信息科技的进步加速了健康医疗系统的蓬勃发展。无线体域网和可穿戴系统芯片的最新研究促进了个性化保健和各种疾病的有效治疗。随着超大规模集成电路和片上系统的发展,生物系统微型化目标在当代得以实现。生物电信号采集模拟前端是便携式医疗设备中重要的组成部分,是连接前端接口系统到数据处理器的桥梁。因此,研究低功耗、微型化、高性能生物前端采集系统芯片具有重要的产业意义和广阔的应用前景。心电信号的低频低幅度特性,对模拟前端电路的噪声性能、功耗和芯片面积等提出了严苛的要求。本文以心电信号采集模拟前端电路为研究方向,对心电信号采集处理的关键技术进行了系统研究。本文首先给出了电极和心电信号特性,并针对心电信号采集环境特点,确定模拟前端电路设计指标要求。在此基础上,从关键电路和技术角度研究了低功耗高性能模拟前端实现方案。详细阐述电路在降低功耗、消除干扰和优化噪声上所涉及的先进技术方案。并最终采用一种斩波耦合电流复用仪表放大器、低通滤波器和逐次逼近模数转换器组成的系统架构予以实现,对心电信号进行了有效采集与处理。(1)在仪表放大器中采用多通道复用电流运算放大器,实现了两通道输入级共用同一电流源,降低了前端电路的整体功耗;采用斩波调制技术有效消除了电路的闪烁噪声和输入失调电压;采用直流消除环路、纹波抑制环路以及右腿驱动电路分别降低了前端电路的电极偏移电压、高频纹波以及工频干扰。此外,为了提高模拟前端电路的采集质量,减小心电信号幅度的衰减,采用新型斩波耦合方式提升模拟前端输入阻抗。(2)该前端电路集成了三阶开关电容滤波器,通过滤除高频噪声来提高信号质量,并设置有效信号带宽避免模数转换器出现混叠现象。(3)设计了一款逐次逼近型模数转换器,针对低功耗需求利用dummy电容,在相同精度下电容阵列总电容减半,有效减少芯片功耗与面积,提高了整体芯片的集成度。基于SMIC 0.18μm CMOS工艺,实现一款低功耗电流复用心电信号采集模拟前端电路。并完成了整体电路的搭建,仿真和版图设计,同时进行了流片,封装和测试。该前端电路芯片面积为0.72mm~2,在1.8V供电电压下,功耗为16.11μW,输入阻抗为2.6GΩ,所设计的两通道低噪声放大器在0.5-250Hz带内的增益为39.6d B,等效输入积分噪声为1.4μVrms,CMRR为93d B,PSRR为85d B,整体有效位数为8.62位,电路各项指标均满足设计要求。