光谱仪能够测量物质的光谱信息,被广泛应用于农业、工业、航空、半导体等各种领域,是很多领域中不可或缺的仪器。相比于普通的光谱仪,微型傅里叶光谱仪有着便携性、低成本等优势,从而得到广泛关注,各种基于MEMS微镜的微型傅里叶光谱仪被开发出来。傅里叶光谱仪的分辨力取决于光程差,通过增大微镜的行程可以增加光谱仪的光程差,对微镜扫描过程进行检测与实时控制可以有效消除非匀速、倾斜等问题,也能提高光谱仪性能。但当前微镜扫描运动过程的检测方面研究较少。因此,本文针对这个问题,对微镜扫描运动过程进行实时检测的光电检测芯片进行了深入研究,展开了如下工作:（1）深入开展了反射光强度与镜面距离的关系研究与分析,从探测器接收到的反射光强度的角度,进行了光学模型的计算推导,得到了在一定范围内探测器接受到光强与被测距离成近似线性的关系;然后针对微镜运动过程中倾斜角度测量问题,设计了两种结构的四象限光电探测器阵列并进行了对比分析,“十”字型阵列在距离和倾角测量上有着更好的线性度;对探测器大小、光源发散角与距离和倾角检测的量程、精度的关系进行了探讨,探测器尺寸越大、光源发散角度越小,距离的测量范围越大,但测量灵敏度越小。考虑到芯片尺寸和测量范围、灵敏度的折衷,本文选择了 500x500μm大小的探测器及发散角为20°的光源。利用TracePro对光路系统进行了建模仿真,验证了本文理论模型的准确性。（2）在光强信号的获取方面,针对硅基光电二极管光电响应度小的问题,深入研究了 PN结深度、掺杂浓度以及PN结结构对光电二极管响应度的影响。采用Silvaco进行了建模仿真,依据仿真结果在兼容通用CMOS工艺的基础上,对光电二极管（PD）结构进行了优化设计,选用了掺杂浓度较低的深N阱对P衬底的结,通过在深N阱植入P阱减小扩散区宽度,并加入开窗提高增加了 PN结对光子的吸收率,所设计的PD增加了至少10%的响应度。（3）研究了 PD光生电流信号无失真放大转换的问题。普通的跨阻放大器一般应用在光纤通讯领域,带宽高但增益较低、线性度不好且输出存在直流偏置。为克服这些问题,提出了跟随器结构的三极管比例放大跨阻放大器。充分利用了三极管的特性降低了放大器的噪声,实现了等效输出噪声电压低于21.3nVrms,且跨阻放大倍数达到了 2MΩ;采用减法电路对轨至轨输入输出运算放大器的跨导进行补偿,使得放大器在整个共模输入范围能维持增益基本恒定,实现了光生电流信号向电压信号的线性转换,方便了光强信号的读取。（4）为了提高微镜检测的微型化集成,开展了光强信号的数字化采集及光电检测芯片的整体实现研究。设计了 10位高速ADC采样电路,提出了基于电荷存储的电阻电容混合DAC结构,改善了模数转换器的微分非线性;设计了带输入失调对消前置放大电路的快速比较器,实现了低于0.1mV的输入失调电压以及低于50ns的比较延时;ADC采样频率达到了100KHz,积分非线性小于2LSB,微分非线性小于0.5LSB;设计了 I2C通讯电路,实现了光电信号最终向数字信号的转换与传输,为后续数据处理提供了便利;研究了基准电压源技术,采用耗尽型MOS管设计了一种高性能基准电压源,该线路结构简单,能自动消除工艺误差的影响,节省了芯片面积;为保证反射光强的稳定性,芯片集成了光源的恒流驱动电路。（5）完成了光电集成芯片的版图设计及流片生产,并进行了各项功能测试,测试结果表明所设计的芯片各项性能基本满足要求。针对本课题中的关键问题,搭建了实验平台,采用所设计的芯片对微镜距离以及倾斜角度进行了测量,实验结果显示,在0.85～1.31mm的量程范围,达到了 0.79μm的距离检测精度,以及0.0032°的角度测量精度。综上所述,本文设计了光电集成芯片,实现了 MEMS微镜的距离及偏转角度的测量,对于增加扫描微镜的有效行程、提高傅里叶光谱仪的分辨率有着重要的作用。