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红外成像探测技术自发明以来,被重点应用于军事的各个方面,而且在卫生医疗、设备检测等领域也备受关注。随着红外成像技术的不断发展,红外焦平面阵列(Infrared Focal Plane Array,IRFPA)也逐渐为国内外研究者所重视。IRFPA成像系统主要包括两个部分:探测器单元阵列和读出电路(Readout Integrated Circuit,ROIC)。随着集成电路产业技术的不断进步,像元阵列规模不断扩大,像元尺寸不断缩小,ROIC的性能成为制约IRFPA成像系统发展的关键因素,因此对具有高性能的ROIC的研究具有重大意义。本论文首先对IRFPA技术的研究进展做了简要分析,根据ROIC的电路类型和工作原理,比较不同的电路类型,选择电容跨阻放大器(Capacitance Transimpedance Amplifier,CTIA)作为本文设计的像元电路类型。其次,对CTIA型的像元电路进行理论分析及设计仿真,考虑像元电路的各个性能参数,尤其是对其噪声的处理进行了详细的介绍及分析。为降低输入参考噪声,本文在设计过程中,将相关双采样CDS电路加入到像元内部,虽然增加了单个像元的功耗和面积,但是简化了列级信号的处理过程,消除了两条列总线传输过程中的干扰问题,有利于整体芯片的布局布线。再次,本文IRFPA ROIC的其他模块都进行了理论分析和设计仿真,重点介绍了数字控制模块的设计。数字控制模块的功能是实现32x32像元阵列的行列选择以及各种输出模式、积分模式的控制,包括全阵列读出、开窗读出和亚采样读出等。本文采用先行选再列选的逐行逐列的扫描方式,并且提出了一种预建立机制,不仅提高了电路的读出速率,而且降低了系统的整体功耗。最后,本文采用的是0.18μm CMOS工艺,ROIC的像元阵列规模为32×32,帧频可达100Hz,支持1路、2路和4路输出模式,读出速率为20Mbps,芯片的整体面积为2.2mm×1.6mm。本文设计过程中利用的是全定制的方法,对整体芯片的版图和布局布线都进行了优化,并且通过了DRC、LVS验证,,最终成功流片。