近年来，随着CMOS超大规模集成技术(VLSI)与红外焦平面阵列(Infrared focal plane array，IRFPA)技术在探测器材料、读出电路、智能芯片等领域的不断结合，红外焦平面读出电路的研制已成了时代的迫切需要。而数字集成电路技术的迅猛发展带来了前所未有的高复杂信号的处理能力，人们希望把红外焦平面模拟信号转换为数字信号来处理，实现信号的数字式读出。 本文的目标是研制128x2红外焦平面阵列数字式读出电路，它是将探测元同读出电路紧密契接，经模数转换并按模式设置输出数字图像信号的集成电路芯片。核心为低功耗ADC(Analog to Digital Converter)设计。在比较了各种ADC的结构和优缺点之后，综合考虑到转换速率、精度和功耗等方面的因素以及系统的特点，本文采用直接注入式前置信号处理电路和像素级∑△ADC结合的结构。 文章首先从红外焦平面阵列入手，介绍和分析了红外焦平面读出电路原理、分类，提出了本设计所采用的数字式读出电路总体实现方案和特点及其时序设计要求。而后对本红外焦平面电路所采用的∑△ADC的相关理论、结构、工作原理和误差分析进了详细论述说明，并根据系统的特点，提出了一种改进的数字处理方案，即使用计数器来代替传统的级联的降采样滤波器结构，大大缩减了芯片面积，同时也使得系统功耗有所降低。接着着重对∑△ADC的单元电路进行了设计和仿真分析，包括本文所采用的一阶∑△调制器中运算放大器、开关电容积分器、比较器和两相时钟产生电路等模块的设计以及数字降采样部分的编码和综合。文中最后给出了整个芯片的版图和仿真结果。 本设计使用华晶上华0.6um标准CMOS工艺，电源电压为5v，仿真结果显示，在2MHz的采样时钟，1024倍过采样率下，可以实现10bit转换精度，电路最终流片的芯片面积为24mm<2>，功耗为19mw。