基极电流约等于0，但是并不是真正的为0，经过三极管的集电极的电流也就不是真正的0，而是约0。而这个就是漏电流。开漏输出：OC门的输出就是开漏输出；OD门的输出也是开漏输出。它可以吸收很大的电流，但是不能向外输出的电流。所以，为了能输入和输出电流，它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要。

9，什么叫做图腾柱，它与开漏电路有什么区别？

TTL集成电路中，输出有接上拉三极管的输出叫做图腾柱输出，没有的叫做OC门。因为TTL就是一个三级关，图腾柱也就是两个三级管推挽相连。所以推挽就是图腾。一般图腾式输出，高电平400UA，低电平8MA.

[9]

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打开电脑的主机箱,可以在主板右侧看到一块\"圆\"形成扁体的电池,这块电池也称CMOS电池,保存主板信息的BIOS设置,我在网吧工作,经常碰到主机启动不了的情况,一般比较容易见效的方法是:将主机电源拔出来,意思是把电源线从电源盒拿下来,这样是完全断电状态,取下主板电脑可以看到两个金属片,成上下,也就是正\\负极电路,将其对接让它短路,按着几秒钟,放电基本成功.

还有一种叫小COMS放电:同样将电源线从电源盒上拔下来,在这样的状态下按\"开机\"按钮,重试几下,系统也将小放电,一般也可以解决电脑无法开机的问题. CMOS -集成电路的制造过程 1.p肼CMOS工艺

p肼CMOS工艺采用轻掺杂的N型衬底制备PMOS器件。为了做出N型器件，必须先在N型衬底上做出P肼，在p肼内制造NMOS器件。

典型的P肼硅栅CMOS工艺从衬底清洗到中间测试，总共50多道工序，需要5次离子注入，连同刻钝化窗口，共10次光刻。下面结合主要工艺流程来介绍P肼硅栅CMOS集成电路中元件的形成过程。 （1）光1——光刻肼区，刻出肼区注入孔。 （2）肼区注入及推进，形成肼区。

（3）去除SiO2,长薄氧，长Si3N4

（4）光2——反刻有源区（光刻场区），反刻出P管、N管的源、漏和栅区。

（5）光3——光刻N管场区，刻去N管区上的胶，露出N管场区注入孔。N管场区注入，以提高场开启，减 少闩锁效应及改善肼的接触。

（6）长场氧化层，出去Si3N4，再飘去薄的SiO2，然后长栅氧化层。

（7）光4——光刻P管区。p管区注入，调节PMOS管的开启电压，然后长多晶硅。 （8）光5——反刻多晶硅，形成多晶硅栅及多晶硅电阻。

（9）光6——光刻P+区，刻去P管及其他P+区上的胶。P+区注入，形成PMOS管的源、漏区及P+保护环。

（10）光7——光刻N+区，刻去N+区上的胶。N+区注入，形成NMOS管的源、漏区及N+保护环。 （11）长PSG

（12）光8——光刻引线孔。可在生长磷硅玻璃后先开一次孔，然后再磷硅玻璃回流及结注入推进后再开第二次孔。

（13）光9——反刻铝引线。 （14） 光10——光刻压焊块。 CMOS -放电&数据的恢复 常常听到计算机高手或者非高手说“口令忘啦？给CMOS放电吧。”，这到底是什么意思呢？ 如果你在计算机中设置了进入口令，而你又碰巧忘记了这个口令，你将无法进入计算机。不过还好，口令是存储在CMOS中的，而CMOS必须有电才能保持其中的数据。所以，我们可以通过对CMOS的放电操作使计算机“放弃”对口令的要求。具体操作如下：

打开机箱，找到主板上的电池，将其与主板的连接断开（就是取下电池喽），此时CMOS将因断电而失去内部储存的一切信息。再将电池接通，合上机箱开机，由于CMOS已是一片空白，它将不再要求你输入密码，此时进入BIOS设置程序，选择主菜单中的“LOADBIOSDEFAULT”（装入BIOS缺省值）或“LOADSETUPDEFAULT”（装入设置程序缺省值）即可，前者以最安全的方式启动计算机，后者能使你的计算机发挥出较高的性能。

文件CMOS.DAT的内容可以在GEBUG（或PCTOOLS等工具软件）中显示和编辑，也可将其再写回CMOS，这里给出自动写回数据的程序：

/*把A盘CMOS.DAT文件的数据写回CMOS中*/ #include\"stdio.h\" main()

{charcmos[];FILE*fp;inti; fp=fopen(\"A:\\CMOS.DAT\

fread(&cmos[0],1,,fp); for(i=0;i00) CMOS - 优点 相对于其他逻辑系列,CMOS逻辑电路具有一下优点: 1.允许的电源电压范围宽,方便电源电路的设计 2.逻辑摆幅大,使电路抗干扰能力强 3.静态功耗低

4.隔离栅结构使CMOS期间的输入电阻极大,从而使CMOS期间驱动同类逻辑门的能力比其他系列强得多 CMOS - 应用 CMOS(本意是指互补金属氧化物半导体存储器，是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料)是微机主板上的一块可读写的RAM芯片，主要用来保存当前系统的硬件配置和操作人员对某些参数的设定。CMOS RAM芯片由系统通过一块后备电池供电，因此无论是在关机状态中，还是遇到系统掉电情况，CMOS信息都不会丢失。 由于CMOS RAM芯片本身只是一块存储器，只具有保存数据的功能，所以对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序。早期的CMOS设置程序驻留在软盘上的(如IBM的PC/AT机型)，使用很不方便。现在多数厂家将CMOS设置程序做到了 BIOS芯片中，在开机时通过按下某个特定键就可进入CMOS设置程序而非常方便地对系统进行设置，因此这种CMOS设置又通常被叫做BIOS设置。 可读写芯片

CMOS是主板上一块可读写的RAM芯片，用于保存当前系统的硬件配置信息和用户设定的某些参数。CMOS RAM由主板上的电池供电，即使系统掉电信息也不会丢失。对CMOS中各项参数的设定和更新可通过开机时特定的按键实现（一般是Del键）。进入BIOS设置程序可对CMOS进行设置。一般CMOS设置习惯上也被叫做BIOS设置。

发展历史

1963年，仙童半导体（Fairchild Semiconductor）的Frank Wanlass发明了CMOS电路。到了1968年，美国无线电公司（RCA）一个由亚伯·梅德温（Albert Medwin）领导

[1]

的研究团队成功研发出第

一个CMOS集成电路（Integrated Circuit）。早期的CMOS元件虽然功率消耗比常见的晶体管-晶体管逻辑电路（Transistor-to-Transistor Logic, TTL）要来得低，但是因为操作速度较慢的缘故，所以大多数应用CMOS的场合都和降低功耗、延长电池使用时间有关，例如电子表。不过经过长期的研究与改良，今日的CMOS元件无论在使用的面积、操作的速度、耗损的功率，以及制造的成本上都比另外一种主流的半导程BJT（Bipolar Junction Transistor，双载子晶体管）要有优势，很多在BJT无法实现或是实作成本太高的设计，利用CMOS皆可顺利的完成。

早期分离式CMOS逻辑元件只有“4000系列”一种（RCA 'COS/MOS'制程），到了后来的“7400系列”时，很多逻辑芯片已经可以利用CMOS、NMOS，甚至是BiCMOS（双载子互补式金氧半）制程实现。 早期的CMOS元件和主要的竞争对手BJT相比，很容易受到静电放电（ElectroStatic Discharge, ESD）的破坏。而新一代的CMOS芯片多半在输出入接脚（I/O pin）和电源及接地端具备ESD保护电路，以避免内部电路元件的闸极或是元件中的PN接面（PN-Junction）被ESD引起的大量电流烧毁。不过大多数芯片制造商仍然会特别警告使用者尽量使用防静电的措施来避免超过ESD保护电路能处理的能量破坏半导体元件，例如安装内存模组到个人电脑上时，通常会建议使用者配戴防静电手环之类的设备。

此外，早期的CMOS逻辑元件（如4000系列）的操作范围可由3伏特至18伏特的直流电压，所以CMOS元件的闸极使用铝做为材料。而多年来大多数使用CMOS制造的逻辑芯片也多半在TTL标准规格的5伏特底下操作，直到1990年后，有越来越多低功耗的需求与讯号规格出现，取代了虽然有着较简单的讯号接口、但是功耗与速度跟不上时代需求的TTL。此外，随着MOSFET元件的尺寸越做越小，闸极氧化层的厚度越来越薄，所能承受的闸极电压也越来越低，有些最新的CMOS制程甚至已经出现低于1伏特的操作电压。这些改变不但让CMOS芯片更进一步降低功率消耗，也让元件的性能越来越好。

近代的CMOS闸极多半使用多晶硅制作。和金属闸极比起来，多晶硅的优点在于对温度的忍受范围较大，使得制造过程中，离子布值（ion implantation）后的退火（anneal）制程能更加成功。此外，更可以让在定义闸极区域时使用自我校准（self-align）的方式，这能让闸极的面积缩小，进一步降低杂散电容（stray capacitance）。2004年后，又有一些新的研究开始使用金属闸极，不过大部分的制程还是以多晶硅闸极为主。关于闸极结构的改良，还有很多研究集中在使用不同的闸极氧化层材料来取代二氧化硅，例如使用高介电系数介电材料（high-K dielectric），目的在于降低闸极漏电流（leakage current）。 CMOS - 发展沿革 在计算机领域，CMOS常指保存计算机基本启动信息(如日期、时间、启动设置等)的芯片。有时人们会把CMOS和BIOS混称，其实CMOS是主板上的一块可读写的RAM芯片，是用来保存BIOS的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。CMOS RAM本身只是一块存储器，只有数据保存功能。而对BIOS中各项参数的设定要通过专门的程序。BIOS设置程序一般都被厂商整合在芯片中，在开机时通过特定的按键就可进入BIOS设置程序，方便地对系统进行设置。因此BIOS设置有时也被叫做CMOS设置。

早期的CMOS是一块单独的芯片MC146818A(DIP封装)，共有个字节存放系统信息。386以后的微机一般将 MC146818A芯片集成到其它的IC芯片中(如82C206，PQFP封装)，586以后主板上更是将CMOS与系统实时时钟和后备电池集成到一块叫做DALLDA DS1287的芯片中。随着微机的发展、可设置参数的增多，现在的CMOS RAM一般都有128字节及至256字节的容量。为保持兼容性，各BIOS厂商都将自己的BIOS中关于CMOS RAM的前

字节内容的设置统一与MC146818A的CMOS RAM格式一致，而在扩展出来的部分加入自己的特殊设置，所以不同厂家的BIOS芯片一般不能互换，即使是能互换的，互换后也要对CMOS信息重新设置以确保系统正常运行。 在今日，CMOS制造工艺也被应用于制作数码影像器材的感光元件，尤其是片幅规格较大的单眼数码相机。虽然在用途上与过去CMOS电路主要作为固件或计算工具的用途非常不同，但基本上它仍然是采取CMOS的工艺，只是将纯粹逻辑运算的功能转变成接收外界光线后转化为电能，再透过芯片上的数码─类比转换器（ADC）将获得的影像讯号转变为数码讯号输出。

CCD及CMOS的发展概况和技术趋势

目前主流的影像传感器（图像传感器）主要有CCD和CMOS两种。是数码相机、数码摄像头等产品的核心部件。CCD是电荷藕合器件图像传感器的简称，CMOS是互补性氧化金属半导体的简称，它们都采用高感光度的半导体材料制成。能把光线转变成电荷，然后转为信号。两者的生产工艺和所使用的设备和计算机芯片差不多，所以目前很多主流CMOS/CCD的厂商同时也是芯片制造商。

随着近几年半导造工艺的成熟，CCD/CMOS产品成本逐渐降低，主要体现在制造工艺上从5.2微米逐步向45nm演进，使得单位面积的CCD/CMOS能够承载更多的像素单位，目前市场上800万像素的数码相机已经很常见。在成本上跟电脑内存差不多，容量18个月翻一番，价格却在持续下降。

最近几年数码影像产品的价格已经跌倒普通消费者能够接受的水平，向一般家庭普及。传统相机由于技术的局限，已经无法取得突破性的进步，在成本和性能都被采用影像传感器的新兴影像设备所取代，目前传统影像设备已经逐渐从市场上消失，仅在高端市场上坚守最后一块阵地。

目前影像传感技术已经普及到国民经济的各个部门，比如医疗影像、军事侦查、卫星拍摄、气象预报、安防产业、光学检测、工业自动化控制、指纹检查等。和现代电子计算机技术、软件技术、光学技术的有机结合将促进影像传感器的进一步普及，更多的新应用将呈现在人们的眼前。 CMOS技术发展迅速 有可能成为未来主流

当前CCD在成像质量上优于CMOS，所以在数码相机、医疗影像、卫星拍摄等对分辨率要求较高的领域CCD是主流，而另一方面由于CMOS采用标准的半导体生产工艺，生产成本低，耗电少，普遍用在手机和电脑摄像头。由于技术差异，CCD较多得用于静态影像，如拍照；CMOS则擅长于动态影像，如视频监控；另外CMOS还可以把一些周边电路集成到芯片中，在便携式设备中大量使用。

表一

对比两种技术的未来发展趋势，笔者认为未来CMOS将是主流。我们可以从以下几个方面来进行思考： 一、CMOS影像传感器技术演进速度远远快于CCD技术。CCD技术的像素从5.2微米演进至1.7微米耗时12年之久，而CMOS技术完成这一变化则只用了3年时间。

二、从市场的扩张速度来看，CMOS也高于CCD，2006年预计图像传感器市场交货总额为7.12亿美元，总体市场份额中CCD出货量从40%减少到30%左右。

三、CMOS已经在成像的通透性、对实物的色彩还原能力等方面迎头赶上，总体性能的超越似乎只是时间问题。

四、目前CMOS已经主导手机拍照市场。CCD在过去三十年已经是成熟的技术，由于其技术的独特性，改进困难，在成本上已经很难与CMOS竞争，由于其必须采用高于10伏的电压，功率较高，很难集成到一些便捷式产品中。

五、CCD技术主要掌握在日本人的手中，阻碍了技术的传播，而几乎一般的半导造商都可以制造CMOS，所以成本下降很快，也有利于技术进步。

因此，CMOS取代CCD是市场的发展趋势，06年的时候，美光影像集团新市场开发总监Paul Gallagher更是断言，CMOS技术将最终取代CCD技术，在未来4～5年内，CCD市场将不断下滑，预计在10年后CCD市场份额将仅剩10%左右。

全球市场竞争格局和近几年发展趋势

目前CCD市场的主要厂商为索尼、夏普、松下等日本厂商，后来进入图像传感器领域的厂商基本上都采用CMOS技术，因为它采用标准的半导体工艺，技术门槛相对校低，并且技术进步快，被大多数公司看好。索尼牢牢占据着CCD第一大供应商的位置。

跟CCD浓重的日本色彩不同，CMOS厂商则散布于美欧日等发达国家，以2007年为例，CMOS供应商按产值的排名如下：美国OmniVision、美国美光半导体、欧洲意法半导体、日本东芝、日本索尼。根据表二所示，去年OmniVision以7.25亿美元的销售收入跃居第一位，增长了34%。美光、意法半导体、东芝均出现了不同程度的下滑。索尼在积极补课CMOS，索尼的熊本新厂于07年开始完工并量产，把索尼拉进了CMOS前五。

表二

2006年9月日本的调查公司TechnoSystemResearch统计指出，2005年CMOS传感器的全球市场规模达4亿3440万个，为2004年的2.2倍；金额则为13亿2300万美元（约1480亿日圆），为2004年的1.7倍。其市场规模在数量上已超越CCD。根据市场调研公司In-Stat 07年提供的数据，虽然数码相机增长强劲，但手机仍是图像传感器的主要市场，占总出货量的75%以上。据市场调研公司IC Insights数据，2006年可拍照手机的出货量将从2005年的3.65亿部增长到4.75亿部，而且可拍照手机在总体手机市场中所占的比例也在不断上升。据IC Insights的报告，2006年可拍照手机占总体手机出货量的比例将达%左右，而2005年是45%。 自2002至2007年全球图像传感器市场大约以35%的速度在发展，主要得益于拍照手机的全面普及，还有数码相机需求的飙涨。于是乎，在这种形势下，各大厂商纷纷增加产量，而2007年却迎来了市场的寒冬。2007年，CCD和CMOS图像传感器合并销售下降7%，主要由于上半年摄像手机库存清理，市场需求增长放缓，以及工业和办公设备应用中的销售疲软，比如制造系统中图像机器、复印机和扫描仪等。CMOS销售下滑12%，CCD增长为零。

ICInsights公司今年四月份发布的分析报告指出，2008年图像传感器市场将出现反弹。预计2008年图像传感器市场规模将达76亿美元，比2007年增长10%。ICInsights分析员RobLineback表示，预计2008年CMOS图像传感器销售将上升19%，达到44亿美元；同时，预计2008年CCD市场下降1%，为32亿美元。不过该报

告在撰写的时候可能没考虑到下半年欧美会出现严重金融危机，全球需求萎缩的情况，实际情况要等明年的分析报告。根据信产部提供的数据今年整体手机销量严重下滑，多家国产手机厂商生存艰难，国外品牌也被迫降价，深圳山寨机库存严重，一系列消息，都让人对今年的CMOS市场感到担忧。

国内现状与思考

中国在图像传感器领域目前还处于起步阶段，仍有很长的路要走，由于图像传感器属于半导体产业的一部分，因此，影像传感器的发展取决于国内芯片制造技术的进步。目前具有背景的中芯国际、和舰科技、台积电等厂商在的芯片厂已经颇具规模，欧美的因特尔、意法半导体也相继在中国大连和深圳设厂。根据最新的消息今明两年有可能开放12英寸晶圆及0.13微米制程甚至90纳米制程技术到投资，势必会进一步促进中国芯片产业的发展。

在技术选择方面，无疑CMOS必选的方向，CCD技术一直掌握日本人手中，欧美发达国家厂商多年来都无法在该领域分一杯羹，我们应该吸取教训，选对方向。2007年IBM向中芯国际授权45纳米大批量CMOS技术，2008年10月中芯国际宣布成功开发0.11微米CMOS 图像传感器工艺技术，在此工艺下生产的器件，其分辨率、暗光噪声和相对照度都将得到增强。无疑，中国本土厂商进军影像传感器产业的号角已经吹响！

CMOS与CCD传感器深度解析

去年以来的DV市场呈现了百花齐放的繁荣景象。传统磁带摄像机、DVD摄像机、硬盘摄像机、高清摄像机的发展并行不悖，各种新技术、新功能不断涌现。在这些新技术中，格外引人注目的是——CMOS传感器进入DV领域。熟悉数码摄像机的人都知道，感光芯片是DV最核心的部件，其作用相当于电脑的CPU。过去，几乎所有DV采用的都是CCD传感，而作为DV阵营中最重量级的厂商，索尼明确地提出了未来高端DV发展的趋势是“CMOS+HDV”。三星、佳能等厂商也不同程度地加大了CMOS传感器技术的研发。下面就为大家详细分析一下到底CMOS传感器能在多大程度上给快速发展的DV市场带来变革： 一、CMOS传感器代表DV未来的发展方向

1、索尼、三星、佳能等厂商大力投入CMOS传感器的研发

CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor），它的中文名称是“互补性氧化金属半导体”。主要是利用硅和锗这两种元素所做成的，使其在CMOS上共存着带N（带-电）和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。

cmos工作原理 在影像行业里，佳能公司很早就开始着手开发去除CMOS信号噪音的技术，并创造出集成电路杂音减少技术、电荷转移技术和集成电路程序的扩大增益技术，使CMOS传感器具备了媲美CCD的画质，并领先于其它公司将其运用于数码单反相机之中，并因此而闻名。 ccd工作原理 作为全球最重要的CCD厂商，索尼其实也很早就已经开始CMOS传感器的研究。2004年索尼扩大了在日本的CMOS生产，斥资5000亿日元投产了CMOS图像传感器生产基地，明确宣布将CMOS传感器作为今后发展重点。2004年9月，尼康发布了使用索尼研发的1000万像素CMOS传感器的顶级单反数码相机D2X。2005年索尼发布了使用1000万像素CMOS传感器的数码相机R1。显示了索尼在该领域所具备的的顶尖研发与生产实力。 随后索尼开始了小尺寸CMOS传感器的研究，开发了1/3英寸的300万像素CMOS传感器，并率先将其应用到DV领域，给了业界以极大震惊。自2005年3月以来，索尼先后发布了6款应用CMOS传感器的DV机型。

作为世界半导体巨头的三星公司也投入了相当大的研发力量。从2005年下半年到2006年初，三星相继发表了多个不同型号CMOS感光元件，在这一领域已经取得相当大的成果。虽然目前还没有三星开发DV用CMOS感光元件的消息，但从近期发表的研究成果来看，三星进入这一领域仅仅是时间问题。

2、索尼先后发布了6款应用CMOS传感器的DV机型

自2005年3月以来，索尼先后发布了6款应用CMOS传感器的DV机型，它们分别是： 2005年3发布的DCR-PC1000E，它是索尼第一款采用CMOS传感器技术的数码摄像机。 在2005年7月，索尼发布了采用CMOS传感器的便携式高清数码摄像机HDR-HC1E，这款HDV的推出将索尼在CMOS领域的尝试推向了新的顶峰，使HDV真正走向普及成为可能。不久索尼发布了采用同样CMOS传感器的HC1E的专业版机型HVR-A1C。

在2006年3月，索尼发布了采用经过技术改进的“晶锐CearVID CMOS传感器”的两款DVD数码摄像机DCR-DVD905/DCR-DVD505。

2006年5月，索尼发布了采用“晶锐CearVID CMOS传感器” 的便携式高清数码摄像机HDR-HC3E。

从目前来看，索尼采用CMOS传感器的6款DV，主要集中在中高端机型，不过有一点应该指出的是，这些中高端机型已经将过去同档次机型的价位大大降低。相信随着技术的进步和成本的进一步降低，CMOS传感器在中低端DV领域的普及不过是早晚的事。 3、给HDV最有力的支持

随着CMOS在制造工艺和影像处理技术上的不断突破，业内对CMOS的前景预测也越来越乐观。高清数字影像的普及更是CMOS技术发展的一个难得机遇。在索尼发布的三款便携式民用高清DV中，无一例外地都使用了1/3英寸的CMOS传感器。与CCD相比，CMOS的制造原理更加简单，体积更小，功耗可以大大的降低。而且同样尺寸的CCD要比CMOS贵很多，这阻碍了HDV向普通大众的普及。对于普通大众来说，价格昂贵、体积过于庞大是很难被接受的。

从索尼主打“CMOS+高清”的整体策略来看，未来的数码摄像机将出现CCD和CMOS齐头并进的态势，CCD独唱的局面将一去不复返。 二、CMOS与CCD传感器深度解析

1、传统CCD和CMOS的比较

CCD和CMOS感光元件都采用感光二极管作为捕获光线的部件，感光二极管受到光线照射时会输出电流，电流的强度则和光照的强度成正比。但不同的是，一个CCD感光单元除了感光二极管之外，只包括一个控制相邻电荷的寄存器。而CMOS感光单元的构成则比较复杂，除了感光二极管之外，还包括放大器和模/数转换电路，这样一个感光单元就包含了一个感光二极管和三个晶体管。每个CCD或CMOS感光单元就是感光元件上的一个子像素。

HC1E上使用的CMOS传感器

不过，CCD和CMOS感光元件的工作原理并不相同。在CCD中，每个感光单元产生的电荷，也就是模拟信号沿着同列的垂直寄存器逐次传输，并逐次与下一个感光单元的信号结合，直到进入水平寄存器，最终由输出端经过放大器的放大输出。这些模拟信号再经过模数转换芯片处理之后，以二进制图像矩阵的形式传输给专用的DSP芯片处理。而在CMOS中，单个单元就可以完成电信号的放大和模/数转换工作，所得的数字信号合并后直接交给DSP芯片处理。不同的结构和工作原理使得CCD和CMOS这两种感光元件各自拥有不同的特点。 2、CCD和CMOS的优缺点

由于CCD感光元件的单个感光单元结构简单，因此在相同面积下，CCD感光元件可以做得比CMOS更加精细，分辨率更高；同时，在感光单元中，感光二极管占有更大的面积，所得图像也比较艳丽；此外，由于统一进行信号放大，因此图像的噪音小。不过，CCD也有一些缺点，首先是要使用专用的制造设备，而且一个单元的损坏会造成整个列的失效，成品率低，导致生产成本较高；其次，CCD需要外加电压才能使电荷流动，并且不同的垂直寄存器需要的电压不一样，要用专用的电源管理电路配合，功耗比同尺寸的CMOS高；再次，由于CCD感光元件本身无法和模/数转换等周边电路整合，因此整个模块的小型化比较困难。

CMOS感光元件可以利用标准的CMOS半导体芯片生产技术大规模生产，同时，它的每个感光单元都是的，即使损坏也不会影响到其他单元，因此生产成本低廉；其次，由于每个单元进行信号放大和模/数转换，因此不但功耗很低，而且整个模块的体积也更小。但是，由于感光单元中更大的部分被放大器和模/数转换单元占据，传统CMOS元件的开口率很低，由此导致光利用效率差，色彩也不够艳丽；此外，由于每个单元输出，初始信号的放大率很难做到严格统一，因此图像的噪声问题比较严重。 3、不断发展的CMOS新技术

首先是制造工艺的提升。减小晶体管的尺寸，扩大感光单元的有效感光区域是提升CMOS感光元件开口率最直接的办法，这方面的代表技术是索尼的“精细处理技术”。索尼的HDV-HC1使用的 1/3英寸300万像素CMOS感光元件通过采用精细处理技术，减小了晶体管的尺寸，成功地使灵敏度比普通CMOS提高了20%，动态范围提高了56%，噪音也进一步降低。

降低噪声技术——CMOS感光元件的噪声来源有两种：一是固定图像噪声，指的是由于感光单元的放大器放大率不同而出现的噪声；二是由于内部电磁干扰产生的随机噪声。降噪的方法一是在CMOS芯片内部内置降噪电路，二是在DSP芯片中作降噪处理，其余还包括优化CMOS感光元件的结构等等，佳能、索尼等公司在数码相机用CMOS感光元件和处理芯片中都已经搭载了效果很好的降噪技术。

索尼在数码摄像机的影像处理技术（也就是所谓的“算法”）上的改进也很重要。索尼专门为CMOS感光芯片开发了“增强型影像处理器”，使用了全新的算法，能够很好地提升HDV影像的动态范围，表现影像的层次感。

三、采用CMOS传感器的代表机型（一） 1、DCR-PC1000E——世界首款3CMOS摄像机

2005年3月的CES大展上，索尼展示了自己的首款3CMOS数码摄像机DCR-PC1000E。该机采用了3块1/6英寸的COMS传感器。另外，该机配备的高精度色彩处理系统保证了摄像机所拍摄的动态和静态影像质量，使色彩还原更加出色。据索尼称PC1000E可以获得更好的影像质量，比一般单CCD的DV色彩还原要更准确，层次更丰富。值得一提的是通过索尼独特的像素位移技术，PC1000E可以生成280万像素的静态数码照片，提供最大分辨率1920×1440像素的照片拍摄功能。PC1000E配备了10倍光学变焦卡尔蔡司T*镜头，光圈值为F1.8-2.4。另外，该机装载了一块12.3万像素2.7英寸宽屏触控式液晶显示屏，可以在屏幕上进行图像缩放和录制操作，效果出色。PC1000E支持4声道立体声音效记录，配合选配的环绕声麦克风（ECM-HQP1）可以录制具有完美表现的4声道音效。

评价：从某种意义上说PC1000E还是一款“试验机型”，该机与索尼原来色彩鲜艳的风格有所不同，色彩表现更倾向于真实自然，缺点是低照度下的噪波比较明显，这与它采用的传感器尺寸比较小有关系。现在看，索尼更倾向于使用单片、大尺寸传感器，这种3块1/6英寸的小尺寸传感器的机型，不会是今后的重点。 2、HDR-HC1E

HDR-HC1E配备了1/3英寸，300万像素的CMOS影像感应器，结合索尼特别为CMOS影像感应器所设计的强化型影像处理器，实现了更宽广的动态范围。此外，得益于这项技术，HC1E具有低耗电量的优点。

HC1E配备了10倍的光学变焦卡尔蔡司Vario-Sonnar T*镜头，使用了最先进的多层涂膜技术，能有效减少耀光和鬼影现象，使摄录画质色彩自然，画面生动逼真。

HC1E也是一台具有静像照片拍摄功能的高清数码摄像机，在静像拍摄模式下，可拍摄具有更加完美细节和锐利的280万像素的静像照片。

HC1E的用户可自由选择拍摄格式，HDV1080i (16：9)格式，或标准的DV格式（16：9或4：3）以配合自己视听环境。以HDV1080i格式拍摄的影像，可以直接在高清电视机上回放。HC1E全新的4声道麦克风和新颖设计电路，极大的增强了前端的立体声录音功能，令HDR-HC1E录制出清晰，生动的声音效果，并降低了噪音。

评价：在PC1000E的基础上，索尼对数字处理电路进行了改进，使HC1E无论在色彩，还是分辨率上都有了很大的改进，该机在影像品质方面有不错的表现。但是HC1E的最低照度仍然是7Lux，CMOS感应器的灵敏度仍然需要改进。把CMOS用于民用高清，是索尼大胆的尝试，CMOS在成本方面的优势占了很重要的原因。 3、索尼HVR-A1C

A1C是HC1E的升级版。A1C配备了一块1/3英寸、297万像素的新型CMOS影像感应器，实现了更宽广的动态范围记录。在拍摄HDV格式时有效像素可达到198万，.结合特别为CMOS所设计的强化型影像处理器， 使拍摄出来的影象更加清晰。

A1C采用了口径37mm的高精确卡尔蔡司Vario-Sonnar T*镀膜镜头，可做10倍光学变焦以及120倍的数码变焦。此镜头采用了先进的多层表面T*镀膜涂层，有效减少了约52%不必要的耀光和鬼影现象。

A1C采用全新的HDV格式—HDV 1080i标准，可以拍摄并重放1080i HD信号，同时兼容索尼DVCAM产品具有的HDV/DVCAM/DV(SP)格式的录制及重放。另外A1C使用了“HD解码引擎”，采用了实时MPEG编码/decoding系统，能实时处理高质量和高效率的视频信号。A1C手动功能相当丰富，可以进行手动曝光、手动对焦、定点对焦、点测光、手动白平衡等设置。这些我们均能够通过LCD屏幕上的触摸按键来操作。A1C采用了一块12.3万像，2.7寸大的混合式LCD，并具备轻触式功能。

评价：A1C针对HC1E存在的一些问题，又进行了改进，从影像品质来看，已经趋向于完美。该机可以适应更多的拍摄环境，扩展能力更强。 四、采用CMOS传感器的代表机型（二） 4、索尼 HC3E

HC3E采用了1/3英寸Clear-vid CMOS传感器，静态像素400万，可以在拍摄1080i高清晰视频图像。HDR-HC3E体积仅有82×139×78mm，比2005年步入市场的HDR-HC1E缩小了26%，同时增加了高清晰电视及其他产品的主流接口HDMI。拥有卡尔•蔡司Vario Sonnar T* 10倍光学变焦镜头，配合光学变焦可以达到80倍，口径30mm。同时，索尼在HC3E上引入了Easy Handycam按键，舍弃了HC1配备的麦克风输入接口，抛弃了手动快门速度控制及color bar（彩条）与shot transition（专业的换景效果）功能等。

评价：HC3E是索尼公司第三代便携式民用高清摄像机，相对于前者来说，索尼的技术人员通过压缩镜头的尺寸和将机器内3块芯片整合成一个，从而减小了机器的尺寸，HC3在尺寸上比HC1缩小了26%左右，重为500g，与普通的家用DV已经没有太大的区别。另外，HC3的价格也更加便宜。体积更小、价格更加便宜，这两点会加速便携式民用高清摄像机的迅速普及，其中CMOS传感器的功劳不可抹杀。此外Clear-vid CMOS的性能比前代更加优越。 5、索尼 DVD905E

DCR-DVD905E是索尼新推出的DVD摄像机旗舰机型，采用了1/3英寸晶锐ClearVid CMOS传感器，能拍摄最高400万像素的静态照片。晶锐CMOS传感器具有更高的动态范围，更低的噪点，并有效减少拖尾现象，同时还具有超高速数据读取和低功耗的特点。DCR-DVD905E配备了新的增强型影像处理器和30mm大口径10倍光学变焦蔡司Sonnar T*镜头。为了达到更好的取景效果，DCR-DVD905E使用了21.1万像素的3.5英寸的超级晶彩屏。DCR-DVD905E还具备 “平稳缓慢拍摄”功能。DCR-DVD905E具备双重录制功能，带有记忆棒插槽，在拍摄动态视频的同时可以拍摄高分辨率静态照片，并且都兼容PictBridge打印协议。支持DVD-R、DVD-RW和DVD+RW制式的8cm DVD光盘。

评价：把CMOS传感器引入DVD摄像机领域，是索尼既定的战略。不过DVD905E的实际静态像素为200万，400万像素是插值的结果。