时间延迟积分(TDI)技术是一种能获得较高的信噪比和灵敏度的先进技术。传统上,时间延迟积分技术多使用电荷耦合器件CCD工艺。但随着CMOS图像传感器的快速发展,通过标准CMOS工艺实现的TDI线阵图像传感器具有集成度高、功耗低、低成本、芯片可缝接等CCD器件很难实现的优点。课题组自主研发了TDI型CIS芯片,本文所研究的内容就是针对大动态范围(HDR)TDI型CMOS图像传感器的时序控制系统所展开的研究。在对TDI CIS最新研究进展和可行性分析的基础上,首先,本文基于沿扫描方向的行滚筒式曝光方式实现了TDI CIS的时序控制系统,采用自顶向下的设计流程,设计并详细分析了像素阵列、累加器、列级ADC和I~2C总线的时序控制电路。然后,为了提高图像传感器的成像质量,基于双曝光技术,对时序控制电路进行了优化,采用两种方式实现了动态范围的扩展;并提出了一种积分级数自调节的工作模式,为了更好地适应多变的目标场景,此算法可以使图像传感器在图像过亮、图像过暗、动态范围过窄、饱和区域过大这四种情况下自动进行积分级数的调节,以拍摄出高质量的图像。最后,对优化后的时序控制系统进行仿真、逻辑综合、布局布线、时序分析,最终流片;并对积分级数自调节的算法进行了FPGA验证。时序控制电路部分与模拟部分结合验证,能够实现信号累加的功能并正确输出。基于双曝光技术对控制时序进行优化,可实现动态范围的扩展,理论分析得动态范围最大可增加42dB,而且这一动态范围扩展的原理对于其他结构的TDI CIS具有通用性。对于积分级数自调节算法经FPGA验证后,图像传感器可根据当前光照和场景实时进行积分级数自动调节的功能,能够满足使用要求。