红外光电探测成像技术已经逐渐成为军事、医疗、工业、安防等领域的核心技术之一,并在朝着更广泛的适用场景、更多样化的探测模式、更低的成本等方向不断发展。红外焦平面阵列（Infrared Focal Plane Array,IRFPA）作为红外光电探测成像系统中的核心部件,由探测器与读出电路（Read-Out Integrated Circuit,ROIC）组成,是探测、识别和分析物体红外信息的关键。其中,ROIC作为IRFPA的前端信号处理电路,决定了整个红外成像系统的功能与性能,是目前国内外研究的热点。针对传统IRFPA探测功能单一的问题,本文设计了一款针对碲镉汞（HgCdTe）雪崩光电二极管（Avalanche photodiode,APD）工作于线性状态的双模式红外焦平面ROIC,既具备用于传统2D平面成像的被动探测模式,又可适用对目标物采用基于光子飞行时间（Time-of-Flight,TOF）检测的主动探测模式,实现包含距离信息的3D景深信息成像。像素电路由一种新型电容反馈型跨阻放大器（Capacitive Feedback Transimpedance Amplifier,CTIA）组成,包含两个反馈电容,根据工作模式切换电容的接入方式,实现了对微弱光生电流信号的处理,最终将其转换为包含强度信息和距离信息的电压值。同时,本文分析了双模式读出电路的工作方式,提出了将先积分后读出（Integrate Then Readout,ITR）和边积分边读出（IntegrateWhile Readout,IWR）两种方法相结合的读出方式,与仅采用ITR的传统读出方式相比可大大节省读出时间,有效地提升了系统工作效率。基于 TSMC 0.18μm CMOS 工艺在 Cadence 电子设计自动化（Electronics Design Automation,EDA）开发平台上完成阵列规模为16×16、像元面积为50×50μm2的双模式红外焦平面ROIC电路与版图的设计、前仿真与后仿真验证、参与MPW流片并完成研制样品的封装测试。电路工作的环境温度为-196℃,在5V供电电压下,电路的仿真结果表明,满阱容量可达到8.4Me-,在4MHz的读出时钟频率下,帧频为12kfps,被动探测模式下的线性度大于99%,主动探测模式的探测距离约900m,相对误差率绝对值小于1%。由于测试条件受限,本文在常温和超低温环境下完成了单像素电路部分性能测试,测试结果表明:电路在常温环境下线性度为88.38%,与常温仿真结果相比,降低了 10.4%;-196℃环境下满阱容量为8.4Me-,与常温测试结果对比,积分曲线斜率明显更加稳定,线性度优于常温结果。