|
|
|
CMOS器件感受新机遇
|
|
Sensing New Opportunities
|
|
■iSuppli公司分析师 杰伊·斯里凡察
|
在过去几年中，人们一直期望CMOS（互补金属氧化物半导体）感光器件能够获得快速发展，但面对CCD（电荷耦合器件）器件的压倒性优势，这种技术却遇到了巨大的挑战，在数字相机领域中就是如此。
iSuppli预测全球CMOS市场将从2001年的1800万美元增长到2005年的7200万美元。同时，CCD的增长将相当缓慢，只是从2000年的4900万美元增长到2005年的8200万美元，如图1所示。全球CMOS器件的销售收入将从2001年的3.67亿美元增长到2005年的10.67亿美元(如图2所示)。
要想打破CCD器件的垄断，CMOS器件还面临许多设计上的难题。随着人们对性能的要求不断提高，高分辨率、低功耗、高读出速度、低噪音等都已成为CMOS器件面临的难题。特别是，像素尺寸和动态范围已经严重影响了CMOS器件的信噪比。
现在已有多家公司开始接受这种挑战，努力研制性能同CCD相当而价格更便宜的CMOS器件。
CMOS器件将主要应用在手机和低端的数字相机中。这种器件的优势是制造简单，其工艺同内存、微处理器及其他半导体器件完全相同，所以就能将其他一些功能集成到一块芯片上，这一特点使它成为手机及低端数字相机上极受欢迎的器件，因为在这些地方，低能耗、高集成度和最低的成本是最关键的因素。
表1是关于CMOS器件在这些应用刺激下的市场预测。
手机市场
手机市场正在成为CMOS器件制造商们的下一个机会。随着视频流、电子邮件、发送图片及视频等功能在手机上的广泛应用，这个市场很快就会发展起来。
但是，手机市场对这些CMOS器件制造商也有一些特别的要求，同其他应用的要求并不相同。这些要求包括：
●CMOS相机应能在2.7V或更低的电压供应条件下工作，功耗小于100mW。
●可同时支持静态及动态图像拍摄。
●分辨率应达到CIF或VGA水平，刚开始时也可以以QCIF为标准。
●整个器件，包括传感器、光学器件、镜头、图像处理与存储器件等在内，成本应低于10美元。
●整个部件的面积不应大于1平方厘米。
随着外形成为最主要的设计要求，感光能力成了另一个大问题，因为在手机上安装闪光灯是很不现实的。在一定的像素尺寸上，CCD的感光能力比同级别的CMOS器件高，但它对电源的要求也高，同时缺乏集成能力，所以它难以成为CMOS器件真正的竞争对手。
易受电磁干扰（EMI）影响是CMOS面临的另一个难题。因为照相镜头一般在手机上总是离天线很近，所以会受到相当强的电磁干扰。但这个问题可以通过革新安装方法来解决。
从消费者那边来看，能否接受这种照相手机还是个问题。但随着2.5G和3G网络的铺设，带宽已经越来越大，消费者将拥有把图像从手机传送到PC机、电视甚至打印机的能力。
低端数字相机市场
售价低于125美元的数字相机市场是CMOS器件的另一个机会。总量而言，市场占了全部数字相机市场销售额将近20%，制造商们已经开始感受到这一市场的活力。卡西欧、柯尼卡、富士、Tomy、Takara、Bandai和日立等厂商都发布了面向此市场的机型。为降低成本，这一类相机通常只有35万或更少的像素，分辨率一般为640
480或更低，它们都采用了CMOS器件。
但是，这些机型见不到高端CCD数字相机上的任何特征。用户不可能拍出照片级的清晰图像，也不能浏览刚拍下的照片，因为通常这些机型上都没有配备LCD显示面板，也不能用存储卡来存储照片。这些相机的存储容量一般不超过1MB，只能存5到10张照片。使用这类机型的用户一般也只用它拍的照片来发发E-mail或作为网页素材。
CMOS感光器件技术
CMOS感光器件由一个感光二极管阵列组成，一个感光二极管就是一个像素，它们首先把光转化成电信号，然后再把电信号传送到变压器，经过放大，成为输出的电信号。在主动像素传感器（APS）中，每个像素都有自己的放大器产生各自信号。而在被动像素传感器（PPS）中，每个像素本身并没有放大器，所以对低光照环境比较敏感。
PPS器件由于噪音过大，所以拍摄效果很差，APS感光器件也因此成为目前最常用的感光器件。在APS器件中，每个像素都有自己的放大器，所以就能单独读取每个像素的信号，这同CCD器件上必须每次读取一列或整片的情况完全不同。但另一方面，由于每个像素都是单独读取的，所以不同像素间的电压变化也会产生噪音，从而影响图像质量。但在CMOS器件中，可以集成诸如时钟驱动、模数转换器、时间逻辑及曝光控制电路等设备来使其在合理的情况下得到比CCD更低的成本。
通常，CMOS相机拍出的照片都比CCD相机拍出的要差一些，主要原因包括较高的固定模式噪音、光感能力低、较高的暗电流、由于焦平面快门的影响使像素尺寸难以变小等。
某些问题的来源是CMOS加工工艺，通过改进电路设计就可以极大地减轻其影响。表2中列出了CCD和CMOS器件各自的优势和不足之处。
|
|
