颗粒物传感器,属于气体传感器的一种,作为环境检测系统（Environmental Monitoring Management System,EMIS）的重要组成部分之一,越来越受到社会与国家的关注。颗粒物传感器不仅在环境检测领域,也在诸如工业、医疗等领域发挥作用。而光散射法因具备测量速度快、实时检测、精度高、无损耗、便携性好等优势,近些年来在颗粒物传感器的市场化应用中越来越多。本文主要针对光散射算法和颗粒物传感器系统进行了深入的研究,并利用CMOS工艺集成度高、传输速度快、制造成本低等优点,设计了一种新型的光散射式颗粒物传感器系统以提高传感器检测性能与集成度。本文主要研究工作如下:1、针对传统颗粒物传感器高浓度检测精度下降等问题,设计了一种基于粒子计数法的传统颗粒物传感器以验证该现象。详细分析了传统颗粒物传感器整体架构的组成、算法原理以及信号处理电路的设计流程,并对实物进行了测试。最终结果显示本文设计的传统颗粒物传感器可对低浓度（0～500μg/m~3）PM2.5颗粒物进行精确检测（R~2>0.99,检测平均误差<0.01 mg/m~3）,但在高浓度下（0.5～1 mg/m~3）,检测误差将会增大（R~2=0.974,检测平均误差>0.02 mg/m~3）,且单次检测最少需5～10μs。这表明采用粒子计数法与单片机系统实现的颗粒物传感器存在不足之处。2、针对颗粒物传感器光电接收模块缺少仿真模型的问题,提出了一种颗粒物传感器光电接收模块的等效电路模型。介绍了建立高频硅基光电晶体管SPICE等效模型以及参数提取的方法。通过将电路仿真结果与TCAD仿真结果进行对比,证实两种模拟结果具有很好的一致性,验证了该模型描述器件光电特性的准确性。模型工作频率为100MHz～1 GHz,电流增益约为500,光响应度>0.5 A/W。此外,还验证了模型在器件模拟与电路应用中的可行性。3、针对采用粒子计数法与单片机系统实现的颗粒物传感器存在不足之处的问题,提出了一种基于颗粒群光散射法的新型颗粒物传感器系统。对系统原理与各模块的功能进行了阐述,详细分析了系统各模块的设计思路,并在SMIC 0.18μm工艺下对所设计的电路进行了仿真。结果表明,本文提出的新型颗粒物传感器可以实现宽范围（0～1mg/m~3）,快速（2μs/次）,低误差（<0.01 mg/m~3）的检测。4、针对新型颗粒物传感器数据存储模块缺失的问题,提出了一种基于STT-MRAM的数据存储架构。通过对采用SRAM或STT-MRAM的数据存储单元性能进行仿真与对比,证明了大数据容量下,STT-MRAM架构的性能更加优异。然后针对STT-MRAM写入延迟高、高性能型器件泄露功耗高的问题,研究了不同容量下,STT-MRAM单元配置的优化方案。结果表明,合理的配置方案可以有效地减少STT-MRAM数据存储单元的写入延迟与泄漏功耗（分别最高减少5.4%和42.1%）。