随着生物医疗设备的小型化、便携化以及可穿戴设备的发展和普及,对生物电信号的采集、量化和特征提取变得非常重要。为了得到准确的生物电信号进行特征提取,系统需要实现较高的精度;由于电池供电的限制,系统需要低功耗设计。ADC(模数转换器)作为信号采集系统的关键模块,占据了很大一部分功耗,而在所有类型的ADC结构中,SAR ADC(逐次逼近型模数转换器)在功耗、精度之间有良好的折中,所以它非常适合中高精度、低功耗的应用。本论文提出了一种新型的模拟后台校正算法并且基于该校正算法在CMOS 40nm工艺下实现了一款14位低功耗SAR ADC设计。首先,对于电荷重分配型SAR ADC,电容的匹配精度对系统的线性度至关重要,电容失配成为实现中高精度SAR ADC的重要限制因素之一,于是电容失配校正算法不可或缺。本论文调研了三种主要的电容失配校正算法,包括模拟前台校正算法、模拟后台校正算法和数字后台校正算法,分析对比了它们的原理和优缺点,并且根据本次设计的应用环境提出了一种新型的模拟后台校正算法。经过MATLAB建模和电路实现,验证了该校正算法可以很好地消除电容失配对系统线性度的影响,满足实现14位SAR ADC的设计要求。其次,采样开关的线性度和比较器的精度也是限制系统线性度的主要因素,于是该SAR ADC采用栅压自举结构,提高采样开关导通电阻的线性度,从而提高采样的线性度;比较器采用两级前置运放加锁存器(Latch)的结构,从而减小了Latch的噪声和输入失调电压。最后,为了满足生物医疗的应用环境,本论文中采取了一系列降低系统功耗的措施,例如,该SAR ADC采用0.8V的低电压电源供电;该SAR ADC采用共模电压复位的DAC结构,减少电容阵列的电容个数从而减小DAC的切换次数和功耗;比较器采用钟控结构;数字逻辑采用堆栈式结构从而减小漏电。基于HSPICE仿真结果,在300 kS/s的采样频率下和0.8V的电源电压下,该SAR ADC的无杂散动态范围(SFDR)为94.1 dB,信噪失真比(SNDR)为80.8 dB,有效位数(ENOB)为13.1 bits,功耗为19.047μW,FoM值为7.23 fJ/Conversion-step。