现阶段,基于硅加工工艺制作的传感器在生物及医学领域的应用越来越广泛。由于传统检测手段的繁琐性、耗时性以及需要特殊标记,生物体内各物质检测小到离子分子检测(如pH、蛋白质、DNA、RNA),大到细胞的检测越来越多地被传感器所代替。在所有的生物传感器中,硅纳米线生物传感器以其实时、高效以及无需要标记物质等优点成为目前研究与发展的热点。硅纳米线的特征尺寸在纳米级别,其特征尺寸与生物体内的各生物物质接近,为生物物质的检测尤其是低浓度的检测提供了可能;并且由于硅纳米的比表面积较大,其能够吸附的有效检测单元会相对较多,进一步地提高了纳米线的最低检测极限。但是由于纳米线的特征尺寸较小,所以导致其工作点电信号以及检测电信号变化都非常小,片外检测易受噪声以及环境波动的影响,所以纳米线传感器与外围读出电路集成实现片上检测与信号处理会成为未来硅纳米线传感器系统发展的一个趋势。本课题采用了CSMC 0.18μm工艺,设计了一种基于硅纳米线生物传感器的读出电路。读出电路具体模块包括前置放大,模数转换器两个部分组成。其中前置放大结构包括信号采集部分以及放大结构,信号采集部分设计了基于恒流源采样阈值电压变化的CASCODE电流镜结构;前置放大结构包括一个GM跨导器、电容反馈跨阻放大器(CTIA)、相关双采样结构(CDS);模数转换器设计了一个10bit循环式模数转换器(CYCLIC ADC)。芯片实现了硅纳米线输入输出的线性化处理,小信号的放大以及模数转换。本文先介绍硅纳米线传感器的生物测试原理(以pH值为例),然后详细介绍传感器读出电路的各个模块设计。并且基于测试需求绘制测试用PCB板,编写verilog代码,采用FPGA产生控制时序。最后对整个读出电路芯片进行测试,测试重点为各个模块是否正常工作,能否实现预期的目标。通过测试,发现硅纳米线生物传感器前置放大的输出线性度为97.45%,其最小至少可以分辨475μV的输入电压,由于芯片内部未集成电源管理模块,电源由外部供给,所以在分辨475μV以下的电压时,可以分辨,但是波动较大。模数转换器测试,未能测出有效信号,且由于所加电压的顺序不同,芯片会被烧毁。