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超导量子干涉器件(Superconducting QUantum Interference Device，SQUID)是目前世界上商用的最灵敏的磁场传感器，它除了可以直接测量微弱磁场外，还可以测量其他能够转化为磁通的物理量，比如电流，电压，磁化率等，因而它被广泛应用于高端医疗、太空通信、重力波检测、磁共振成像等领域，特别是在生物磁探测领域有难以被替代的作用。 超导量子干涉器件传感器主要由两部分构成:SQUID和读出电路。根据SQUID的工在液氦温区还是液氮温区分为低温SQUID和高温SQUID，根据约瑟夫森结的个数为一个还是两个分为rf SQUID和dc SQUID，本文主要研究的是低温dc SQUID。SQUID的读出电路根据SQUID与室温前置放大器是否直接相连而分为直接读出电路和磁通调制读出电路、两级SQUID读出电路等。SQUID的系统噪声主要由两部分噪声:SQUID的内禀噪声和读出电路的前放噪声。由于室温读出电路前放噪声一般比SQUID的内禀噪声高一个数量级，导致SQUID极高的磁场灵敏度的特性难以发挥，因而为了提高整个SQUID的磁场灵敏度，SQUID与其读出电路之间必须做到噪声匹配。所谓噪声匹配，是指通过调节SQUID的器件设计参数、或者SQUID与电路之间加入一些反馈支路、或者选择合适的前置放大器等方法达到系统噪声最低的状态。为了达到系统噪声最低且简化电路易于多通道集成的目的，中科院上海微系统所联合德国于利希研究中心共同提出了弱阻尼SQUID，将SQUID约瑟夫森结的βc推广到了大于1的范围。但是实验发现，当βc从小于1增大到大于1时，读出电路与SQUID不能一直保持噪声匹配。为了改变以往在βc＜1理论指导下的制备低噪声的SQUID设计思路，为SQUID设计提供新思路，必须系统的研究βc在大范围变化时，读出电路与SQUID的噪声问题匹配，这就是本文的出发点和创新点。 首先本文从超导电性出发简要介绍了RCSJ模型下约瑟夫森结的电学性质，并以shunt电阻为热噪声为主要噪声源分析了它SQUID的内禀噪声的影响。在SQUID内禀噪声的研究还中发现:(1)内禀噪声δΦS，动态电阻，磁通电压转换系数随着βc的增加而增加;(2)当sensor电感LS，βL和βc较小时，sensor内禀噪声δΦS随sensor电感LS线性增加，该结果在Two-Stage方案中得到验证。(3)βc＞1时，δΦS与LS成线性关系不成立，LS对δΦS影响在减弱。 根据SQUIDβc的大小，SQUID可以分为强阻尼(βc≤0.5），中等阻尼（0.5＜βc≤3）和弱阻尼(βc＞3）器件。实验发现FMS(Flux Modulation Scheme)适用于强阻尼SQUID，DRS-PCBT(Direct Readout Scheme-Parallel Connected Bipolar Transistor，并联晶体管作为前放的直读电路方案)适用于中等阻尼SQUID，DRS-AD797(Direct Readout Scheme-AD797，AD797作为前放的直接读出电路)适用于弱阻尼SQUID。然后对读出电路不匹配SQUID的原因进行了研究，发现:(1)由于SQUID sensor受到混合偏置模式和变压器的通带效应的影响，磁通调制电路(FMS)在sensorβc＞1时系统噪声性能不如DRS-PCBT。(2)由于DRS-PCBT电路电流噪声随SQUID sensor的动态电阻的增加而显著升高，导致在βc＞3时，DRS-PCBT的系统噪声比DRS-AD797电路高。(3)电流反馈电路(CFC)可以明显的抑制DRS-PCBT电路的电流噪声，但是由于DRS-AD797电流噪声低，CFC对其抑制效果不明显。 最后本文从心磁和脑磁的检测需求出发，在考虑系统稳定性、集成复杂度和操作便捷性等要求的基础上，选择用DRS-PCBT电路做整个传感器的读出电路，然后根据以往的实验结果，以系统噪声最低的原则设计了一个中等阻尼的SQUID平面梯度计。实际测得的sensor的磁场噪声在8.6fT√Hz，梯度噪声在3.5fT/√Hz。在屏蔽室中应用该器件检测到了10pT左右的心磁信号和0.15pT左右的脑磁信号，这成功验证了用βc匹配SQUID sensor与其读出电路的方法，同时也给出了一种SQUID传感器的整体设计的新思路。