激光三维成像是一种实用的光电探测技术,属于主动成像,经过后端的信号处理实现三维成像。近年来,激光三维成像技术在汽车智能驾驶、三维人脸识别、增强现实等新兴技术领域应用广泛,同时在军事领域也有广阔的应用前景。激光三维成像技术的基本原理是通过照射激光脉冲,从探测场景中采集反射的辐射线,完成对目标的三维立体成像,以达到探测目的。本文设计了基于线性模式APD（Avalanche Photo Diode,雪崩光电二极管）器件的快照式焦平面阵列读出电路。焦平面阵列读出电路基于0.18μm CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体）工艺,像元中心间距150μm、阵列规格32×32,主要技术指标为:帧频500Hz、时间数字信号位数16bits、精度0.5ns、强度数字信号位数12bits。焦平面阵列读出电路时间信号与强度信号均为数字输出,提高抗干扰能力。本文对数字信号、强度信号的读出做出仿真设计与分析,包含各模块仿真、总体仿真、分析了误差来源,并提出了误差校正方案。版图布局考虑到像元中心间距限制与高频信号对高精度模拟信号的干扰。论文主要工作如下:1、分析了激光三位成像总体设计方案、详细分析对比了各种时刻鉴别方案,提出了适用于本文指标要求的基于时间幅度转换的时刻鉴别方案。2、设计了焦平面阵列读出电路整体结构、对主要模块进行了分析、对整体电路进行了仿真,整体电路有良好的线性,时间精度为0.5ns,帧频为500Hz、时间信号与强度信号分别为16bits与12bits。3、提出了误差分析与消除方案,设计了校正结构并进行了分析仿真验证,结果显示提出的校正方案可以校正误差。论文创新点如下:1、为实现对时间信号与强度信号的同时读取,设计出结合了像素级时间数字信号处理与列级强度数字信号处理的电路结构,提高了输出帧频与时间信号精度。2、为解决像元版图大小限制与高精度时间信号传输问题,设计了一种适用于高精度低功耗的数字信号传输系统,并做出分析与版图设计。经过验证,该结构有更小的版图面积与更低的功耗。