大像素还是高像素？

主题：大像素还是高像素？ [主题管理员:法无定法]

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alam

泡菜

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2010-01-02 22:14

iso绝不等于动态范围，
这是事实，不要再拗了。
iso会影响动态范围只因为降噪降低了细节。

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第 232 帖

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陈年泡菜

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2010-01-02 22:04

呵呵，看来网上还真有不少杂凑的东西啊

各位，一个最基本的计算，做一个14个级别的电压信号判断要多少个晶体管？每个门电路算2个，一个级别的判断3个门电路，那就是84个，2000万象素的CMOS芯片，每个象素要一个ADC，那是多少晶体管？大约是16亿

看来世界半导体技术的王者就是佳能和索尼了，它们做出了一个含有2000万个象素，外带16亿晶体管ADC，其它电路不算的感光芯片

拜托大家认真看看，那篇文章里连一个放大用的管子都要计算，能在象素里放下ADC吗？

实际上，先不论做不做得出来，单独的1个、2个ADC电路的芯片好一点的都要好几美元，除去封装成本，1000万个ADC的芯片恐怕NASA也买不起

另外，一个象素输出14位数据的话，怎么布线？并行输出还要14个开关门控制，串行输出还要寄存器和定时控制电路...上千万个ADC的芯片，简直就是恶梦

嗯，还有散热、噪声、基片设计...估计这个上千万ADC的“大活”交给哪个IC设计师都得自杀

实际上那个放大器只起到输出电压信号的作用，信号经过读出电路、放大电路，再传输到真正的ADC，8通道的CMOS芯片只有8个ADC，16通道的只有16个ADC。

[spot 编辑于 2010-01-02 22:13]

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第 231 帖

weikle

泡菜

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2010-01-02 22:03

又找了个文章，难道都说错了？

登录后可直接显示原图

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第 230 帖

法无定法

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2010-01-02 22:02

原文由 alam 在2010-01-02 21:56发表

汗，这几年前的东西................
楼主如真对感光元件的理论有兴趣的话，请先用上三五天GOOGLE查找资料，再用一两个星期消化后再来发言吧。

这些也都是GOOGLE来的，我还没有找到认为这种说法不对的文章，如果你有的话，请贴出来让我学习学习。

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第 229 帖

法无定法

资深泡菜

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2010-01-02 22:00

原文由柯纳在2010-01-02 21:49发表

估计是文科出生小编写的。

索尼的改进是把ADC做到传感器内，按列读出数据后就进行转换。这个我在172和173楼已经贴出，这里重新贴一次：
这个方块示意图显示如何在ADC前（模拟空间）和后（数码空间）进行双重降噪。
不合规外链图片,不直接显示，谨慎点击

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第 228 帖

weikle

泡菜

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2010-01-02 21:57

原文由柯纳在2010-01-02 21:52发表

不用浪费时间找了，要不你去找一些ADC线路图来看看。

哈哈，找电路图更浪费时间，估计要去图书馆找，没那闲工夫。
不过我觉得别人的文字已经说得很清楚了。

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第 227 帖

alam

泡菜

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帖子: 2280

2010-01-02 21:56

原文由法无定法在2010-01-02 21:45发表

下面这段话来自于你给出链接的这篇文章：

无论是CCD还是CMOS，它们都采用感光元件作为影像捕获的基本手段，CCD/CMOS感光元件的核心都是一个感光二极管（photodiode），该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流，而电流的强度则与光照的强度对应。但在周边组成上，CCD的感光元件与CMOS的感光元件并不相同，前者的感 ......

汗，这几年前的东西................
楼主如真对感光元件的理论有兴趣的话，请先用上三五天GOOGLE查找资料，再用一两个星期消化后再来发言吧。

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第 226 帖

柯纳

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2010-01-02 21:52

原文由 weikle 在2010-01-02 21:37发表
http://www_elecfans_com/article/88/142/2008/200801097091.html

找了个文章，CMOS每个像素都有放大器是铁定了，至于是否每个像素有AD电路，还没找到证据。

不用浪费时间找了，要不你去找一些ADC线路图来看看。

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第 225 帖

柯纳

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2010-01-02 21:49

原文由法无定法在2010-01-02 21:10发表

柯兄请看下面这个报道：

Exmor R CMOS的绝对创新

　　索尼Cyber-shot新品——WX1和TX1，首次在数码相机领域采用了一种全新的Exmor R CMOS传感器。这种Exmor R CMOS传感器的感光能力是过去同尺寸传感器的两倍，因此在光线不足的环境下拍摄，能够大幅降低噪点，获得更清晰的图像。而在此后的实际测试中也表明，这两 ......

估计是文科出生小编写的。

索尼的改进是把ADC做到传感器内，按列读出数据后就进行转换。这个我在172和173楼已经贴出，这里重新贴一次：

这个方块示意图显示如何在ADC前（模拟空间）和后（数码空间）进行双重降噪。

这个示意图也没画好，大概意思是一列数据一次读出后进行ADC，然后读取下一列。

我前面已经给出一个简单ADC示意图，起码有几十个晶体管，要把它们塞进一个像素完全不可能。

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第 224 帖

weikle

泡菜

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2010-01-02 21:48

楼主观点基本被验证，我又找到了个文章，不可能这么多人都写错了吧
http://dc.pconline.com.cn/jiqiao/jq/0701/952840.html

由于数据传送方式不同，因此CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异，这些差异包括：

　　1. 灵敏度差异：由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。

　　2. 成本差异：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个象素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破 50%的水平，因此，CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。

　　3. 分辨率差异：如上所述，CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂，其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与 CMOS传感器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。例如，目前市面上CMOS传感器最高可达到210万象素的水平 (OmniVision的 OV2610，2002年6月推出)，其尺寸为1/2英寸，象素尺寸为4.25μm，但Sony在2002年12月推出了ICX452，其尺寸与 OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率却能高达513万象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。

　　4. 噪声差异：由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。

　　5. 功耗差异：CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出，但CCD传感器为被动式采集，需外加电压让每个象素中的电荷移动，而此外加电压通常需要达到12~18V；因此，CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC)，高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。举例来说，OmniVision近期推出的OV7640(1/4英寸、VGA)，在 30 fps的速度下运行，功耗仅为40mW；而致力于低功耗CCD传感器的Sanyo公司去年推出了1/7英寸、CIF等级的产品，其功耗却仍保持在90mW 以上，虽然该公司近期将推出35mW的新产品，但仍与CMOS传感器存在差距，且仍处于样品阶段。

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第 223 帖

法无定法

资深泡菜

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2010-01-02 21:45

原文由 weikle 在2010-01-02 21:37发表
http://www_elecfans_com/article/88/142/2008/200801097091.html

找了个文章，CMOS每个像素都有放大器是铁定了，至于是否每个像素有AD电路，还没找到证据。

下面这段话来自于你给出链接的这篇文章：

无论是CCD还是CMOS，它们都采用感光元件作为影像捕获的基本手段，CCD/CMOS感光元件的核心都是一个感光二极管（photodiode），该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流，而电流的强度则与光照的强度对应。但在周边组成上，CCD的感光元件与CMOS的感光元件并不相同，前者的感光元件除了感光二极管之外，包括一个用于控制相邻电荷的存储单元，感光二极管占据了绝大多数面积—换一种说法就是，CCD感光元件中的有效感光面积较大，在同等条件下可接收到较强的光信号，对应的输出电信号也更明晰。而CMOS感光元件的构成就比较复杂，除处于核心地位的感光二极管之外，它还包括放大器与模数转换电路，每个像点的构成为一个感光二极管和三颗晶体管，而感光二极管占据的面积只是整个元件的一小部分，造成CMOS传感器的开口率远低于CCD （开口率：有效感光区域与整个感光元件的面积比值）；这样在接受同等光照及元件大小相同的情况下，CMOS感光元件所能捕捉到的光信号就明显小于CCD元件，灵敏度较低；体现在输出结果上，就是CMOS传感器捕捉到的图像内容不如CCD传感器来得丰富，图像细节丢失情况严重且噪声明显，这也是早期CMOS 传感器只能用于低端场合的一大原因。CMOS开口率低造成的另一个麻烦在于，它的像素点密度无法做到媲美CCD的地步，因为随着密度的提高，感光元件的比重面积将因此缩小，而CMOS开口率太低，有效感光区域小得可怜，图像细节丢失情况会愈为严重。因此在传感器尺寸相同的前提下，CCD的像素规模总是高于同时期的CMOS传感器，这也是CMOS长期以来都未能进入主流数码相机市场的重要原因之一。每个感光元件对应图像传感器中的一个像点，由于感光元件只能感应光的强度，无法捕获色彩信息，因此必须在感光元件上方覆盖彩色滤光片。在这方面，不同的传感器厂商有不同的解决方案，最常用的做法是覆盖RGB红绿蓝三色滤光片，以1：2：1的构成由四个像点构成一个彩色像素（即红蓝滤光片分别覆盖一个像点，剩下的两个像点都覆盖绿色滤光片），采取这种比例的原因是人眼对绿色较为敏感。而索尼的四色CCD技术则将其中的一个绿色滤光片换为翡翠绿色（英文 Emerald，有些媒体称为E通道），由此组成新的R、G、B、E四色方案。不管是哪一种技术方案，都要四个像点才能够构成一个彩色像素，这一点大家务必要预先明确。

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第 222 帖

格里格

资深泡菜

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2010-01-02 21:39

原文由不归路在2010-01-02 21:30发表

你真坏..干吗点破

楼猪把自己弄到这个高度了，只能硬着头皮错下去
你要不点破，大把菜鸟还没回过神捏

哈哈,看来你比我还坏

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第 221 帖

weikle

泡菜

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帖子: 5540

2010-01-02 21:39

CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低，CCD为提供优异的影像品质，付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用3.3V的电源即可驱动，电源消耗量比CCD低。 CMOS影像传感器的另一优点，是与周边电路的整合性高，可将ADC与讯号处理器整合在一起，使体积大幅缩小。

噪点：由于CMOS每个感光二极管都需搭配一个放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪点就会增加很多，影响图像品质。
耗电量：CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出；而CCD传感器为被动式采集，必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要12~18V，因此CCD还必须有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使CCD的耗电量远高于 CMOS。CMOS的耗电量仅为CCD的1/8到1/10。

成本：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；而CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个像素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%的水平，因此，CCD传感器的制造成本会高于CMOS传感器

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第 220 帖

weikle

泡菜

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主题: 269

帖子: 5540

2010-01-02 21:37

http://www_elecfans_com/article/88/142/2008/200801097091.html

找了个文章，CMOS每个像素都有放大器是铁定了，至于是否每个像素有AD电路，还没找到证据。

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第 219 帖

spot

陈年泡菜

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帖子: 4121

2010-01-02 21:30

原文由法无定法在2010-01-02 21:27发表

也许确实是我的理解有问题，不过，认为这也算一种A/D转换电路的恐怕还是比较普遍的：

......

DSLR里的AD转换电路是要能区分出14位的精度，请问，难道你认为1个管子就能完成14个级别的判断吗？

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第 218 帖

不归路

泡菜

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帖子: 405

2010-01-02 21:30

原文由格里格在2010-01-02 21:12发表

我感觉您有些不怀好意嘛?呵呵,等着看什么?看楼主继续出洋相?不厚道啊!呵呵!

你真坏..干吗点破

楼猪把自己弄到这个高度了，只能硬着头皮错下去
你要不点破，大把菜鸟还没回过神捏

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第 217 帖

格里格

资深泡菜

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帖子: 3272

2010-01-02 21:28

原文由 weikle 在2010-01-02 21:19发表

小人之心。我基本倾向于认同楼主观点，如何不厚道啊
就是每个像素都有AD和放大电路，CMOS是非常有技术壁垒的玩意，有上千万个AD电路很正常啊。现在intel cpu都10几亿个晶体管呢

[weikle 编辑于 2010-01-02 21:24]

呵呵,也许是我对你理解错了,如果这是您的真心话,那我收回前面的玩笑话

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第 216 帖

spot

陈年泡菜

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主题: 47

帖子: 4121

2010-01-02 21:28

原文由 weikle 在2010-01-02 21:19发表

就是每个像素都有AD和放大电路，CMOS是非常有技术壁垒的玩意，有上千万个AD电路很正常啊。现在intel cpu都10几亿个晶体管呢

[weikle 编辑于 2010-01-02 21:24]

CPU虽然也很复杂，但它是真正的数字电路，就像内存一样，只要能区别开两个电压信号就行，AD转换电路是模拟电路，首先它可不是一个管子，其次为保证放大的精度、噪音控制等等，必要面积是是否关键的，就像你不能指望一个2"小喇叭做到5"喇叭的音质一个道理。

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第 215 帖

法无定法

资深泡菜

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帖子: 8116

2010-01-02 21:27

原文由 dvcam 在2010-01-02 21:17发表

LZ说的CMOS像素上的A/D转换电路，其实就是个MOS管，作用是把电荷转换成电压，而不是模数转换的ADC，LZ可能搞混了。。。

也许确实是我的理解有问题，不过，认为这也算一种A/D转换电路的恐怕还是比较普遍的：

CMOS与CDD的区别

　　CCD与CMOS传感器是被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。
　　CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。
　　造成这种差异的原因在于：CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真，因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理；而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声，因此，必须先放大，再整合各个象素的数据[1]。

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第 214 帖

spot

陈年泡菜

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帖子: 4121

2010-01-02 21:24

原文由法无定法在2010-01-02 21:17发表

既然你就是这样认为的，你就这样认为好了。我接受格里格兄的建议，不再回复你的任何帖子。

楼主，这可不是我就这样认为，我可没有你的大能，独自发明全新的CMOS理论，从ISO放大功能是数字信号处理，到上千万个AD转换电路的芯片，我可是有大量资料支持的，图也是拷贝粘贴的

，既然你也自命为搞技术的人士，这些问题，哪怕你能找到一个网上的技术资料证明也行啊

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第 213 帖

weikle

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主题: 269

帖子: 5540

2010-01-02 21:19

原文由格里格在2010-01-02 21:12发表

我感觉您有些不怀好意嘛?呵呵,等着看什么?看楼主继续出洋相?不厚道啊!呵呵!

小人之心。我基本倾向于认同楼主观点，如何不厚道啊
就是每个像素都有AD和放大电路，CMOS是非常有技术壁垒的玩意，有上千万个AD电路很正常啊。现在intel cpu都10几亿个晶体管呢

[weikle 编辑于 2010-01-02 21:24]

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第 212 帖

法无定法

资深泡菜

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主题: 25

帖子: 8116

2010-01-02 21:17

原文由 spot 在2010-01-02 21:14发表

只能说，记者笔误或者听错了，如果兄弟你的整个长篇大论的理论基础就来源于这么一篇报道，我不得不对你的胆量表示由衷的钦佩

既然你就是这样认为的，你就这样认为好了。我接受格里格兄的建议，不再回复你的任何帖子。

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第 211 帖

dvcam

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帖子: 560

2010-01-02 21:17

原文由法无定法在2010-01-02 21:04发表

指教不敢当，大家共同探讨。

首先我们知道ISO放大电路或算法的作用是对传感器采集到的信号进行放大，这是一个基本的前提。没有传感器的输出信号，放大是没有意义的。

CMOS传感器的每个象素由感光二极管和放大器与A/D转换电路构成，这个放大器的功能是放大模拟信号使得信号能够被A/D转换电路接收从而产生输出。其作用 ......

LZ说的CMOS像素上的A/D转换电路，其实就是个MOS管，作用是把电荷转换成电压，而不是模数转换的ADC，LZ可能搞混了。。。

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第 210 帖

法无定法

资深泡菜

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主题: 25

帖子: 8116

2010-01-02 21:14

原文由格里格在2010-01-02 21:03发表
搂主,听我一句,如果你是高智商的人,请不要再回复了!

谢谢，我会认真考虑的。

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第 209 帖

spot

陈年泡菜

泡网分: 33.646

主题: 47

帖子: 4121

2010-01-02 21:14

原文由法无定法在2010-01-02 21:10发表

传统的CMOS传感器每个像素点都要搭配一个对应的A/D转换器以及对应的放大电路

只能说，记者笔误或者听错了

，如果兄弟你的整个长篇大论的理论基础就来源于这么一篇报道，我不得不对你的胆量表示由衷的钦佩

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第 208 帖

老克

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帖子: 75943

年内主力装备

NIKON D850

NIKON D700

2010-01-02 21:12

原文由有闲人在2009-12-30 00:08发表
觉得LZ分析得很有道理

D700的升级版如果加入高清摄像，起步的ISO再低点儿，同时保持1200万像素就好了

D700的升级版如果能略高一些像素（好比1800万）同时又保持高感的特性不变，那就是很好的卖点。

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第 207 帖

格里格

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主题: 13

帖子: 3272

2010-01-02 21:12

原文由 weikle 在2010-01-02 21:06发表

讨论得挺好的啊，等着看呢

我感觉您有些不怀好意嘛?呵呵,等着看什么?看楼主继续出洋相?不厚道啊!呵呵!

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法无定法

资深泡菜

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主题: 25

帖子: 8116

2010-01-02 21:10

原文由柯纳在2010-01-02 20:57发表

呵呵，CMOS每个像素上肯定无法实现AD转换。

CMOS传感器与CCD的差别是像素上面有放大线路，这是Noble当年发明的3T（Transistor 晶体管）CMOS像素，Mrst负责重设（和供电），Msf是放大，Msel是行选择。还有其他一些变种设计如4T、5T、6T等，无非是改善视频表现如总体快门等。

下一个回帖我给你看一个简单的ADC线路。

柯兄请看下面这个报道：

Exmor R CMOS的绝对创新

　　索尼Cyber-shot新品——WX1和TX1，首次在数码相机领域采用了一种全新的Exmor R CMOS传感器。这种Exmor R CMOS传感器的感光能力是过去同尺寸传感器的两倍，因此在光线不足的环境下拍摄，能够大幅降低噪点，获得更清晰的图像。而在此后的实际测试中也表明，这两款Cyber-shot数码相机不仅提供了最高ISO 3200的高感光度，并且噪点抑制能力相当优秀。同时，这两款数码相机还提供了手持夜景拍摄、全景扫描等一系列先进功能也是对新一代影像传感器的技术延伸。

　　Exmor R CMOS传感器的秘密究竟在哪里？在揭晓这个秘密之前，我们不妨先来回顾一下传统CMOS传感器的结构。传统的CMOS传感器每个像素点都要搭配一个对应的A/D转换器以及对应的放大电路，因此，这部分电路会占用更多的像素面积，直接导致光电二极管实际感光的面积变小，感光能力变弱。CCD的单个像素点不需要A/D转换器和放大电路，光电二极管能获得更大的实际感光面积，开口率更大，因此在小尺寸影像传感器领域，目前CCD仍占据一定优势，而在大尺寸影像传感器领域，由于单个像素点的面积大，A/D转换器和放大电路占用的面积只是整个像素的很小一部分，影响不大，因此CMOS传感器也得到了广泛的应用。

　　而Exmor R CMOS的秘诀是，将光电二极管“放置”在了影像传感器芯片的最上层，把A/D转换器及放大电路挪到了影像传感器芯片的“背面”，而不是像传统CMOS传感器一样，A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层，“挡住了”一部分光线。这样一来，通过微透镜和色彩滤镜进来的光线就可以最大限度地被光电二极管利用，开口率得以大幅度提高，即便是小尺寸的影像传感器，也能获得优良的高感光度能力。

　　相比较之下，传统的表面照射型CMOS传感器的光电二极管位于整个芯片的最下层，而A/D转换器和放大电路位于光电二极管上层，因此光电二极管离透镜的距离更远，光线更容易损失。同时，这些线路连接层还会阻塞从色彩滤镜到达光电二极管的光路，因此直接导致实际能够感光更少。而Exmor R背照式CMOS传感器显然一劳永逸地解决了这样的问题。因为这种技术是从硬件结构层面上做了彻底的解决，而不仅仅是优化微透镜、增大开口率这么简单。

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第 205 帖

spot

陈年泡菜

泡网分: 33.646

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帖子: 4121

2010-01-02 21:10

原文由法无定法在2010-01-02 21:04发表
......
CMOS传感器的每个象素由感光二极管和放大器与A/D转换电路构成，这个放大器的功能是放大模拟信号使得信号能够被A/D转换电路接收从而产生输出。其作用是使得感光二极管接收到的微弱信号能够驱动A/D转换电路。所以，这个放大器的增益是固定的，即在设计芯片的时候就确定了，不会也不可能通过设置 ISO值来改变，否则将会引起信号失真，也会使得电路变得更复杂。任何一个数码相机的ISO放大电路都位于传感器芯片之外，与传感器每个像素的放大电路没有什么关系。因为ISO放大电路只需要也只能对传感器输出的信号（对CMOS芯片，这个输出信号就是数字信号，因为A/D转换是在传感器的每个像素上完成的）进行处理，既没有可能更没有必要去改变传感器上每个像素的放大能力。

楼主啊，你真是半导体天才啊，一个拥有1000万，2000万，甚至更多个ADC的芯片！

PS：还都是14位的～～～～～～～～～～

[spot 编辑于 2010-01-02 21:11]

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第 204 帖

佛法

资深泡菜

泡网分: 26.755

主题: 3

帖子: 828

2010-01-02 21:07

都是专家,让偶学习了一些非常专业的知识,致敬!顺便顶一下.

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