单光子探测技术可以探测极其微弱的光信号,在物理学、化学、生物医学、天文学和信息科学等自然学科领域的超灵敏弱光检测中发挥着重要的作用。雪崩光电二极管是一种基于雪崩倍增效应的光电探测器件,由于其具备单光子探测能力、便于集成、对制冷系统要求低,而成为实现单光子探测器的理想选择之一。由于InGaAs盖革雪崩光电二极管（Geiger mode Avalanche Photon Diode,GmAPD）探测器可以工作在人眼安全且具有成熟激光器的近红外波段而受到了研究人员的广泛关注。读出电路芯片是盖革雪崩红外焦平面探测器的重要元件之一,用于控制光敏芯片的工作状态、对光子飞行时间高精度计时并将计时数据高速输出。接口电路作为读出电路的前端模块,负责实现对盖革雪崩光电二极管的淬灭、复位以及异常像元高压保护等功能,它的性能对盖革雪崩焦平面的暗计数、后脉冲、可靠性等诸多性能参数有着至关重要的影响。在大规模GmAPD阵列中,受限于面阵应用中功耗、版图面积等因素的约束,在小像元低功耗条件下设计出高性能的接口电路存在着较大的困难和挑战。本课题针对盖革雪崩焦平面探测器用读出电路接口设计,对器件的超高速淬灭和异常像元高压保护等接口技术进行研究。主要研究内容及成果包括:（1）为了实现淬灭电路的电路设计与精准仿真,根据实测的GmAPD I-V曲线拟合得到了其多段式函数解析式,进一步建立了GmAPD器件的行为级仿真模型。在整个工作区域内,模型的拟合精度可达93%,并搭建电路对仿真模型进行了功能性验证。（2）根据器件原理和等效电路模型,对GmAPD接口电路的瞬态响应特性进行研究。依据研究成果,根据面阵GmAPD探测器的应用需求分别设计了用于同步门控模式与自由运转模式GmAPD的接口电路。淬灭电路采用基于电容感应的主被动淬灭结构。仿真结果显示,设计电路的淬灭时间分别为1.75 ns和1.8 ns,复位时间分别为3.8 ns和1.5 ns。自由运转模式下,接口电路hold-off时间调节范围为0.854μs～3.697μs。试验结果表明,设计电路可以完成淬灭功能,满足应用需求。（3）基于0.18μm 6M1P标准CMOS工艺设计了一种基于熔丝的具有异常像元高压保护功能的淬灭电路。研究首先通过建立直流与交流小信号模型,对熔丝熔断前电阻与熔断后电阻进行约束,使其分别满足高速淬灭和高压保护的要求。设计熔丝版图,并通过实验,详细比较了0.18μm标准CMOS工艺中常见的熔丝结构。最终根据理论分析结果,选择了有转角的金属熔丝,将其与淬灭电路集成,完成了异常像元高压保护淬灭电路设计。为了测试电路功能,将电路芯片分别与GmAPD和用于模拟异常像元的电阻连接,进行了相关测试分析。测试结果表明,熔丝熔断前后电路功能正常,并且可以在75 V的高压下正常工作。