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互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器因具有结构简单、可集成度高、价格低廉、读出电路快等优点,逐渐成为图像传感器发展的主流方向。随着军事、医学等领域对高速目标追踪的需求,基于CMOS的高速图像传感器理论逐步建立起来。基于传统有源像素(Active Pixel Sensor,APS)结构的高速图像传感器帧频较高,数据量和功耗较大,这严重制约着高速CMOS图像传感器的进一步发展。借鉴于数字型图像传感器(Digital Pixel Sensor,DPS)将光信号转换为数字码间间隔的数据压缩方式,本文设计了一种脉冲阵列式图像传感器。该图像传感器可实现在相同数据带宽条件下,压缩数据量,从而使帧频得到有效提升。本文设计了一种将脉冲间隔表示与传统高速扫时序相结合的像素结构。通过将光强转换为数字脉冲间隔,图像传感器需要传输的数据量得到了压缩。同时,搭配高速扫描时序即可实现对采集的高速运动物体信息进行及时的输出。基于该像素架构及芯片整体设计方案,本文完成了像素模块、偏置电路模块和列驱动模块的电路设计和仿真验证,并绘制最终的全芯片版图结构。此外,本文还对空间噪声在像素阵列引入的非一致性进行了详细的分析,并在此基础上提出了乘以测量系数矩阵进行抑制的算法。本文采用0.11μm工艺对脉冲阵列式图像传感器进行设计并完成相应的测试工作。像素阵列的测试结果表明:采用单位时间且1lux光强下像素产生的脉冲个数(Digital Number,DN)作为灵敏度的衡量指标时,该图像传感器的灵敏度为14.8DN/(lux.s);传感器信噪比为42.5dB;在复位电压为3.3V,参考电压为1.593V时,传感器的动态范围为70dB。速度测试结果表明:该图像传感器可抓拍3000r/min的转盘信息。阵列非一致性测试结果表明:采用脉冲频率方式还原图像时,在均匀光强为500lux,采用该抑制算法可实现将图像的标准差从18.4792降至0.5683。