红外探测成像技术在军事、医疗、天文以及民用等领域有着非常重要的应用。未来红外焦平面成像主要以大规模、高性能、高集成度、智能化多色SoC焦平面阵列的趋势发展。这给读出信号处理电路的设计提出了严峻的挑战。模数转换器作为焦平面读出信号处理电路中尤其重要的部分,直接影响着电路读出信号比和成像系统数据读出速率,高性能的模数转换器对整个焦平面成像系统来讲也因此而显的至关重要。本论文基于焦平面列并行ADC结构分析比较各种模数转换器结构和优缺点,选择Sigma-Delta ADC作为研究对象。论文从分析Sigma-Delta ADC的基本理论出发,阐述了Sigma-Delta ADC的实现方法,并着重讲述应用于列并行结构的增量Sigma-Delta ADC的设计,结合Matlab中的Simulink工具对电路系统级进行分析验证,仔细考量了一些影响电路性能的非理想因素。针对列并行结构对增量Sigma-Delta ADC较小面积和功耗的要求,本次设计的积分器的实现采用反相器代替传统OTA的方式,并且详细讨论了由此带来的考虑因素,最后给出了各个电路模块的具体实现方式和仿真结果验证。论文采用0.18-μm标准CMOS工艺,设计一款应用于红外焦平面列并行结构的增量Sigma-Delta ADC。该ADC采样频率为30MHz,在转换时钟周期数为250时SNDR达到80.6dB,总功耗为103.7uW@VDD=1.8V。