生物电信号是复杂的生命体发出的自然电信号,它反映了生命体的一些生命现象和状态等信息。随着人类对于医疗保障需求的不断提升,传统的生物电信号采集系统已经不能满足实时便携的监测需求,加之集成电路的快速发展给便携式采集系统提供了硬件条件,可穿戴的生物电信号采集成为趋势。其中,由于低功耗低噪声的模拟前端放大器和电极传感器直接相连,决定着信号采集的质量,是实现准确便携式采集的系统的重要一环。本论文主要工作是实现了采集前端放大器的设计,并针对该结构出现的问题进行了较深入的理论分析和验证。本文首先对生物电信号及其采集系统的需求进行了简单介绍,从发展趋势角度对采集系统芯片进行了分析和总结。本系统设计围绕低功耗、低噪声两个重点,放大器前端采用AC耦合方式设计,能够抑制直流失调电压并且本身有较高的输入阻抗。跨导放大器(Operational Trans-conductance Amplifier)设计采用工作在亚阈值区的全差分套筒式结构,以实现低功耗和低噪声。此外,本文讨论了基于g_m/I_D的亚阈值区的宽长比调节方法,对该系统中应用到的阻抗提升技术、虚拟电阻模块以及伪浮栅结构(Quasi-Floating Gate)做了详细阐述。最后,对在后仿过程中发现的因失配导致的CMRR大幅下降的问题进行了理论推导,并建立相关模型进行了仿真验证、提出了解决方法。芯片在XFAB 0.35微米工艺下完成流片。后仿结果如下:供电电压3V,最小功耗为2.7μW,等效输入噪声1.78μVrms(0.5-200Hz),闭环增益为41dB,高通截止频率0.5Hz,低通截止频率为400Hz。噪声功率效率(NEF)指标为3.4,该综合指标(NEF)和国际先进水平相当。