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随着近年来国内外电子集成电路的高速发展,数据采集系统朝着更快速、更精确的方向靠拢。逐次逼近型模数转换器（Successive-Approximation-Register Analog-to-Digital Converter,SAR ADC）具有结构简单等优势成为ADC领域研究热门之一。本论文设计出一款16位、1MSPS（Samples per Second）的SAR ADC,论文主要贡献如下:一.本论文基于电容的电荷守恒概念,总结出适用于高精度分段电容阵列的电荷守恒式分析方法,较于传统串并联分析方法可以对三段电容阵列进行快速设计;采用整数桥接电容将电容阵列划分为三段子电容阵列,在满足电容阵列之间的二次性之外降低电容阵列的面积并且更有利于桥接电容与单位电容之间的匹配;接着,电容阵列加入冗余电容以及末位重复单位电容增强SAR ADC的容错能力并且降低噪声的影响。二.本论文分析MSB（Most Significant Bit）电容阵列电容失配对SAR ADC的影响,基于统计学提出排序重构方案降低MSB电容阵列电容失配的影响。利用MATLAB工具对本次设计的SAR ADC进行建模并对提出的排序重构方案进行验证,在单位电容失配标准差σ=0.2%条件下的1000次蒙特卡洛仿真结果显示排序重构方案校准前无杂散动态范围（Spurious Free Dynamic Range,SFDR）平均值为83.8d B且信噪失真比（Signal to Noise and Distortion Ratio,SNDR）平均值为77.8d B,排序重构方案校准后SFDR平均值为104.2d B且SNDR平均值为74.0d B,因此采用排序重构方案使得SFDR提升20.4d B且SNDR提升16.4d B,DNL（Differential Non-linearity）提升0.94LSB（Least Significant Bit）且INL（Integral Non-linearity）提升21.07LSB,通过Matlab的仿真结果展示排序重构校准方案的可行性。三.本论文分析桥接电容附近寄生电容以及低段位电容阵列寄生电容对SAR ADC线性度的影响,提出通过添加校准电容阵列使得低电容阵列的实际等效权重逼近其理想权重的浮空节点校准方案降低寄生电容的影响。利用MATLAB对浮空节点校准方案进行验证,在单位电容失配标准差σ=0.2%条件下的1000次蒙特卡洛仿真结果显示浮空节点校准方案校准前SFDR均值为87.9d B,SNDR均值为71.21d B且浮空节点校准方案校准后SFDR均值为112.8d B,SNDR均值为96.2d B,因此采用浮空节点校准方案使得SFDR均值提升24.9d B且SNDR均值提升25.0d B,DNL提升0.11LSB且INL提升7.74LSB;综上所述,1000次蒙特卡洛仿真结果显示同时采用排序重构方案以及浮空节点重构方案校准前SFDR均值为83.6d B,SNDR均值为73.9d B且未采用两种校准方案后SFDR均值为104.5d B,SNDR均值为89.3d B,因此采用这两种校准方案使得SFDR均值提升20.9d B且SNDR均值提升19.0d B,DNL提升1.21LSB且INL提升24.79LSB,通过Matlab的仿真结果表示两种校准方案的可行性。接着在Cadence平台对电路进行电路搭建、仿真与验证。考虑到SAR ADC噪声、精度、速度等因素,本设计采用四级前置放大电路加动态锁存电路设计出一款高精度低噪声比较器,其失调电压标准差为1.87mV且等效输入噪声电压为28mV。接着,在180nm的工艺下对设计的SAR ADC进行PVT（Process,Voltage,Temperature）前仿真,根据PVT前仿真结果可得该SAR ADC的SNDR均在95d B以上且SFDR均在103d B以上,通过仿真求得1000个转换周期内的平均电流为8.1m A,DC综合出的数字电路功耗1.6m W可得前仿真总体功耗为42.1m W。最后,版图面积为4200×2300mm~2,提取寄生参数并进行后仿真,采用浮空节点校准方案在1MS/s的采样频率下,其后仿SNDR结果为92.83d B且后仿SFDR达到109.64d B。较于未采用浮空节点校准方案的后仿真结果,其SNDR提升14.77d B且SFDR提升14.33d B。对采用浮空节点校准之后的SAR ADC进行PVT后仿真验证,其SFDR均在104d B以上且SNDR均在92d B以上。对于采用浮空节点校准方案的SAR ADC加入瞬态噪声并进行PVT后仿真,其仿真结果表示其SFDR均在104d B以上且SNDR均在92d B以上。整体SAR ADC后仿真功耗为43.2m W,数字电路DC（Design Compiler）综合出的功耗为1.6m W,则整体功耗为44.8m W其Schreier FOM（Figure of Merit）为166.3dB。