光谱仪作为基本的光学检测工具之一,被广泛应用于工农业生产和基础科学等领域。通过光谱测量,可以进行光成分分析和材料特性测量等工作。然而传统的光谱仪体积大、成本高,应用范围受到限制。光谱仪的发展趋势是微型化,微型化意味着更好的环境适应性和灵活性。本文提出一种基于偏压调制光电二极管的微型化光谱仪系统设计方案。该方案使用光电二极管作为探测器,通过光电二极管结合偏置电压调制的方法构造特殊的光谱响应,利用测试的探测信息结合光谱重构算法以实现对入射光的光谱探测。系统不需要制造光学元件或特定的探测器便可实现特殊的光谱响应,并且探测器设计和制造简单,可实现结构简单的高性能微型化光谱仪。本文的主要研究内容包括:（1）深入调研微型化光谱仪的研究现状,并且归纳了光谱仪的微型化方案类型,针对光谱重构类型的光谱仪总结了其关键技术和存在的不足,提出了基于偏压调制光电二极管的高集成度光谱探测方案。（2）对光谱重构原理和算法进行深入研究,提出系统的设计方案,针对光电二极管的工作原理和特性进行探究分析,通过理论公式的推导重点研究偏置电压对于光电二极管光谱响应函数的影响,为系统的光谱重构方案提供理论参考依据。（3）进行光电二极管的设计,通过Silvaco软件设计了一种雪崩光电二极管（APD）,通过仿真得到器件的电流和光谱响应函数,验证APD在不同偏置电压下的光谱响应函数具有特殊性。（4）进行光谱重构方案的仿真验证,利用设计的APD作为探测器,构建光谱响应函数矩阵,设置光照条件后仿真得到测试信息矩阵,通过Matlab软件进行光谱重构算法的数据处理,并且引入算法优化手段重构得到入射光的光谱。（5）进行集成系统的芯片化设计,芯片包括光电二极管、光电读出电路和偏压调节电路。光电读出电路由跨阻放大器（TIA）和模拟数字转换器（ADC）组成,偏压调节电路由电荷泵调节电路与数字模拟转换器（DAC）组成。电路采用180nm的工艺进行设计和仿真,并完成芯片版图的绘制。