This work presents an electrochemical DNA sensor microarray which supports the detection principles cyclic voltammetry (CV) and Coulometry. The three-electrode system needed for these detection methods is post-processed on the solid-state 5.5 mm x 3 mm CMOS-based chip, which is realized in a 180 nm, 1.8 V and 3.3 V standard CMOS technology. The constellation of an array of 109 working electrodes surrounded by the counter electrode and the reference electrodes is designed to meet stability requirements and structured using layers of gold and silicon nitride. The DNA sensor chip presented in this work has 3 operation modes: a calibration mode, a cleaning mode, and a measurement mode. Every single pixel has an area of 120 µm x 120 µm and consists of one working electrode connected to a readout CMOS circuitry: a 1-bit first order continuous-time ?S modulator. When its reference voltage is varied, the modulator measures its input current while controlling the electrode potential as required for cyclic voltammetry. With a sampling frequency of 10 MHz and an oversampling of 512, the pixel output data rate is around 20 ksamples/s. It allows a maximum input current amplitude of 15.6 nA. Post-layout simulations including transient device noise predict SNR of 63.4 dB and a SNDR of 62.9 dB. The modulator reference voltage is generated by an 8-bit segmented DAC with a full-scale range of 0.63 V. Simulations prove DAC monotonicity with worst-case DNL value of 0.783 LSB. The potentiostat controlling the electrolyte potential is realized as a super class AB amplifier with a peak supply current of 6.5 mA and a quiescent supply current of 0.5 mA. The potentiostat is controlled by an 8-bit segmented DAC with a full-scale output voltage range of 1.39 V. The potentiostat together with its driving DAC achieves voltage steps of ±1 V in 1 µs. Biasing circuits, calibration current sources, bandgap reference, and POR-circuits are designed and implemented on-chip. Thanks to these circuits, the number of chip pads is reduced to 6. A part of this work is dedicated to alternative readout circuit concepts. The alternative architectures are investigated, implemented, and characterized on transistor-level. The basic functionality is verified and key performance parameters are proven to be adequate by means of electrical measurements. In dieser Arbeit wird ein elektrochemischer DNA-Sensor-Microarray präsentiert, welcher die Detektionsprinzipien Zyklovoltammetrie und Coulometrie unterstützt. Ein Dreielektroden-System wird auf dem CMOS-basierten Chip der Größe 5.5 mm x 3 mm postprozessiert. Die Konstellation eines Arrays von 109 Arbeitselektroden umringt von der Gegenelektrode und der Referenzelektrode wurde entworfen, um Stabilitätsanforderungen zu erfüllen. Die Elektroden wurden mittels Gold- und Siliziumnitrid- Schichten strukturiert. Der DNA-Sensor-Chip verfügt über drei Betriebsmodi: einen Kalibriermodus, einen Reinigungsmodus und einen Messmodus. Der Microarray besteht aus 109 Pixeln. Jedes Pixel hat eine Fläche von 120 µm x 120 µm und besteht aus einer Arbeitselektrode, die mit einer CMOS-Messschaltung verbunden ist: Ein 1-bit zeitkontinuierlicher ?S-Modulator erster Ordnung. Wenn seine Referenzspannung variiert wird, kann der Modulator seinen Eingangsstrom messen und dabei das Elektrodenpotential durch seine Rückkopplungsschleife steuern. Schalter-Steuersignale mit einem kleineren Spannungshub von 0.85 V werden durch eine spezielle Schaltung für alle Pixel zentral generiert. Die Abtastfrequenz und die Überabtastrate betragen jeweils 10 MHz und 512. Bei einer Pixel-Ausgangsdatenrate von circa 20 ksamples/s beträgt die maximale Eingangsstrom-Amplitude 15,4 nA. Post-layout Simulationen mit Bauelementen-Rauschen ein SNR von 63,4 dB und ein SNDR von 62,9 dB prognostizieren. Die Modulator Referenzspannung wird durch ein 8-bit segmented DAC generiert, mit einem full-Scale Ausgangsspannungsbereich von 0,63 V. Post-layout Simulationen zeigen, dass der DAC monoton ist, denn der Worst-Case DNL Wert beträgt 0,783 LSB. Der Potentiostat, der das Elektrolytenpotential kontrolliert, wird als ein Super-Class-AB Verstärker realisiert. Der maximale Versorgungsstrom beträgt 6,5 mA, bei einem Ruhe-Versorgungsstrom von 0,5 mA. Der Potentiostat wird von einem 8-bit segmented DAC angesteuert, dessen Full-Scale Ausgangsspannungsbereich 1,39 V. Post-layout Simulationen zeigen eine Worst-Case DNL von 0,23 LSB, während die Worst-Case INL beträgt 0,37 LSB. Bias-Schaltungen, Kalibrierungsstrom-Quellen, eine Current-Mode Bandgap-Referenzschaltung und Power-On-Reset-Schaltungen sind ebenfalls auf dem Chip integriert so, dass die Pad-Anzahl auf nur 6 reduziert wird. Ein Teil dieser Arbeit ist alternativen Konzepten von Ausleseschaltungen gewidmet. Die alternativen Architekturen werden untersucht, implementiert und auf Transistorebene charakterisiert. Die Grundfunktionalität wird für alle implementierten Schaltungsblöcke verifiziert. Außerdem liefern die ersten Messungen angemessene Werte für die wesentlichen Leistungsparameter.