4 接收器

接收器子系统将微弱、时间延迟的光回波转换为干净的电信号，该信号是精确飞行时间处理的理想选择。接收器子系统主要由雪崩光电二极管 (APD) 和跨阻放大器 (TIA) 组成。APD 作为光学前端，对入射光子作出响应，产生成比例的电流，并通过雪崩倍增提供内部增益，从而提高远距离 LiDAR 探测的灵敏度。然后，该电流由 TIA 转换为可用电压，TIA 是一个配置有反馈电阻器 (R_f) 的运算放大器，其根据方程式 2 确立跨阻增益：

由于运算放大器在反相输入端保持虚地，APD 获得稳定的偏置点，从而保持线性且可预测的电流到电压转换。当需要额外增益时，可以在 TIA 之后再增加一级电压放大级。

设计高性能接收器需要特别关注稳定性、噪声和带宽。APD 和 PCB 走线会引入输入电容，该电容与反馈电阻器相互作用形成极点，可能降低相位裕度并导致振铃或振荡。为保持稳定性，将一个小反馈电容器 Cf 与 Rf 并联，以对频率响应进行整形并保持良好阻尼的瞬态特性。

放大器的输入偏置电流也会直接导致直流误差，因为偏置电流会被 R_f 放大；因此，优选具有极低偏置电流的 JFET 输入或 CMOS 输入放大器，以最小化失调。

最后，增益和带宽存在固有的关联：增加 R_f 可提高灵敏度，但由于输入电容和反馈阻抗的综合影响，也会降低带宽。在 LiDAR 接收器设计中，选择 APD、TIA 架构和补偿元件的适当组合，对于实现所需的动态范围、噪声性能和时序精度至关重要。