近年来,随着航天测绘及智能驾驶汽车的飞速发展,激光雷达(Light Detection and Ranging,LiDAR)的应用日益广泛。其中线性模式雪崩光电二极管探测器是这类激光雷达的主流选择。由于线性APD的感生信号为窄脉宽的微安量级电流脉冲,因此弱电流检测以及响应窄脉冲信号的能力是激光雷达模拟前端读出电路的设计要点和难点。针对激光雷达小型化的应用需求,本文设计并实现了一款高集成的APD模拟前端读出电路专用芯片。在分析了激光雷达工作原理的基础上,基于线性APD的性能特点,提出了一种集成高增益宽带跨阻放大器(Transimpedance Amplifier,TIA)、固定增益电压放大器、高速实时比较器以及LVDS接口的专用芯片架构。该芯片整合了常规激光雷达测距系统中分立元器件,有利于降低分立元器件在PCB上互连所引入的噪声,并提高系统可靠性。本文所设计芯片采用0.18μm CMOS工艺流片,芯片面积约为0.9×1.9mm~2。测试结果表明,跨阻增益为83.6dBΩ,带宽约为120MHz,整体电路能够响应脉宽为5ns,上升下降时间1ns的窄脉冲电流信号,输出信号符合LVDS标准,输入噪声电流约23.5nA,静态电流约为63 mA,其中TIA部分约30 mA。在芯片测试结果基础上,本文对原有TIA结构进行了改进,设计了适用于32线列探测器的调节共源共栅型(Regulated Cascode,RGC)TIA,并在RGC部分引入了DAC对电流信号进行调节,可实现对输入失调的校准。改进后的电路采用0.18μm CMOS工艺进行了设计和仿真验证,在15kΩ跨阻下,带宽可达129MHz,2kΩ跨阻下,带宽可达780MHz,静态电流降低至11.8 mA。