红外焦平面器件是红外探测技术的核心部件,碲镉汞雪崩光电二极管（mercury cadmium telluride avalanche photodiode,Hg Cd Te APD）是目前红外焦平面技术前沿研究之一,它具有高增益、低的过剩噪声因子、高灵敏度和高速探测等优点,能实现激光主被动探测、高灵敏度探测和高精度三维成像。本课题对制冷型红外焦平面高精度时间分辨所需读出电路的关键技术做了详细分析。对时间数字转换电路（time to digital converter circuit,TDC）和时间电压转换电路（time to voltage converter circuit,TVC）两种方式实现高精度时间分辨率的方法开展了研究。基于CSMC 0.5μm 2P3M工艺,完成红外焦平面电路的设计与仿真、版图绘制、流片及测试验证。本文首先分析了低温（77 K）对MOSFET器件模型的影响,修正了BSIM3v3仿真模型,在此基础上,设计了一款游标型TDC来实现高精度时间测量,游标型TDC精度主要由比较器精度和两条延迟链差值精度决定,设计采用高速比较器,传输时延为10.01 ns,不同工艺角下失调电压最大值为0.45 m V,实现12 bit的精度;延迟链的延迟单元采用压控式结构,实现全摆幅调节,测试结果表明,低温下电路时间精度达到236.28 ps。为了减小片外注入高频时钟带来的噪声影响,设计基于片内产生高频时钟的电荷泵锁相环,将外部输入10 MHz的时钟倍频到120 MHz的内部时钟。电荷泵锁相环设计中,压控振荡器采用差分对称结构,减小电路噪声对锁相环抖动带来的影响。在鉴频鉴相器中加入延迟单元以消除死区和毛刺,电荷泵电路增加了延迟单元和镜像电流源用于减小失配,电路仿真得到相位噪声为109 d Bc/Hz@1MHz。对时间电压转换的方式实现时间精度的Hg Cd Te APD探测器的读出电路结构进行了分析,并对飞行渡越时间（time-to-flight,TOF）理论计算方法进行了研究,在此基础上搭建了一套高精度时间标定的测试平台,对测试系统和环境噪声进行标定,得到系统噪声引入的时间抖动为179 ps。对测试仪器造成的固定时延进行校准,对影响TOF精度的电压、电容、斜坡发生器的精度以及高精度电压源的精度等参数进行理论分析,耦合中波碲镉汞APD探测器进行三维成像测试,在工作温度为77 K下,测试得到电路线性度高达99.9%,饱和电荷容量为7 Me-,时间精度抖动的均方根为2.107 ns。