随着荧光检测技术在生命科学领域应用越来越广泛,弱光信号的探测需求越来越大,基于CMOS图像传感器的电容反馈跨阻放大器(Capacitive Trans-impedance Amplifier,CTIA)型读出电路,具有片上集成、高增益、低噪声和通量大等诸多优点。但在传统的读出电路中,弱光信号受到光电二极管偏置电压引起的暗电流和非线性影响,将直接制约荧光检测读出电路的精度与信噪比,因此传统的读出电路已无法满足荧光检测的根本需求。为了改善荧光检测的系统性能,本文主要针对CTIA型读出电路系统架构进行验证,详细阐述了CTIA型读出电路系统的工作原理,并重点针对噪声性能进行理论分析。在CTIA电路中,一种新型双增益结构被提出,通过增益开关控制低增益模式(Low Gain,LG)和高增益模式(High Gain,HG)。同时在深阱工艺下设计的T型开关有效地降低开关漏电流。在采样电路系统中,相关双采样(Correlated Double Sampling,CDS)电路紧跟在单端输出积分电路后面构成降噪电路,通过减小系统失调和低频噪声实现高精度和低噪声。同时CDS电路也作为采样保持电路输出有效信号,该电路具有低功耗和结构简单等特点。在列放大电路中,实现了可编程多增益信号传输,以满足系统在不同应用下的需求。基于TSMC 65nm CMOS工艺,在Cadence IC5141平台下完成了电路的前后仿真和系统版图设计。测试结果显示,在LG模式下非线性误差为0.96%,在HG模式下非线性误差为1.34%。电路可以检测到244pA的光电流,同时检测到21.7fA的暗电流,信噪比达到了15dB,基本上可以满足荧光检测的应用需求。