随着非制冷红外热成像仪的广泛应用，制作出更大面阵，更小像元，更高集成度的高可靠性低成本且具有高性能数字信号处理能力的智能灵巧型系统级芯片是当前非制冷红外焦平面阵列的主要发展方向之一。本论文在介绍了国内外非制冷红外焦平面及其读出电路的现状和发展趋势的前提下，立足于我国研究现状和发展需要，设计出了基于25μm×25μm像元的640×512元非制冷红外焦平面读出电路，该电路可以实现无热电制冷器（Thermo-Electric Cooler，TEC）补偿功能，同时片上集成了14bit单斜率模数转换电路(single-slop ADC)。本论文首先采用自顶向下的设计方法明确电路的功能、工作流程和设计要求；然后定义了各功能模块与结构连接，最后进行了电路的设计，并通过仿真验证了所设计的电路。论文的主要研究内容总结如下：1、根据读出电路设计的实际情况，在0.5μm CMOS工艺下，完成帧频30Hz，主频76.9MHz的高速640×512元无TEC非制冷红外焦平面阵列读出电路的设计。2、根据数字控制电路的主要功能，对数字控制电路的功能模块进行设计并仿真。主要针对传统编码/译码方式实现阵列选通时会出现版图布局困难、重复选中等问题，提出了具有更高可靠性的移位控制方法，并利用该方法实现了6种行选模式的设计。3、根据各模拟电路的主要功能与设计指标，对模拟电路的各功能模块进行设计与仿真。本文提出一种新型的电桥型单元偏置电路，实现无TEC读出电路信号的低噪声提取。该结构无需额外控制，易于实现，解决了传统衬底温度补偿方案控制复杂的问题。输出结果随衬底温度变化的温度系数为4.11ppm/℃@ΔTSub=100K。同时，实现片上列级集成14bits single-slop ADC，其有效位数达13.37bits。4、电路的可测试性设计贯穿整个电路设计过程，本论文提出了数字信号测试、高速数字输出口测试以及整体性能测试3种功能测试方法，以增加读出电路的可测试性。整体性能测试的方案可以解决探测单元制作完成前对读出电路整体性能进行测试的问题，节约了测试时间和探测器封装成本。