传感器接口电路芯片是跨接传感器与信号处理芯片的桥梁,是将传感器检测的非电物理量按照一定的规律转换为电路系统可检测、可处理的电信号。随着人们对健康问题关注的逐渐增加,以及物联网和5G技术的快速发展,便携式、可穿戴式、智能生物医学监测设备已成为生物医学领域的重要研究方向。本文简单介绍了现有各生物医学传感器接口电路的类型及工作原理之后,分别针对模拟和数字系统设计了一款电压输出式生物医学电容传感器接口电路和一款数字输出生物医学电容传感器接口电路。电压输出式生物医学电容传感器接口电路,采用基于电容变化的频率调制电路和频率电压转换电路的结构,以实现对生物医学电容传感器高灵敏度、宽范围的检测。其中,基于电容变化的频率调制电路,采用双向自切换式RC张弛振荡器,将电容传感器的容值信息,转换为与其成比例的频率方波信号。频率电压转换电路,采用边沿检测方式,以信号边沿触发为条件,通过MOS开关控制电流源对电容的充电时间,可在输入信号的一个周期内,完成频率信息到电压信号的转换,减小输出的延时,提高电路系统的工作效率。在完成电路功能设计后,对电路各模块布局布线绘制芯片版图,后仿真结果表明电容检测灵敏度可达0.69¹.342fF,功耗仅为85.14uW。针对所设计芯片绘制测试板PCB板图,基于TSMC 0.18um 1P6M工艺流片生产,完成对芯片实物功能验证以及各项参数指标测量。针对多数电路系统对数字信号处理的需求,以及传统数字输出电容传感器接口电路仅可单精度检测的问题,设计了一款数字输出生物医学电容传感器接口电路,采用低精度与高精度相配合的双精度电容-时间转换电路,和可编程时间-数字转换电路结构,直接将检测到的电容值信息转换为数字量输出,并储存至寄存器之中。其中电容-时间转换电路,通过比较器对比被测电容上的电压与设定电压,经脉冲发生器单元和D触发器分频,输出一个周期与被测电容成线性关系的方波信号。时间-数字转换电路中,可编程分频器通过外部控制信号N将被测信号T_M信号扩大2^N+1倍,在不改变参考信号T_L、T_H的情况下,提高电路对电容的检测精度。逻辑控制模块使T_L、T_H参考信号对放大后的2^N+1·T_M信号实现两级双精度检测,控制计数器将T_L与T_H信号的测量结果分别存储至寄存器Reg0与Reg1中。基于TSMC 0.18um 1P6M工艺绘制芯片版图,使用Cadence Spectre的后仿真结果表明,电容检测最高精度可达0.15fF,电路功耗为160.6uW,面积为0.533mm²,具有宽范围、高精度、不易受电源电压和温度的波动影响等优点。