脉冲光束成像技术已经被广泛应用于工业控制、医疗检测、车载电子、深空探测等领域,而读出电路是脉冲光束成像系统的核心部分,其性能决定了成像的质量。光电二极管阵列在脉冲光束成像中有着广泛的应用,本课题以应用于光电二极管阵列的CMOS读出电路为研究背景,对2×2像元读出电路这一研究热点展开研究,具有很好的前瞻性和应用价值。本文首先分析了光电二极管和读取电路的基本原理,建立了光电二极管的等效模型,并对比分析了读取电路中常用的基本结构。为了解决像元输出电压宽摆幅、高线性度等关键技术问题,对传统的电路结构进行了改进,提出了一种电流分档和首地址主动输出的方法,在此基础上,给出了前置放大器、恒定增益放大器、输出驱动级、像元放大模块以及地址映射电路等结构。基于速度和面积的考虑,前置放大器采用电阻负反馈跨阻放大器结构,通过改变反馈电阻大小,实现可变增益控制。对于像元多地址输出的问题,提出了一种新颖的首地址主动输出的方法,基于功耗和速度的考虑,采用简单的组合逻辑电路实现。对于2×2像元电压读取的多通道输出问题,设计了一种四通道电压通道选择电路,通过并联的传输门开关实现。本文采用SMIC 0.18μm 1P6M CMOS工艺,完成了2×2像元读取电路各个功能模块电路的设计,并用Cadence进行了功能的仿真验证。在输入幅值范围为1μA~100μA,脉冲宽度100 ns,脉冲间隔为500 ns的脉冲光电流(模拟脉冲光信号)仿真条件下,基于规模44?的光电二极管阵列,对2×2像元读取电路进行了系统的仿真验证,输出像元电压的非线性误差小于?3.5%,像元功耗为3.672mW,达到了预期目标,同时实现了像元首地址地准确输出,从而验证了电路功能的可靠性。