众所周知,数据转换器是模拟世界和数字世界相互联系的桥梁,因此模数转换器(ADC)在电子世界中扮演着非常重要的角色。随着科学技术和CMOS工艺的发展,各种应用领域中对ADC的性能要求越来越高,尤其在生物、医疗电子和便携式手持电子设备等先进领域,不仅需要ADC具有较高的精度,还需要有较低的功耗。传统的单一结构的ADC已经不能满足系统的需求,新型混合结构的ADC的研究迫在眉睫。噪声整形逐次逼近模数转换器是一种结合了 Sigma-Delta ADC和SARADC两种结构的新型混合结构ADC,它在保留SAR ADC低功耗优势的同时,结合了Sigma-Delta ADC噪声整形和过采样的技术,实现了高精度的特点。论文首先对噪声整形SAR ADC的整体结构和基本原理进行了介绍。SAR ADC作为其中的一个重要模块,本文首先对SARADC中的核心电路进行了研究,主要包括:采样开关、DAC开关时序、比较器和SAR控制逻辑等。然后论文利用MATLAB对噪声整形SARADC进行了系统建模和零点优化,并对其中的非理想因素对系统的影响进行了分析和仿真,主要包括时钟抖动、开关热噪声、比较器的失调、比较器的噪声和DAC失配误差等,以提高其噪声整形性能。在此基础上,论文设计了一款基于动态放大器的误差反馈型(EF)三阶无源噪声整形SAR ADC,采用交叉耦合共源共栅动态放大器对量化余差进行放大,相较于传统的单级动态放大器,其增益有明显的提高;采用无源有限冲激响应(FIR)滤波器进行环路滤波,避免有源运算放大器的使用,减小电路功耗;采用9位VCM-based开关时序的SARADC进行信号量化。本文采用电容失配整形(MES)的方法来解决DAC阵列中的电容失配误差,与经典的校准和动态元件匹配(DEM)方法相比,其电路复杂度和硬件消耗大大降低。论文基于SIMC 0.18μm工艺,电源电压为1.8V,采样频率为2MS/s,过采样率为8倍,后仿结果表明该ADC在9位SARADC的基础上实现了 12.8位的有效位数,信号带宽可达125KHz,电路功耗仅为105μW,ADC的核心电路面积为680×780μm2。