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当今社会飞速发展,人们对自身的身体健康和生活品质更加注重,大量智能可穿戴设备和生物医疗检测设备应用而生,这类可穿戴设备小巧便捷,内含多种传感器芯片,时时刻刻检测着人体的各项生理指标,因其应用场景的特殊性,其相比于其他电子设备对电池的续航能力要求更高,而电池技术的发展依然处于瓶颈期,为了解决这个问题,研究人员将目光转向产品的低功耗设计,模数转换器(ADC)作为这类传感器的核心,降低其功耗显得尤为必要。因为这类生物电信号具有低速,中等精度的特点,加之对功耗的严格要求,相比于其他类型的ADC,逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)以其结构简单,面积小且功耗超低的特点而被广泛采用。本文基于SMIC 55nm CMOS工艺设计了一款超低功耗的SAR ADC,提出了基于传输门的新型栅压自举开关,有效的改善了采样开关的线性度和谐波失真,同时通过Matlab建模优化了Tri-level电容型数模转换器(CDAC)算法,提出了高位电容隔离技术,并结合改进的CDAC方案,减少了转换过程中最高位电容的翻转频率,相比于传统的转换方案实现了99.5%的能量的降低。针对高位隔离开关引入的非线性等问题对采样电路做了调整,采用栅压自举开关代替了原有的传输门,加快了DAC的建立时间,提高了整体设计的线性度,比较器采用动态锁存比较器,并针对失调和回踢噪声等问题做了结构和参数的调整和优化;控制逻辑部分采用异步控制,增加了三输入与门使D触发器形成自锁,在每个转换周期内,仅有一个D触发器发生反转,从而降低了寄存器组的功耗。最后,整体电路在Cadence的spectre中完成了仿真,在1MSps的采样率,16.601KHz的输入频率下,SNDR约为60.3 d B,SFDR约为73.6d B,所设计SAR ADC的ENOB为9.81位,在1.1V电源供电下,消耗的总功耗为954n W,从而使所设计SAR ADC的FOM值下降到1.041f J/conversion-step。