红外成像技术是一种具有强抗干扰能力的探测技术,目前已经广泛应用于军事制导、气象探测、安防监控等多个领域。主动成像系统与被动成像系统是红外成像技术的两种典型应用。被动成像系统自身不带光源,它通常用于检测目标物体自身发出的红外辐射信号,相对来说更易受到环境光源的影响。主动成像系统一般包含特定的光学辐射源,这种成像系统的环境对比度高、分辨率高、抗干扰能力强。由于两种成像系统特点迥异,应用范围有所差异,为了充分发挥主被动两种成像模式的独特优势,利用模式的兼容与组合实现一种支持两种成像模式的新型读出电路,具有重要的学术意义和良好的工程应用价值。改进后的新型读出电路其应用场景有效拓宽,制作成本也得到了显著降低。本文采用子阵列法提升了电路系统的输出帧频,从数据扫描方式、系统读取时序、阵列时钟方案出发,设计了128×128阵列读出电路完整的系统结构及与其配合的工作时序;为解决阵列系统功耗较大的问题,本文对两种典型的行选、列选电路功耗进行了分析,最终选用计数译码方式控制行列选信号的低功耗方案;由于读出电路所用探测器的工作温度为77K,本文还设计了一款具有灵活切换功能的电流偏置电路,解决了低温下偏置电流难以准确控制的技术难题;在系统版图设计层面运用时钟树、条带电源网格结构布局布线,抑制了长距离走线带来的信号电平跌落问题。本文基于TSMC 0.18μm CMOS工艺完成了77K温度下时序逻辑电路、斜坡产生电路、电流偏置电路、缓冲器电路等系统关键外围模块的前后仿真与常温测试工作,并对完整的128×128双模式阵列读出电路进行了前仿验证。仿真结果表明,在模拟5V、数字1.8V的供电电压下,本文设计的阵列读出电路帧频为244Hz,系统平均功耗6.41W,主动模式下系统的时间分辨率≤10ns,相对误差率绝对值≤1%。由于测试条件有限,仅对单像素读出电路系统控制时序在常温下进行了功能认证,此外还对偏置电路、斜坡产生电路进行了性能检测。测试结果表明,本文设计的偏置电路电流切换功能正常,斜坡产生电路的电压输出范围1V～4V,时间检测范围量程达到6μs,斜率误差最大为0.182m V/ns,峰值抖动为68m V,性能相比后仿结果有明显退化,但除斜率误差与峰值抖动外,各项指标均满足设计要求。