近年来,集成电路产业的发展到了瓶颈期,这就要求人们继续探索新的发展方向,近期的生物医疗与集成电路的结合成为了比较热门的研究课题。随着生物技术、心脑血管学和微电子技术的相互结合以及快速发展,ECG信号的采集、记录等技术在心脑血管疾病的预防和治疗中发挥着愈来愈重要的作用。其中构成ECG信号采集模块的模拟前端电路受到了越来越多的关注。心电信号一般在几十μV到数mV之间,频率分布在300Hz以内,极易受外界干扰。本课题针对这一问题选取了合适的电路结构,设计出了一款应用于ECG信号采集模块的模拟前端电路芯片。整个模拟前端电路主要包括仪表放大器和Sigma-Delta调制器组成。本课题根据应用于生物医学中前端电路的要求,主要的研究工作包括以下几个方面:仪表放大器的高共模抑制比、低噪声、高输入阻抗设计和Sigma-Delta调制器的高精度设计以及整体电路的低功耗研究与设计。首先对引起电路的噪声因素进行理论分析和手工计算,然后由计算出来的结果确定了仪表放大器和Sigma-Delta调制器的设计指标,并选择合适的整个电路的架构。本设计采用SMIC 0.18μm CMOS工艺,整个电路设计流程利用gm/Id方法,有效减少了电路参数计算的迭代次数,缩短电路设计周期,提高工作效率。本论文中的仪表放大器电路选择了电容耦合结构,采用斩波调制方法来降低运放的失调电压和1/f噪声,使用纹波抑制环路抑制斩波纹波,采用恒跨导技术以减少仪表放大器的非线性。仪表放大器仿真结果显示增益为40dB,共模抑制比为接近163dB。Sigma-Delta调制器采用级联积分器反馈结构,借助MATLAB中的SDtool box,首先对Sigma-Delta调制器进行系统建模,通过行为级仿真确定调制器系数、系统的稳定性以及最终的信噪比,在非理想行为级模型仿真下,调制器的信噪比为112.5dB,有效位数为18.39bits。电路级调制器功耗为1.26mW,仿真有效位数为18.03bits,然后是整体模拟前端电路的设计与仿真。最后是模拟前端电路的版图设计,并对版图进行DRC、LVS验证以及后仿真,后仿真结果信噪比为99dB,有效位数为16.15bits,功耗约为1.78mW。整个电路版图的面积为1.677×0.898mm~2。