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本文基于2层多晶硅2层金属N阱0.6μm CMOS工艺设计了细胞膜电位、pH值参量数模混合集成传感芯片。本论文的主要内容和贡献可归纳为以下几点:1.基于标准CMOS工艺设计了阵列式可用于细胞膜电位传感的芯片。该芯片上集成了8×8单元有源传感阵列、基准电压源、模拟多路选择器、输出缓冲器和数字控制电路。群电极阵列布局提高了电极密度和电路并行处理能力。有源传感单元兼容微电极体外传感和场效应管原位放大优点,能够线性放大幅值范围100μV～20mV的微小信号。2.基于标准CMOS工艺设计了多层浮栅晶体管（MFGFET）pH值传感单元,以钝化层Si3N4作为氢离子敏感膜。基于Site-Binding模型和Gouy-Chapman-Stern理论,建立了固液界面电势非线性方程,用MATLAB进行了数值计算和分析。基于传统裸栅场效应管阈值电压敏感模型,建立了MFGFET结构的阈值电压模型。建立了pH值传感单元宏模型,可作为集成电路的一个器件,对集成芯片进行整体仿真分析。3.pH值传感单元选用可消除衬偏效应的PMOS管,pH值传感器片上控制MFGFET源漏电压和源漏电流恒定,源电压随溶液pH值线性输出范围达到4.6V,极大的满足不同pH值溶液测试要求。波长396nm紫外灯管照射可消除浮栅上电荷,改善器件迟滞特性,增大阈值电压并有效调整溶液栅电压线性工作区范围。采用离子敏MFGFET和参考MFGFET差分拓扑结构,可减少测量电路的固定模式噪声,并改善温度特性。器件溶液实测pH值在1～13范围内的平均灵敏度为35.8mV/pH。4.CMOS扩展工艺、版图布局优化和PCB板改进芯片封装提高了溶液测试的可靠性。本研究提出了一种可实现pH值和细胞膜电位两种生物量兼容集成的设计方法。验证了基于标准CMOS工艺的传感集成芯片的可行性,为进一步深入研究生物传感芯片系统奠定了基础。