随着微机电的发展,各种传感器的功能也愈发复杂,因此对前端信号处理模块的要求也越来越高。低噪声放大器位于信号处理单元的最前端,担任信号提取和放大的重任,同时也为了应对复杂的传感器应用场景,低噪放大器也需要具备增益调节功能,增加一定通用性。因此在本文设计中,基于CMOS 40nm设计了一款用于信号放大的低噪声可编程放大器。仪表放大器作为一类精密运算放大器,相对于传统的运算放大器,其差分的结构使得这种电路具有高共模抑制比、高增益和增益调节等优势,因此广泛用于传感器、医疗器械以及高端音频设备等应用领域。而传统的双运放仪表放大器并没有低噪声优势,对于微弱信号的应用场景,信号会淹没在噪声中,导致信噪比无法满足系统需求。为了满足低噪声需求,本文设计了带有降噪技术以及增益调节功能的仪表放大器。首先介绍了可编程放大器的基本原理和衡量放大器性能的性能指标,分析了用于实现可调增益的两种电路结构,接着研究了两种主要的降噪技术:基于采样的自归零技术和基于调制的斩波技术,着重分析了两种技术对噪声和失调电压的影响,而应用于传感器的前端放大器主要对连续时间信号进行放大,因此本文电路设计采用斩波技术。最后介绍了本文设计的具体电路,应用一系列电路技术来提高放大器的增益、驱动能力以及稳定性。除了设计的核心放大器,还设计包括了电流源、偏置电路以及时钟等基本辅助电路来提高放大器的稳定性,对以上设计的电路进行仿真,确保在更多的仿真条件下满足设计性能指标要求。电路基于40nm CMOS工艺设计,并流片验证,由于放大器与后级24位Sigma delta模数转换器集成在同一个晶圆上,芯片总面积为1.8mm×0.8mm,测试结果显示本文设计的低噪前端可编程放大器在带宽为1KHz情况下,可以为20位模数转换器提供前置驱动能力。