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随着无线传感网技术的快速发展,医疗保健系统迎来了新的发展机遇,可穿戴、可植入设备在生理医疗领域的应用逐渐成为热点,使得用户可以摆脱固定地点、时间的束缚,随时随地进行健康监测。逐次逼近型模数转换器（SAR ADC）因模拟组件较少、电路结构简单,非常适合生理信号的采集,所以在医疗保健领域具有很好的应用前景。但是,现有的SAR ADC的采样频率普遍较高,不适合于低频率的生理电信号,而且在比较过程中开关切换所产生的功耗通常很大,会影响整个芯片的适用范围和使用寿命。针对上述问题,本文研究和设计了一种适用于生理电信号采集的12位、100 kS/s的全差分开关电容式SAR ADC,整个电路的关键模块由采样保持电路、差分电容阵列、比较器和逐次逼近控制电路构成。论文的主要工作内容如下。（1）分析了低采样频率和低功耗的生理信号监测领域的采样需求,决定采用SAR ADC作为生理电信号采样的ADC类型,并根据指标和需求提出了降低SAR ADC功耗的方法。（2）针对数模转换器（DAC）电容阵列在前三次比较开关切换过程中产生较高功耗的问题,提出了一种高位拆分低位补偿的差分DAC电容阵列,利用高位拆分电容与次高位电容值大小相同这一特性,在比较过程中有效地降低了开关切换所消耗的能量。同时,通过控制开关的闭合,改变最后一次比较过程中末尾冗余电容的大小,从而可以在最后一次比较过程中不引入新的参考基准源。（3）针对高位补偿低位拆分的电容阵列,基于单调型开关策略,提出了一种新型的上极板采样开关策略,解决了前三次转换过程中开关切换功耗较大的问题。进一步,结合提出的高位拆分低位补偿电容阵列,在不引入新的参考基准源的情况下,实现了比较器两端电压的逐次逼近,显著地降低了采样过程中开关切换所产生的功耗,有效地减小了电容的数量和芯片的面积。仿真结果表明,与单调型开关策略相比,平均开关切换能耗降低了95.93%,电容面积减少了50%。（4）针对在上极板单边采样过程中会出现共模电压升高的问题,提出了一种共模电压校正电路,使SAR ADC在比较过程中共模电压始终保持在Vref/2附近,解决了由于共模电压漂移而引起的SAR ADC线性度失真问题。进一步,采样电路采用栅压自举开关,避免了输入电压变化引起的开关导通电阻的变化,从而消除了在采样过程引起的非线性变化。（5）基于上述方法和SMIC 65 nm CMOS工艺,实现了一款12位、100 kS/s全差分开关电容式SAR ADC电路。仿真结果表明,所提出的开关策略比单调型开关策略的能量利用效率提高了78.3%,在100 kS/s采样速度下,信噪失真比（SNDR）为62.55 dB,有效位数（ENOB）为10.1,功耗为20.18μW,较好地实现了面积和功耗的优化,可满足生理监测领域的应用需求。