随着无线传感信息采集系统的需求越来越大,对低功耗和低复杂度设计的要求越来越高。由于低功率无线设备的传输速度有限,因此如何在保证数据采集不失真的前提下减小传感器采集的数据量是系统所面临的最困难的挑战之一。对于时域稀疏信号,传统的同步采样方式会存在无用信号多、功耗高等缺点,而异步过电平采样方式只在输入信号跨过参考电平时进行采样,能在保证不失真前提下减小稀疏信号采集量和系统功耗。异步过电平模数转换器是异步采样的核心组成部分,本文从模数转换器的误差源建模、功耗降低、减少无效数据采集等方面展开了深入研究。主要的研究内容和研究成果如下:（1）针对时间量化误差值等于时间最小分辨率,而导致系统信噪比较小的问题,提出了一种新的采样方法,减小了采样量化误差的最大值。过电平采样模数转换器是一种异步采样模数转换器,与传统同步采样模数转换器不同其采样由事件驱动,对其进行建模分析有利于确定各参数对转换结果的影响。因此,首先对模数转换器的误差源和计时模式进行了综合分析,特别是在对有限时间分辨率、有限量化精度两种主要误差源进行详细研究的基础上,改进了传统只能应用上升沿或者下降沿的计算方法,能够自动判断两个时钟沿中较近的一个,将计算采样时刻的最大量化误差降为TTimer/2,有效地提高了系统的信噪比,并通过对过电平采样模数转换器进行建模并仿真验证了结论的正确性。（2）比较器是模数转换器中检测输入信号变化幅度的模块,使用迟滞比较器可以减轻噪声和波动的影响,但同时会增加丢失信号尖峰的风险,针对此问题提出一种新型的阈值可动态变化的迟滞比较器。过电平采样模数转换器主要针对稀疏信号的采集,希望在信号基本不变时,减少无效的数据采集,而在信号快速变化时能够采集到信号的尖峰。在迟滞比较器的基础上增加时间控制模块,使得其迟滞可随着输出信号的变化而动态变化,并且能够在指定时间内恢复至原来设定的值。通过仿真验证了改进的有效性,在信号不发生改变时,迟滞比较器有较好的抗噪声能力;而在信号迅速变化时不会丢失信号尖峰。（3）针对模数转换器需要连续测量两个信号之间的时间差,提出一种新的多通道时间数字转换器。计时器是过电平采样模数转换器中的重要模块,负责时间的量化,其精度直接影响模数转换器信噪比的大小。大多数时间数字转换器只能测量两个脉冲之间的时间间隔,而无法测量连续信号之间的差值,针对这个需求,展开了对于高精度时间数字转换器的研究。采用多个相同的延时环锁定输入信号的时间差,并通过多次采样的方法进行采样,其分辨率由延时环周期和门控振荡器周期的差决定。通过仿真证明其性能满足电路的需求,并能使电路的量化时间达到皮秒量级。（4）过电平采样模数转换器中所有信号都是异步工作的,没有全局时钟,本文针对需求提出了一种基于1-of-N握手协议进行通讯的单通道两相静态异步流水线控制电路。输入信号异步采样后,需要经过异步传输,才能够到达寄存器或者控制数模转换器改变参考电压。其异步通信电路,需要一个异步流水线缓冲器来完成。在本文的应用中,异步流水线控制器不需要返回握手信号,只需要保证当后面的异步电路没有处理完数据之前不再接收新的数据,因此应该尽可能提高其正向的传输速度。基于此需求本文提出的异步流水线缓冲器电路,减少了正向传输等待应答信号的时间,进而减少了正向数据传输路径上所需的时间,使电路更适用于本文结构。通过仿真验证了改进的有效性。（5）根据过电平采样模数转换器的低功耗需求,提出了一种低功耗带隙基准电压源结构。带隙基准电压源是模数转换中不可缺少的模块,能够为电路提供稳定的参考电压和基准电流。在不采样时,带隙基准电压源是少数几个有较大静态功耗的模块之一,因此在保证温度系数的前提下,如何减少其功耗是急需解决的问题。通过对传统的带隙基准源的功耗来源进行详细分析并在此基础上提出了一种用共源共栅电流镜代替传统放大器的结构,使基准电压源的功耗得到降低,同时利用不同温度系数电阻对输出电压进行二阶温度补偿,通过仿真表明在保持性能的前提下,功耗有明显降低。