随着现代科技的发展,红外探测技术被广泛的应用于军事和民用领域。红外焦平面阵列（Infrared Focal Plane Array,IRFPA）是红外光电探测系统的重要部分,主要包括红外探测器面阵和读出电路（Readout Integrated Circuit,ROIC）。红外光电探测器负责收集目标的红外辐射,并将光信号转化为电信号,ROIC作为前端处理电路,需要将探测器产生的微弱电流信号进行放大、采样、降噪等处理,它决定了整个红外成像的质量,是当前国内外研究的重点。针对传统焦平面读出电路功能单一的问题,本文设计了一种多功能红外焦平面读出电路,在紧凑的像素面积条件限制下实现了日光标准成像、弱光高增益成像、异步激光脉冲检测和二维距离测量四种功能。该读出电路同时集成主动和被动两种成像方式,在像素级水平上对激光信号以及热红外信号进行采集。针对红外热成像的被动探测模式,构建了一种电容反馈型跨阻放大器（CTIA）,采用不同电容的切换来实现宽动态范围的成像,并重点对电路的满阱容量和噪声特性进行分析与优化。同时提出一种消除漏电效应的结构,提高了微弱电流检测的精度。针对主动激光探测模式,本文选取了以电阻反馈型跨阻放大器（RTIA）为输入级的异步脉冲电流检测电路和光子飞行时间（Time-of-Flight,TOF）测量电路,并单独设计验证了一种双采样的TAC电路,实现单帧检测宽量程和高精度的TOF。最后,根据多功能读出电路的工作模式,提出了先积分后读出（Integrate Then Readout,ITR）的读出方式。本文基于TSMC 0.35μm标准CMOS工艺完成了多功能读出电路的设计仿真以及流片验证。后仿结果表明,像素单元电路的面积为30μm×30μm,CTIA电路在高、低增益模式下的动态范围分别为62.4d B和70.42d B;异步激光脉冲检测电路的幅值灵敏度为0.74μA,脉宽灵敏度为1.8ns,TOF量化分辨率可达2ns。被动红外成像模式的线性度大于99%,基于TAC的激光主动探测成像,TOF的相对误差率小于1%。测试结果表明,读出电路能够实现四种基本功能,CTIA电路在高、低增益模式下的动态范围分别为60d B和67.94d B,基本达到了设计要求。异步脉冲检测电路的幅值灵敏度为0.8μA,脉宽灵敏度为2.2ns,相较于后仿结果略有退化,但仍能达到激光脉冲的应用需求。CTIA电路的高、低增益模式的线性度均在98%以上,能够满足被动红外成像的应用需求。由于测试条件限制,TOF量化分辨率无法得到验证,TOF的相对误差率在1%～3%之间。