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近年来,微机电系统（MEMS）技术随着微纳机械加工技术的快速发展而一直不断发展,MEMS传感器在汽车、生物医学、电子和国防等领域的应用越来越广泛。MEMS传感器的检测机制主要有压阻、压电和电容检测三种机制,其中电容检测具有功耗低、温度稳定性高、与CMOS工艺兼容等优点,因此,电容式MEMS传感器的应用最广泛。由于一般具有较小的检测电容和机械灵敏度,微小电容的精确读出成为电容式MEMS传感器设计的一个关键技术。小电容读出技术主要有连续时间电压读出、连续时间电流读出、开关电容电荷读出三种技术。其中,连续时间电压读出技术由于具有较好的噪声性能,使其在MEMS传感器中得到了广泛应用。本工作主要采取连续时间电压读出技术来实现微变电容的读取,其设计思想不仅要结合传统的IC设计方法,而且还要考虑具体的微机械加工工艺。本论文首先从噪声性能、功耗性能和载波信号的优化三方面着手进行研究。就噪声性能而言,在新型CMOS-MEMS工艺下,基于对小电容读出电路的噪声源分析,并结合电容匹配原理,对小电容读出电路的噪声性能进行了优化;就功耗性能而言,基于单级结构与多级结构模型,通过对多级结构功耗进行归一化,分别对每级增益及级数进行了优化;就载波信号而言,结合静电驱动一维简化结构模型,对其幅值和频率进行了优化。噪声性能、功耗性能和载波信号的优化为小电容读出电路的设计提供了指导。其次,基于小电容读出电路的性能参数优化,本论文对电路的各个子模块进行了电路级设计。除了在电路性能指标方面作了优化设计,还研究了温度对主要性能参数的影响。在CSMC 0.5μm CMOS工艺下,用Cadence Spectre对整体电路进行了仿真验证,结果表明能精确检测出aF量级的微电容。输出电压变化量与电容变化量呈线性关系,输出失调电压为0.23 mV,等效输入噪声电压为17 nV/Hz1/2,灵敏度为0.56 mV/aF,在5 V电源电压下功耗仅为2.145 mW,输出延时为9.563μs。小电容读出电路的整体性能满足了MEMS传感器的要求,并在功耗性能上相对同类研究有所提高。最后,基于整体电路的仿真验证,本论文在新型CMOS-MEMS工艺下对工艺误差引起的检测电容失配进行了初步研究;对IC工艺中器件的失配对基准电压造成的影响进行了分析和讨论,以间接评估对载波信号的影响。其中,对工艺误差及失配分析的讨论是本文的一个尝试性研究,也是相对于同类研究的一个改进之处。