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巨磁阻(GMR)生物传感器主要用来测量细胞、病毒、DNA、蛋白质等生物信号,是近几年国内外争相研究的一个新的热点。高质量的信号读出对医学诊断具有重要的研究意义和广阔的应用前景,所以抑制噪声干扰,设计相关运放和模数转换器的读出电路变得至关重要。本文提出的巨磁阻生物传感器读出电路主要包括带有斩波技术的电流反馈仪表放大器(CFIA)和逐次逼近型模数转换器(SARADC)两部分。其中电流反馈仪表放大器的作用是放大前端微弱信号,通过分析和比较不同仪表放大器的优缺点,CFIA电路的输入阻抗大,共模抑制能力强,比较适合桥式读出电路应用。SARADC主要用来把模拟信号转换成数字信号,便于之后信号性能分析,其结构简单、面积小、功耗低具有很大的应用价值。本文针对巨磁阻生物传感器的读出电路展开研究,主要内容和创新成果包括:1.通过研究运放的1/f噪声和失调对巨磁阻生物传感器读出信号的影响,设计了一种加入斩波技术的电流反馈仪表放大器,该架构在放大信号的同时,有效的抑制了低频噪声和失调对前端微弱信号的影响。2.设计了一种12位自校准SARADC,其特色和创新是DAC阵列采用基于Vcm的分段式电容阵列,相较于传统DAC电容阵列减少了 87%的功耗。同时分段电容结构的桥式电容值设为单位电容的整数倍,并且增加了两个寄生补偿电容增强低位和高位电容阵列之间的匹配,采用寄生补偿电容校准电容阵列的非线性误差,提高了电容的匹配。整体结构在降低芯片面积和功耗的同时,提高了SAR ADC的精度。3.基于SMIC0.18μm CMOS工艺,在Cadence spectre平台下搭建电路原理图,电源电压为1.8V。通过设置电流反馈仪表放大器的电阻控制其增益为80dB,通过 PSS+PAC 仿真实际增益为 79.91dB,CMRR 为 173.8dB,PSRR 为 165.2dB,对电路进行PSS+Pnoise仿真,在1kHz处等效输入噪声为21.85nV/√Hz,整体功耗为487.98μW,噪声能效因子(NEF)的值为39.91,性能良好。12bit SARADC采样速率为 200KS/s,SFDR 为 80.98dB,SNDR 为 66.64dB,有效位数为 10.777bit,整体功耗为74.98μW。