基于单光子雪崩光电二极管（Single Photon Avalanche Photodiode,SPAD）的近红外单光子探测技术,逐步向着结构更简单、检测更高效的方向发展,通过降低SPAD的暗计数和后脉冲概率,有效提高了光子探测效率与信息传输的安全性和可靠性。基于窄门控检测的单光子探测技术,利用极短的门控可探测窗口,能够对光子触发的雪崩信号进行快速淬灭,确保SPAD工作的可靠性,能有效提高信息的传递速率,适用于对到达时刻已知的光子信号高精度检测。在窄门控偏置的条件下,由于InGaAs/InP SPAD的结电容特性,其光子触发的雪崩信号与门控尖峰噪声在时域和频域均会产生不同程度的混叠。为提取出微弱的雪崩信号,必须有效抑制门控尖峰噪声产生的干扰和影响。根据对门控尖峰噪声的建模分析,明确了门控噪声的影响因素与频谱特征。本文旨在设计一种基于窄门控检测的单光子单端探测电路,力争以较低的代价提高单光子探测效率。所依据的原理是利用尖峰噪声与雪崩信号频率特性之间的差异,通过特定截止频率的低通滤波电路,实现雪崩信号与尖峰噪声在频域上的有效分离,即滤波电路对雪崩信号衰减较弱,而对尖峰噪声的衰减较强,两者区别对待的结果是雪崩信号相对噪声信号得到有效保留,再通过后续放大与鉴别电路,提高探测系统的信噪比,实现雪崩信号的灵敏探测。在cadence软件平台上,采用TSMC 0.18μm 1.8V CMOS工艺完成了探测系统中关键模块电路的设计,主要包括低噪声放大器、静态比较器以及用于模块之间匹配的缓冲驱动电路,其中,低噪声放大器采用跨导倍增技术与双电容交叉耦合相结合的共栅结构,在保证低功耗的前提下,缓解了电路噪声与阻抗匹配的矛盾;静态比较器采用预放大器结合自偏置差分结构,实现低功耗条件下的高速高精度分辨;与实验室现有的10阶Gm-C滤波电路配合,构成了完整的单光子单端探测系统,通过前、后仿真进行性能验证,并进行了MPW流片。芯片的测试结果表明,在理想激励模拟低频雪崩信号条件下,本次设计的单光子探测系统可对频率最高为50MHz的雪崩信号实现准确判别;在在1GHz正弦波窄门控偏置条件下,采用Si C探测器产生的暗电流脉冲模拟雪崩信号,探测系统可对脉冲间隔在20ns以上的雪崩信号及时检测;在搭建光路系统的测试中,通过激光源发射固定频率的光子信号,采用InGaAs APD与光路相连,在1GHz正弦波窄门控下,单端探测系统可对频率为5MHz～20MHz的光子信号进行灵敏判别,系统所能够检测的最小电压幅值约为20m V,验证了实际光子触发下单端系统对雪崩信号的响应能力,具备较好的工程应用价值。