近年,随着光电检测技术的不断发展以及器件工作环境的逐渐极端,对于信号检测灵敏度的要求也越来越高,普通的光电探测器与电路设计显得无能为力。雪崩光电二极管（Avalanche Photon Diode,APD）是一种高灵敏度的新型光电探测与传感器件,它具有感应灵敏度高、检测速度快、集成度高以及使用便捷等特点,已广泛应用于天文观测、国防测控以及航空探测等领域。工作于线性模式下的APD具有光子检测率高、功耗低、可连续检测等优点,检测时,APD接收到光信号照射,并将其转化为电流输出,由于其输出的脉冲电流信号幅度低,脉宽短,因此需要设计相应的读出电路对输出电流进行处理以得到易辨识的电压信号。本文根据光信号检测读出应用的实际需求,基于线性模式APD器件的特性,设计完成了一种高集成度的适用于阵列应用的像素级读出电路,主要包括跨阻放大器、采样电路以及缓冲输出电路模块。通过研究APD的器件特性与工作原理,对其进行参数分析与等效模拟后得到了APD的等效模型,针对线性模式下APD输出电流过小的问题,研究分析读出电路各种输入级的结构及原理,结合应用背景选择并设计了电容反馈式跨阻放大器作为读出电路的输入级,对信号进行放大处理以提高线性APD的增益,该结构具有增益大、线性度高、注入效率高等优点;设计了相关双采样电路以及小面积的单位增益输出缓冲电路,来降低电路中的噪声并将信号无损传输,达到读出微弱光信号的目的;同时,针对目前亟待解决的APD读出电路阵列非均匀性问题,区别于目前主流的算法解决或外接FPGA、数字等方法,设计了一种可集成于片上的新型自适应模拟校正电路,校正电路主要包括翻转检测、移位寄存器、开关驱动寄存器、DAC以及缓冲输出级模块,能够有效解决因探测元偏置存在差异所导致的阵列非均匀问题,电路工作时取阵列中一探测元作为参考,通过校正其余探测元,将其结果调节至与参考单元相同来解决阵列非均匀性问题。本文采用Global Foundry 0.35μm工艺,基于Cadence仿真平台,对本文所设计电路进行仿真验证,结果表明所设计的读出电路可准确读出光生电流信号并将其转变为电压信号放大后读出,当光电流为6p A时,读出电路输出电压为1.660V,当光电流为10p A时,输出电压为1.205V,阵列读出非均匀性校正电路可在外加偏置存在1V的不均匀电压时,将483.5m V的输出误差电压校正至4.7m V左右。最终,完成了2×2 APD阵列读出电路且设计有非均匀性校正模块的系统版图,并提交流片。