红外焦平面探测器具有体积小、功耗低和成本低等优点,作为夜视技术的重要组成部分,在军事、气象、安防等领域备受关注。在红外焦平面成像系统中,读出电路主要完成设置红外探测器偏置电压、信号转换、采样和输出等功能,读出电路的动态范围决定了系统可以正确感知的辐射能量范围,对成像质量具有重要意义。随着系统阵列规模逐渐扩大,如何在有限的单元面积中设计宽动态范围的读出电路成为一个技术难点。本课题基于工程项目应用需求,针对红外探测器的工作特性,在30μm像元中心距的有限单元面积中设计了一种高线性度、大输出摆幅、宽动态范围的读出电路。利用套筒式共源共栅放大器电路的高增益特性,构建了一种电容跨导放大器（Capacitive Transimpedance Amplifier,CTIA）作为输入级,具有偏置电压和注入效率稳定的特点。为实现不同应用环境的探测需求,电路采用了两种电容,包含满阱电荷容量为400ke-和5.5Me-的两个增益级,实现不同探测环境中光电流向积分电压的线性转换。积分电压经过采样保持电路和单位增益缓冲器输出至像元之外。输出缓冲器采用AB类两级推挽运算放大器,具备低功耗、环路增益高和带载能力强等优势。本文采用TSMC 0.18μm CMOS工艺完成电路设计仿真和流片验证。后仿真结果表明,读出电路在高增益模式和低增益模式下的动态范围分别达到67.0d B和75.9d B,线性度分别为99.73%和99.88%,输出摆幅分别为3.336V和3.466V,像素单元电路的面积为30μm×30μm。芯片采用电压源和高精度电阻模拟红外探测器特性进行测试,测试结果表明芯片能实现稳定偏置电压、信号转换和采样输出的基本功能,线性度和输出摆幅达到了设计指标要求。由于测试条件限制、寄生参数和环境干扰等原因,芯片在两种增益下的动态范围测试结果分别为53.9d B和57.6d B,与仿真结果存在一定的差距,本文对此进行了详细分析,并为后续电路改进提出了可行性建议。