红外探测技术总是不断追求着更远的探测距离,更好的目标识别能力,更快的速度以及更低的功耗成本等,而要提高探测和识别距离,就必须提高空间分辨率。大规模、高集成度的红外焦平面器件是实现高空间分辨率红外成像的核心,是红外探测技术的前沿领域。随着红外焦平面器件的集成度的提高,中心距尺寸的减小,探测器及读出电路的设计会面临很大的挑战,读出电路的饱和电荷容量、噪声、功耗等关键性能会受到影响,尤其是读出电路的饱和电荷容量,会严重限制光电系统的动态范围和信噪比。针对像元中心距的减小造成读出电路难以实现大电荷容量的技术问题,本文开展了对640×512面阵的15μm中心距的红外焦平面读出电路的研究。本电路提出了一种2×2四个像元分时复用积分电容共享的技术方案,突破了单元积分电荷容量的设计限制,实现了15μm中心距的读出电荷容量可达到20e~-。该技术方案会带来帧频降低的问题,电路采用奇偶行隔行读出的工作模式有效保证了帧频,同时该读出方式可以使相邻列共享一条输出总线,从而列级缓冲器数目降低一半,降低了电路的功耗。本电路为信号传输链路内部设计了可调节的偏置电路,采用了电流镜与电压偏置可控相结合的设计思路,便于电路在不同场合下的实际使用。输出缓冲器可实现轨到轨的输入,且读出速率可达10MHz。基于CSMC 0.18μm 1P4M 3.3V的CMOS工艺完成了电路的设计及流片,进行了电路的常温功能测试、与红外探测器倒焊互连的低温性能测试、以及红外焦平面器件的成像,评价了焦平面器件的性能指标。实测结果表明:电路在77K温度下功能正常,电路有效输出摆幅可达1.45V,实现的饱和电荷容量最大可达20.60e~-,实现了本电路新的单元信号处理方案,焦平面器件的均方根噪声为0.53mV,动态范围可达68.74dB,其他性能参数基本满足预设指标要求,对测试反映出的电路设计的问题,提出了改进的方案。本文同时介绍了一款640×512、30μm中心距的可用于短波背景下的读出电路,在缺省模式下对其主要的模拟信号传输链路做了相应的仿真与讨论,电路基于CSMC 0.5μm DPTM 5V CMOS工艺完成了流片制造,进行了电路的常温功能测试及与短波探测器倒焊互连的低温测试,评价了焦平面器件的性能指标。电路的测试结果表明该电路在77K温度下功能正常,电路输出摆幅为2.4V,可实现0.45e~-/3.00e~-两档饱和电荷容量可选,读出速率可达10MHz,焦平面器件的均方根噪声为0.76mV,动态范围达69.98dB,噪声等效温差为30mK,性能指标达到了项目预期。进一步基于CSMC 0.18μm 1P5M 3.3V的CMOS工艺,开展了用于短波背景的15μm中心距读出电路的研究,并进行了模拟仿真。仿真分析了CMOS工艺的改变及电源电压的降低对部分电路模块的工作状态的影响,因此需要在此基础上改进部分模块的设计。本文的研究成果适合不同应用背景、不同波段的红外焦平面,为更大面阵、更小中心距的读出电路的设计提供理论及实践上的经验,对发展新一代红外焦平面器件、提升红外系统的信噪比和动态范围具有实际工程应用价值。