本论文是天津市科委重点科技攻关项目“高性能大动态范围CMOS图像传感器设计”研究工作的一部分。由于CMOS成熟的工艺和固体图像传感器技术的研究成果,CMOS图像传感器发展迅猛,以其功耗低、动态范围宽、可靠性高、体积小、价格便宜等特点,成为图像处理技术中的关键设备,广泛应用于摄像机、数码相机、移动通讯产品、安全监控、汽车安全气囊、指纹识别等领域。该项目的完成可以为设计图像采集和处理方面的专用集成电路以及实现系统集成奠定坚实的基础,并具有广阔的市场前景。本人在毕业设计期间主要参加了CMOS图像传感器的像素设计和部分模拟信号处理电路的设计工作。本论文着重阐述了双积分双采样像素设计、列前置放大器设计和ADC驱动放大器的设计。首先概括了CMOS图像传感器的发展动态以及设计中的关键因素;根据项目的应用要求,将CMOS图像传感器分成几个模块,并分别计算各模块的性能指标;研究像素的相关概念,并对像素的噪声分析,通过计算获得像素的输出信号与输入光强的关系,使用Hspice进行仿真,完成了像素的详细设计;研究放大器的各组成部分,如电流源、开关电容、共模反馈等电路,根据放大器的特点,选择适当的结构设计完成两组放大器,使用Hspice进行了仿真;综合所有匹配性版图设计的规则,并将这些规则运用到项目的版图设计中。Hspice的仿真结果表明,双采样像素结构能够实现动态范围的扩展;所设计的各级放大器均能够很好的完成信号的放大,达到模块的性能要求。本论文具有独创性的工作包括:完成了能够实现动态范围扩展的双采样像素结构;在较窄的宽度范围内设计了带有密勒补偿的两级运放;设计了带有共模反馈回路的高速折叠共源共栅放大器。