成像激光雷达系统广泛应用于无人机、地形测绘、精确制导、火箭着陆等民用、军用、航空和航天领域;主要由发射模块、接收模块和信号处理模块组成,其中接收模块为其关键核心部件之一,制约着整个系统的性能指标,接收器模拟前端电路主要用于处理光电检测器输出的电流信号,其性能决定了回波信号获取的质量、回波信号时刻鉴别的精度、对干扰信号抑制能力等。传统激光雷达接收器模拟前端电路常采用分立器件设计和实现,存在功耗高、电路尺寸大、电路噪声难以降低以及阵列接收器中像元非均匀性等核心问题。接收器模拟前端集成电路芯片是制约成像激光雷达智能化、紧凑化的核心器件,因此其研究具有重要的意义和价值。首先,本文在总结激光雷达测距原理和脉冲TOF成像激光雷达接收器模拟前端电路技术基础上,针对脉冲激光回波信号动态范围大、脉冲窄,幅度微弱的特点,基于线性模式APD提出两款单通道接收器模拟前端电路架构和关键电路技术;其次,针对车载激光雷达应用需求,提出一种线性阵列接收器模拟前端电路系统架构,并对其关键核心模块进行电路实现,解决了相关设计难题。论文基于0.18μm标准CMOS工艺实现了一款用于探测2.2ns脉冲宽度的单通道前端模拟接收器。该模拟前端电路采用自适应增益控制方法增大接收器处理回波信号的线性动态范围,在宽动态范围内实现了输出电压与输入电流近似成线性比例关系;同时在时刻鉴别电路中采用差分电压平移技术,提出了一种改进型的双阈值时刻鉴别方法。测试结果表明:该模拟前端电路跨阻增益为106dBΩ,等效输入参考噪声电流小于4.55 pA/Hz^0.5,在3.3V电源电压条件下,芯片消耗功耗约165mW。该模拟前端电路能够处理0.5μA¹mA的回波电流,动态范围达到66dB;在检测0.5μA回波电流条件下,最坏行走误差约1ns,估算的距离误差为15cm。所设计的接收器模拟前端电路满足脉冲TOF成像激光雷达应用需求。本论文基于四维成像激光雷达应用,还介绍了一款接收器模拟前端电路芯片,集成了跨阻预放大器、后级电压放大器、模拟电压输出缓冲器和时刻鉴别电路。跨阻预放大器采用新颖的双拓扑结构实现了亚μA级输入电流到mA级输入电流大动态范围的探测,同时,为了尽可能降低跨阻放大器的输出噪声电平,通过对跨阻预放大器进行噪声分析,在电路的晶体管级对跨阻预放大器进行了噪声优化;在时刻鉴别电路中,通过设置浮动阈值电压,降低了噪声干扰,提高阈噪比,减小虚警概率。基于0.18μm标准CMOS工艺完成了流片和测试验证,实现了106dBΩ跨阻增益,153MHz带宽,0.89pA/Hz^0.5等效输入参考噪声电流,0.82ns时刻行走误差等性能参数;在可编程增益控制模式下,缓冲器输出脉冲峰值电压幅度近似与输入端峰值功率成线性关系,上述测试结果表明满足四维成像激光雷达应用需求。论文基于车载激光雷达线阵列接收器提出了一款新颖的接收器模拟前端电路系统架构,并给出了其中关键电路模块的实现,包括集成了16通道跨阻放大器、16通道窄脉冲峰值检测和保持电路、以及APD反向偏置电压前端校正电路。跨阻预放大器采用Cherry-Hooper电路结构提升带宽,用于检测亚纳秒级脉冲回波信号;高精度峰值检测和保持电路被用于展宽脉冲回波信号的宽度,因此在片外可利用一片ADC实现模拟输出电压的数字量化,节省了系统成本和降低了系统功耗;同时,在线性接收器模拟前端电路中,提出了新颖的APD反向偏置电压前端校正技术,可消除阵列接收器增益不匹配引起的回波强度信号检测误差。上述模拟前端电路中,模块电路在0.18μm标准工艺条件下流片和测试验证,测试结果显示:单通道跨阻放大器具有100.1dBΩ跨阻增益,400MHz带宽,小于2.0 pA/Hz^0.5输入参考噪声电流谱密度;峰值保持电路具有能够检测3ns上升时间的窄脉冲回波信号,在最坏情况条件下,最小的过冲电压相对误差小于2%。