时间延迟积分（Time-Delay Integration，TDI）图像传感器是一类特殊的线阵传感器，它沿着传感器移动方向串行排列多行像素，使得同列的像素能够对同一物体进行多次曝光。相对于普通线阵图像传感器，TDI型图像传感器以其高灵敏度，高信噪比的特点应用于空间成像、医疗成像和工业监控等领域。本文针对128级累加TDI CMOS图像传感器读出电路进行了可行性分析，重点对数字域累加实现方案的模数转换器进行了设计。TDI CMOS图像传感器数字域累加实现方案中的读出电路包括双采样电路、Cyclic ADC电路以及数字累加电路。重点研究了采用RSD算法的Cyclic ADC电路的工作方式和各个模块的电路结构。由于受工艺条件的制约，电路中的器件会出现不同程度的失配，为了减小电容失配对ADC精度的影响，本文提出了电容失配不敏感Cyclic ADC，通过结构优化，使ADC的MDAC模块在每次量化时，电压值可以精确乘二而不受电容失配的影响，实现了Cyclic ADC对电容失配不敏感的目的。本文在现有Cyclic ADC国内外发展现状的基础上，提出了电容复用Cyclic ADC，该ADC在每次循环中输入采样和量化输入信号同步进行，并利用电容复用技术，在保证循环ADC的精度和噪声不变的前提下，减小了芯片面积，提高了循环ADC的速度。基于0.18μm标准CMOS工艺完成了电路设计仿真，在4MS/s采样速度下，ADC的功耗达到1.34mW。