红外焦平面阵列能够探测到自然界微弱的红外辐射能量,并对其进行积分等处理产生图像信息,被广泛应用于军事和民用领域。读出电路是红外焦平面的核心模块,其性能更是决定着红外焦平面阵列应用的关键。由于第三代红外探测器的发展,像素达到百万级、热灵敏度的噪声等效温差达到1mK量级的基本特征对传统模拟读出电路的性能提出了巨大的挑战。而数字式读出电路将ADC集成在芯片内,为第三代红外探测器的实现提供了巨大的可能,因而发展数字式红外读出电路显得尤其重要。本文基于SMIC 0.18μm CMOS工艺,采用像素级ADC型数字式焦平面结构,完成了 128X 128阵列,像素单元面积35μm×35μm的高动态范围低功耗数字式红外读出电路的设计。读出电路的像素输入级采用DI型电路结构,对输入信号进行积分。为了实现像素单元内A/D转换,放弃了常用的ADC结构,设计了一种脉冲调制电路进行A/D转换。为了实现读出电路的高动态范围,创新地采用两段计数(数字域和时间域)的方式对积分信号进行计数,并设计了一种14位的异步计数器和静态存储器以及相应的数字逻辑运算模块。最后,完成整体版图的设计以及积分电路的后仿真。后仿真结果表明:电路工作在100Hz的帧频下,采用20MHz的高频时钟进行残留电容的测量,读出电路所能达到的最大积分电荷量为3.07Ge-,量化噪声为902e-,电路的动态范围为120dB,单个像素单元的功耗为2.12μW,整体芯片功耗为34.8mW,指标满足设计要求。