从电荷搬移到混合域累加：TDI-CMOS图像传感器的架构演进摘要时间延迟积分（TDI）技术是高速低照度线扫描成像的核心手段。长期以来，TDI依赖CCD的电荷转移机制实现低噪声累加，但CCD的高功耗与工艺不兼容性促使研究者探索CMOS实现路径。本文系统梳理TDI-CMOS图像传感器的架构演进脉络：从早期模仿CCD的像素内电荷转移方案，到将累加操作移出像素阵列的电压域模拟累加与数字累加架构，再到兼顾灵敏度与灵活性的电荷-数字混合域累加方案。文章重点分析各架构的信噪比特性、速度瓶颈与设计权衡，揭示“电荷域保真累加”与“CMOS电压读出灵活性”之间的核心张力如何驱动架构创新。关键词：时间延迟积分；CMOS图像传感器；电荷域累加；数字累加；混合域累加1 引言时间延迟积分（Time Delay and Integration, TDI）是一种面向相对运动场景的扫描成像技术。其基本原理是：沿扫描方向排列多级像素，目标依次经过各级像素曝光，各级产生的信号同步累加，最终输出一行合成图像。理想情况下，N级TDI可将信号提升N倍，而不相关噪声仅增长√N倍，信噪比（SNR）改善可达√N。这一特性使TDI在低照度、高速扫描场景中具有不可替代的价值，典型应用包括平板显示检测、晶圆缺陷检测、遥感成像与胶片数字化。传统TDI传感器几乎全部基于CCD技术。CCD的物理机制天然适合TDI：光生电荷可以在像素间直接转移，累加在电荷域完成，转移过程本身几乎不引入额外噪声。然而，CCD工艺制造成本高、功耗大，且难以与外围数字电路单片集成。CMOS图像传感器（CIS）凭借低成本、低功耗、高集成度的优势，在消费电子领域全面取代了CCD，但在TDI应用中长期难以替