通过合成生物学手段构建基因细胞工程生物传感器,并与集成电路技术相结合,对代谢疾病的诊断与治疗具有重大科学意义和转化应用前景。而对于基因细胞工程生物传感器相关芯片中的电源管理系统,需具有低功耗的特点,因此其设计十分具有挑战性。本文基于中芯国际40nm CMOS工艺,设计了一款可应用于低功耗生物微弱光信号检测So C中的低功耗电源管理系统。本文的主要研究成果如下:1、通过低功耗生物微弱光信号检测So C对其电源管理系统的功能要求,制定该电源管理系统的架构及模块组成:该电源管理系统由四种不同结构的低压差线性稳压器（LDO）构成,分别输出2.5V、1.1V、1.25V、2V。一个可输出670m V和1.25V的电压基准、一个可输出10n A和100n A的电流基准、一个可输出500n A和1μA的电流基准构成。并通过低功耗So C静态功耗要求,制定每个模块的静态电流。2、针对不同LDO对静态电流和瞬态特性的需求,设计了四种不同结构的LDO:一个电源电压与输出分别为3.3V、2.5V的带片外10μF电容的主极点补偿LDO,并设计了一个电压缓冲器置于误差放大器（EA）和功率管之间,来提高误差放大器的驱动能力并且保证LDO在重载时的稳定性,其静态电流为3.97μA;一个输入电压为2.5V,输出电压为1.1V,静态电流仅为51n A的超低功耗LDO,为误差放大器设计了一个动态偏置电路,在保证超低静态电流下尽可能提高该LDO的瞬态响应速度;一个输入电压为2.5V,输出电压为1.25V,静态电流为1.92μA,最大驱动负载为10m A的LDO,为该LDO设计了一个共栅输入级、推挽输出级的EA来优化其瞬态特性,并在此基础上加入了一个通过电容耦合检测输出电压形成动态电流的动态偏置电路,从而在更低的静态电流下获得更快的瞬态响应速度;一个输入电压为2.5V,输出电压为2V,空载时静态电流为30.25μA,使用自适应偏置技术提升误差放大器重载时压摆率和带宽的LDO,设计了一个输入电压等于输出电压的自适应偏置电压缓冲器来提高LDO的带宽,并为了补偿该LDO的稳定性,为其设计了一个零点-极点追踪电路,保证其在重载时的稳定性。该LDO的输出电压时域响应恢复时间仅为5.8μs。3、四种不同结构LDO,有着不同参考电压和偏置电流需求,基于此:设计了一个静态电流仅为0.23n A～1.12 n A,基于耗尽管负阈值电压和厚氧化层管高阈值电压差而产生低温度系数输出电压的极低静态功耗电压基准,该电压基准通过设置不同PMOS管数量来实现670m V和1.25V两种不同基准电压,来分别提供给各自需要的LDO,并采用了数字控制位的方法来降低工艺角不同带来的电压基准波动;基于传统CMOS加片上高阻相结合的亚阈值区电流基准,设计了一个静态电流为57.6n A,采用工作在线性区的NMOS管代替片上高阻的电流基准,减小了版图面积,实现了全CMOS的低功耗电流基准,采用了只需要两个PMOS管组成的启动电路使其在上电后脱离简并点;设计了一个静态电流为16.6μA,基于双极性晶体管VB E负温度特性和（35）VB E正温度系数特性的低温度系数电流基准,去掉了运算放大器从而降低了静态功耗,并设计了一个辅助支路来消除核心电路电流镜中晶体管的Vds差别从而提高输出电压精度并降低输出电压的温度系数。核心电路在不同工艺角下的温度系数为7.05ppm/℃～15.63 ppm/℃。4、设计该电源管理系统各个模块的版图,并且将其嵌入到低功耗生物微弱光信号检测So C的整体版图中。首先对各个模块的版图通过Calibre做寄生抽取,对各LDO、电压基准、电流基准进行后仿真;然后通过对低功耗生物微弱光信号检测So C的整体版图进行寄生抽取,对各LDO的输出电压进行蒙特卡罗仿真,验证各LDO输出电压的精确性:四个LDO蒙特卡罗仿真输出电压均值分别为:2.51146V、1.26079V、2.04408V、1.15364V,标准差分别为:120.47m V、59.481m V、94.9069 m V、46.4177 m V;然后将各LDO、电流基准、电压基准的静态电流与系统静态电流预算进行对比,证明了本论文所设计的低功耗电源管理系统之功耗符合性能指标:四个LDO的静态电流分别为3.97μA、51.367n A、1.92μA、30.25μA,电压基准的静态电流为0.23～1.12n A,两个电流基准的静态电流分别为57.6n A和16.6μA。