生物微传感SOC系统是目前的研究热点，其在生命科学研究、生物医学工程、医疗保健、食品加工、环境检测等领域有广阔的应用前景，然而系统的真正实现面临着许多挑战。本选题研究离子敏场效应管ISFET与其信号读出电路的单芯片集成，以及读取电路和模数转换器A／D结合相关的关键技术，所研究的对象是微传感SOC系统的重要组成部分。 文中首先对FET型生物传感器传感机理进行研究，传感器采用悬浮栅结构，其上加固有Ta₂O₅敏感材料，并在标准MOSFET模型基础上建立起相应SPICE仿真模型。 提出了适用于ISFET生物微传感SOC的读出电路系统，系统引入贵金属PRE作为参比电极，同时采用ISFET／REFET（参考FET）差分对结构。读取电路的两个前级放大器各自提取ISFET／REFET敏感信号，对两敏感信号进行差值提取的次级电路通常由片外实现，本系统独创性地提出了片上电流型差分结构的次级信号检测电路，解决了采用CMOS工艺设计的电路级间存在阻抗不匹配等问题，实现传感器信号的大动态范围检测。 本文还进行弱小信号检测的关键技术研究，首次采用auto-zero技术，设计出双模式ISFET专用高精度放大器，显著降低了通用CMOS放大器的温漂、低频噪声和毫伏量级的失调电压，同时能够通过片上配置提供传感器在线性和饱和区所需的工作条件。放大器直流增益140dB，失调电压仿真结果为5微伏，实测精度接近10微伏。 整个ISFET读出系统芯片采用新加坡Chartered半导体制造公司0.35μm 3.3V标准CMOS工艺成功流片，传感器芯片的pH响应测试获得53mV／pH灵敏度。