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模数转换器（Analog to Digital Converters, ADC）是通信系统、物联网系统以及光纤无线电系统等的重要组成部分。采样率在百兆赫兹级别的ADC广泛应用于移动通信、生物医学以及自动化系统等，做为系统前端模数信号转换处理模块，其性能对后续数字信号处理至关重要。相比于其他ADC，逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）具有功耗极低、面积较小、精度高的优势，并且最适用于未来的工艺结构，从而在蜂窝基站，卫星和雷达接收器，便携式仪器设备等领域得到广泛应用，所以研究高速高精度的SAR ADC具有可观的应用价值。
本文基于分析对比国内外SAR ADC的研究现状，研究了SAR ADC的几种基本结构，决定采用分段电容全差分的系统结构。设计了栅压自举开关结构做为前端采样电路，以提高采样开关的线性度，同时提高了采样精度和速度，增加冗余管缓解了馈通效应；通过改进型分段电容阵列，减少了总电容数量，有效地减小了面积；设计了DAC部分单调切换方案，前两位切换过程均不消耗能量，使得开关切换功耗比传统的切换方案减少了约 50%；引入基于可变电容阵列的 DAC 寄生电容校正技术，改善了DAC电容阵列的寄生电容带来的权重问题，从而提高SAR ADC的精度，引入校正后ADC的有效位数提高了2 bits；设计了一个两级动态比较器，提高了比较速度，消除了静态功耗，经过蒙特卡洛仿真显示，校正后的失调电压仅为0.3mV；SAR控制逻辑电路得到比较结果并直接反映到DAC开关切换，提高了SAR的转换速度；设计了串行输出方式，降低了数字逻辑的复杂度，减小了芯片的面积和功耗。
本设计采用 TSMC 40nm CMOS 工艺实现了 12 位 SAR ADC 的电路和版图设计，版图面积为195μm×140μm。系统后仿真结果显示：当采样速率为200MS/s，输入信号频率接近奈奎斯特频率，设置为95MHz时，信号噪声失真比为51.2dB，无杂散动态范围为54.6dB，总功耗为9.3mW。
本文基于分析对比国内外SAR ADC的研究现状，研究了SAR ADC的几种基本结构，决定采用分段电容全差分的系统结构。设计了栅压自举开关结构做为前端采样电路，以提高采样开关的线性度，同时提高了采样精度和速度，增加冗余管缓解了馈通效应；通过改进型分段电容阵列，减少了总电容数量，有效地减小了面积；设计了DAC部分单调切换方案，前两位切换过程均不消耗能量，使得开关切换功耗比传统的切换方案减少了约 50%；引入基于可变电容阵列的 DAC 寄生电容校正技术，改善了DAC电容阵列的寄生电容带来的权重问题，从而提高SAR ADC的精度，引入校正后ADC的有效位数提高了2 bits；设计了一个两级动态比较器，提高了比较速度，消除了静态功耗，经过蒙特卡洛仿真显示，校正后的失调电压仅为0.3mV；SAR控制逻辑电路得到比较结果并直接反映到DAC开关切换，提高了SAR的转换速度；设计了串行输出方式，降低了数字逻辑的复杂度，减小了芯片的面积和功耗。
本设计采用 TSMC 40nm CMOS 工艺实现了 12 位 SAR ADC 的电路和版图设计，版图面积为195μm×140μm。系统后仿真结果显示：当采样速率为200MS/s，输入信号频率接近奈奎斯特频率，设置为95MHz时，信号噪声失真比为51.2dB，无杂散动态范围为54.6dB，总功耗为9.3mW。