CCD.CMOS单板摄像头

认识CCD.CMOS单板摄像头的电路原理与历史

一、CCD.CMOS单板摄像头的电路原理：

    CMOS，全称Complementary Metal Oxide Semiconductor，即互补金属氧化物半导体，是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料。采用CMOS技术可以将成对的金属氧化物半导体场效应 晶体管（MOSFET）集成在一块硅片上。该技术通常用于生产RAM和交换应用系统，在计算机领域里通常指保存计算机基本启动信息（如日期、时间、启动设 置等）的ROM芯片。
CMOS由PMOS管和NMOS管共同构成，它的特点是低功耗。由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间要么PMOS导通、要么NMOS导通、要么都截至，比线性的三极管（BJT）效率要高得多，因此功耗很低。

    相对于其他逻辑系列，CMOS逻辑电路具有以下优点：

    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器件的输入电阻极大，从而使CMOS期间驱动同类逻辑门的能力比其他系列强得多

二、CCD.CMOS单板摄像头的历史：

    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（双载流子互补式金氧半）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栅极或是元件中的PN结（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元件的栅极使用铝做为材料。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信号规格出现，取代了虽然有着较简单的信号 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，栅极氧化层的厚度越来越薄，所能承受的栅极电压也越来越低，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栅极多半使用多晶硅制作。和金属栅极比起来，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，更可以让在定义栅极区域时使用自我校准（self-align）的方式，这能 让栅极的面积缩小，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栅极，不过大部分的制程还是以多晶硅栅极为主。关于栅极结构的改良，还有很多研究 集中在使用不同的栅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），目的在于降低栅极漏电流（leakage current）。

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