时间延迟积分(TDI)型CMOS图像传感器可以对同一物体进行多次扫描,并把扫描得到的信号进行低噪声累加,所以它能够达到很高的灵敏度和信噪比,非常适合应用在暗光拍摄和高速扫描拍摄的条件下,在工业检测和航空拍摄等领域具有很高的应用价值。ADC及读出电路是TDI型CMOS图像传感器的重要组成部分,列级ADC相对于芯片级ADC,它的处理速度快,相对于像素级ADC,它的面积和功耗小。所以本文研究了TDI型CMOS图像传感器的工作原理和设计方案,重点对其中的列级ADC及读出电路进行了研究和设计。相对于电流累加方式,电压累加方式的列FPN和功耗较低；相对于传统的行滚筒式曝光方式,改进型行滚筒曝光方式对同一物体曝光的一致性更好,所以论文中TDI型CMOS图像传感器选用电压累加和改进型行滚筒曝光方式的方案。对于列级ADC,常用的结构有单斜ADC、逐次逼近ADC、迭代算法ADC等,这几种结构都能满足论文指标中对ADC的速度要求,但是单斜ADC的功耗低,结构简单,便于列级版图实现,所以论文中采用单斜ADC的结构。结合系统整体的要求,ADC采用误差校正技术提高了数据精度,采用比较器失调消除技术保证了良好的列间一致性,并且后续读出电路中采用正反馈型寄存器,提高了电路的可靠性。论文中采用宏利半导体公司的0.18um标准CMOS工艺对TDI型CMOS传感器中列级ADC及读出电路进行了前仿真验证、版图设计和后仿真验证。仿真结果表明ADC的数据精度为10位,速度为32K,1024列ADC和读出电路的总功耗为120mW,这说明论文中设计的列级ADC及读出电路能够实现其功能并且满足系统的指标要求。