从X射线脉冲星发现至今,科学家们并不满足于只对其进行观测,随着研究的深入,他们提出利用脉冲星进行人造卫星的定位和深空下飞行器的自主导航。随着应用层面上的需求源源不断的提出,目前的脉冲星探测器的性能已无法满足要求,所以对于高速、高精度、低噪声、多功能的X射线探测器的研究已然成为脉冲星探测学科的重要研究方向。结合目前外界对于X射线探测器的需求,本文首先对探测器中读出芯片进行了系统级的设计,确立了芯片基于事件触发驱动的读出方式:当单个像素探测到粒子命中事件时,首先将对像素的命中转换为对像素所在列的命中,然后在读出时将对列的读出转换为对列中命中像素的读出,通过这种处理方式使得探测器芯片的可扩展性更好,读出速度更快。探测器读出芯片通过读出控制单元进行功能配置和命中像素的地址读出。在读出控制单元中设计了一种命中顺序仲裁的算法,除了能够按像素的命中顺序进行地址输出外,还实现了对不同命中事件的分辨精度小于1μs、对单个像素从命中到读出的时间小于1μs的高精度、高速度读出。为了提升X射线探测器的可测性和寿命,读出控制单元支持通过I2C接口对每个像素的工作模式进行配置。除了正常检测X射线粒子的模式以外,读出控制单元可将像素设置为屏蔽模式和自测试模式,配合软件程序可以实现对像素阵列的定时自检和坏点屏蔽。并且用户可以通过I2C接口对读出芯片中的电流、电压DAC寄存器进行配置,以方便对芯片进行测调。对读出控制单元使用Verilog HDL语言进行了参数化的RTL建模,使得读出控制单元可以支持对任意大小的像素阵列进行读出和控制。构建了像素阵列的仿真模型,通过模型与读出控制单元进行功能仿真来替代长时间的数模混合仿真。之后采用华虹宏力0.13μm工艺对40×50阵列下的读出控制单元进行后端物理实现,生成的读出控制单元版图大小为2800μm×300μm,读出芯片整体版图面积大小为5000μm×5000μm。流片后针对此探测器芯片设计了专用的测试平台,能够对芯片的数字、模拟输出进行准确采集并传输给个人电脑进行数据分析。还开发了相应的上位机程序,能够对读出芯片的像素阵列进行屏蔽和自检测的配置,并完成噪声一致性的测试。