随着物联网、移动设备等应用的发展, 图像传感器作为信息感知重要的窗口, 需求不断增长。模数转换器是图像传感器的重要组成部分, 负责将探测到的模拟信号转换为数字信号, 不仅增加了系统的抗干扰能力, 提升了系统的性能, 还有助于在片内实现数据处理, 提高系统集成度。为了适应图像传感器朝着大阵列、高帧频、低功耗、小像素尺寸等方向的发展趋势, 模数转换器在速度、功耗、面积等方面存在挑战。文章概述了应用于图像传感器的模数转换器的几种主要架构, 分析了这几种架构的优缺点, 总结了研究进展以及未来的发展方向。

在读出电路有限的像元面积内获得尽可能大的电荷存储量是实现甚高灵敏度红外探测器的关键。基于脉冲频率调制的像元级模数转换(ADC)是实现甚高灵敏度红外探测器读出电路的主要方法, 阐述了像元级脉冲频率调制ADC的原理, 介绍了美国麻省理工学院林肯实验室、法国CEA-LETI在像元级数字读出电路的研究进展。作为从立体空间拓展电路密度的新技术, 介绍了三维读出电路的研究进展。最后介绍了昆明物理研究所甚高灵敏度红外探测器读出电路的研究进展。利用像元级ADC技术和数字域时间延迟积分(TDI)技术, 昆明物理研究所研制的长波512×8数字化TDI红外探测器组件, 峰值灵敏度达到1.5 mK。

介绍了美国、法国等西方红外强国在像素级数字化制冷长波红外焦平面探测器方面的研究现状及发展趋势。基于像素级ADC（模数转换）数字读出电路（ROIC）的不同实现架构，阐述了美国MIT 实验室、法国Sofradir 及CEA-Leti 公司开发的像素级ADC 数字读出电路原理及像素级数字化长波制冷红外焦平面探测器的最新研究成果。最后介绍了昆明物理研究所在像素级数字化制冷长波红外焦平面探测器研究方面取得的最新进展。昆明物理研究所突破像素级ADC 设计等关键技术后，研制出320×256（30 μm 中心距）像素级数字读出电路，并与相同规格的长波制冷红外焦平面探测器互连，主要性能参数与国外同类像素级数字化长波焦平面探测器相当。

对红外探测器不断增长和提高的需求催生了第三代红外焦平面探测器技术.根据第三代红外探测器的概念,像素达到百万级,热灵敏度 NETD达到 1 mK量级是第三代制冷型高性能红外焦平面探测器的基本特征.计算结果表明读出电路需要达到 1000 Me－以上的电荷处理能力和 100 dB左右的动态范围(Dynamic Range)才能满足上述第三代红外焦平面探测器需求.提出在像素内进行数字积分技术,以期突破传统模拟读出电路的电荷存储量和动态范围瓶颈限制,使高空间分辨率、高温度分辨率及高帧频的第三代高性能制冷型红外焦平面探测器得到实现.