长波红外焦平面是第三代红外探测器发展的一个重要方向。红外焦平面器件由光电红外探测器阵列和读出电路两部分组成。长波红外波段的背景和目标辐射信号较强,需要设计大电荷存储容量读出电路实现大动态范围,提高目标探测的温度分辨率。由于长波红外探测器存在暗电流大、背景高的特点,读出电路动态范围的大小直接影响应用系统的探测性能。读出电路是进行红外信号的积分、放大以及将信号由并行探测器端依次传输到串行输出端,是红外焦平面的重要组成部分。在面阵焦平面的有限单元面积中设计高读出效率、大动态范围的电路结构是长波红外焦平面读出电路的技术难点。本课题针对长波红外焦平面大动态范围读出电路的设计展开研究,分析了大动态范围的长波红外读出电路设计的难点。针对长波红外探测器具有动态结阻抗低、暗电流较大、背景高的特点,在30μm中心距面阵焦平面的有限单元面积中设计了一种反馈跨阻型(CTIA)、大动态范围的长波红外焦平面读出电路结构。创新性采用分时共享积分电容的结构,在采用CTIA结构、30μm中心距下,单元最大效电荷容量达到57.5Me~-。本文介绍了320×256读出电路设计架构以及读出电路单元读出结构、信号采样保持和输出级等功能模块的设计及模拟仿真。电路读出结构采用CTIA结构,对CTIA的性能进行相应的理论推导及仿真验证。在电路数字模块设计,本电路采用滚动读出工作模式,设计了内部工作时序,解决了因分时积分而造成帧频降低的问题。基于CSMC 0.35μm标准CMOS工艺,进行了电路前端模拟仿真,在版图设计完成后进行后端仿真,并流片验证。320×256读出电路经过常温、低温的测试评估,电路功耗208mW,线性度98.9%,读出速率2.41MHz,电荷容量49.1 Me~-,达到了设计要求。