在混合信号系统中,模数转换器(ADC)是一个非常关键的部分。它是负责将模拟信号转换成为数字信号的器件,有着非常广阔的应用范围。流水线模数转换器(Pipelined ADC),由于其在低功耗高速高精度方面的结构优势,在更加广泛的领域中得到了应用。本文主要针对应用于CMOS图像传感器的高性能的流水线ADC进行研究,并设计了一个低功耗10位10MHz流水线结构的模数转换器,设计基于SMIC 0.18μm CMOS工艺。本文主要论述了以下几个方面:第一,介绍了用Matlab建立的每级1.5位流水线ADC的系统模型。通过建立数学模型,把握系统的性能指标。在系统模型中加入非理想因素,如热噪声、余数放大器的增益误差、比较器失调误差和各种非线性误差。通过误差对系统性能影响的分析来指导电路设计。第二,本文着重强调了精度和功耗的要求,这主要体现在:1)功耗方面:采用带数字冗余校正的传统每级1.5位流水线结构,最大的降低比较器失调要求;采用电荷翻转型(flip-around)采样保持(T/H)电路,最小化采样保持级的噪声和功耗;采用电容缩减因子,降低后级运算跨导放大器(OTA)的要求,减小功耗;折衷考虑噪声和功耗,最优化采样电容值和OTA的工作电流。2)精度方面:采样保持级采用自举(boost-strapping)开关和环内开关(in-loop switch)技术,大大提高了开关的线性度,减小失真;在时序上进行改进以消除比较器的反馈(kick-back)噪声等。第三,对于设计中的数字部分,通过仔细设计时钟电路产生合理的系统时序,保证了系统的可靠性。另外,论文还提到了设计其他辅助的电路如锁存器阵列,全加器等的方法。这些电路主要用于完善系统的功能,并实现数字校正。第四,把握当今模数转换器中研究的重点,对精度要求更高时采用的电容误差校正理论进行了简单的介绍,用数学模型进行小信号分析仿真,在此基础上提出了OTA和比较器共享技术,为更进一步优化降低功耗提出了理论依据。