近年来，基于CMOS读出电路的电子成像系统取代了基于CCD器件的电子成像系统。高性能的电子成像系统追求更高信号噪声比、更高空间分辨率、更高读出速率、更低不一致性与更低功耗。这就要求读出电路具有较大的电荷存储能力，较大的信号输出摆幅，较小的像素单元中心距，同时在保证列输出级与缓冲输出级读出速度的前提下通过电路与体系结构的改进降低功耗。 本论文的研究工作针对面阵型CMOS读出电路展开，主要研究工作有：(1)非制冷型读出电路的设计与研究，完成了32×32非制冷型试验芯片的设计、测试与分析，并完成160×120非制冷型读出电路的设计方案；(2)制冷型读出电路的设计与研究，完成了130×130试验芯片的设计、测试与分析，并完成320×240高性能制冷型读出电路的设计方案。 本论文的创新性研究成果有：(1)在非制冷型CMOS读出电路中使用共源共栅电流镜减背景电流，延长了积分时间，从而提高了信号噪声比；通过共源共栅电流镜与优化的版图设计提高了电流复制的精度，相应地降低了输出信号的不一致性； (2)在非制冷型CMOS读出电路中提出一种宽输出摆幅与宽输入/输出摆幅的列读出方案，通过增加信号摆幅提高了信噪比； (3)在制冷型CMOS读出电路中提出了新型的像素结构，使用耗尽型NMOS管做为积分电容，使电荷存储能力提高了28％，进而提高了信号噪声比；(4)在制冷型CMOS读出电路中提出了双窗口读出的体系结构，双窗口模式工作时电路可以同时对两个窗口中的像素进行读出，实现了对视场中两个高速移动目标的同步跟踪，提高了读出速率与成像效率； (5)在制冷型CMOS读出电路中提出了主从式两级放大的列放大级结构，降低了列电荷放大级的速度要求，从而使整个列放大级的功耗降低了88％； (6)在制冷型CMOS读出电路中提出了耗尽型差分输入的折叠共源共栅运算放大器结构，提高了运算放大器的输入摆幅，使得放大器在用作单位增益放大器时，信号的输入/输出范围增加了约30％，从而提高了输出信号的信号噪声比。