红外成像系统应用广泛，近些年发展非常迅速，尤其是其中的面阵型成像系统因为其成像稳定、不需扫描等特点应用非常广泛。红外读出电路(ReadoutIntegrated Circuit：ROIC)作为红外成像系统中重要的一部分，正向着大规模、小像素尺寸的方向发展；另外由于制冷型红外成像需要使用制冷设备，所以功耗已成为大规模读出电路设计的首要问题之一。 本论文的研究工作主要针对面阵型读出电路展开，完成了384×288读出电路的整套设计和128×128试验芯片的流片、测试。其中384×288 ROIC中的功能有：积分时间可调、积分然后读出(Integration Then Readout：ITR)和积分同时读出(Integration While Readout：IWR)工作模式可选、两级增益可选、开窗等。128×128试验芯片测试结果表明：试验芯片工作正常，实现了384×288ROIC所需各种功能，验证了体系结构的可行性。128×128读出电路的整体功耗为37.5mW左右，实现了低功耗设计的目标。在试验芯片的测试基础上完成了384×288读出电路的改进设计。 本文的创新点有： (1)提出了一种新型四像素共用反馈放大器的结构(Quad-Share Buffer DirectIniection：QSBDI)。设计面向的探测器输出阻抗较小(100KΩ)，对偏置电压要求能精确控制，QSBDI可以在实现稳定的偏置、高注入效率的同时实现低功耗和较低的固定模式噪声(Fixed Pattern Noise：FPN)，是一种适用于面阵型读出电路的低功耗像素结构。 (2)提出了主从两级读出和输出总线分割技术相结合的低功耗列读出结构。主放大器使用电荷放大器，完成电荷到电压的转换；从放大器是电压放大器，驱动输出总线负载电容。输出总线分割技术是将阵列中的列进行分组，每次其中的一组与输出总线相连，这样可以大大降低CMOS开关的寄生电容，减小从放大器的功耗。与单级列电荷放大器的列读出级结构相比，可节省约87％的功耗。 (3)提出了输出总线预复位和输出总线预置两种列读出级结构。在输出总线预复位结构中，两条输出总线轮流读出，一条读出时，另外一条被复位到中间电平，可将大信号建立过程时间缩减为原来的1/2；输出总线预置结构则是在读出电路中共有四条输出总线轮流读出，当选中读出时，输出总线上不再有大信号建立过程，而只有小信号建立过程，电荷放大器的带宽下降，功耗降低；二者相对于采用单纯功耗动态管理的单级列电荷放大器结构，可分别节省20％和70％的功耗。 (4)设计实现了支持ITR、IWR功能的像素电路，实现了支持积分时间可调、两级增益可选、开窗读出的384×288体系结构设计。128×128的试验芯片测试表明来自于像素级电路的功耗仅为5mW左右，验证了低功耗结构，同时其他各项功能也完全正确。 (5)设计完成了改进版的384×284读出电路，采用输出总线预置结构的低功耗列读出级，除包括128×128测试芯片的全部功能之外，还加入1个或4个输出端口可选的功能。