摩尔定律在过去的50年中引领了巨大的技术和经济革命,伴随着信息通信技术的飞速发展,对数字信号处理器的性能要求越来越高,作为数字信号处理的重要组成部分,模拟信号转换为数字信号的速度、精度以及功耗直接限制了数字信号处理的性能。然而传统的晶体管快要达到其尺寸的极限,设计更高性能的电路面临着越来越多的技术瓶颈,这就对模数转换电路(ADC)的设计从工艺、器件以及结构等方面提出了全方位的创新需求。近年来,一种新型的二端器件—忆阻器件(Memristive Devices),由于其简单的结构、纳秒级的工作速度、极低的功耗以及与传统CMOS工艺兼容等一系列优点吸引了全世界研究人员的关注,利用忆阻器件与传统的晶体管结合所设计出的混合电路,在不缩小器件尺寸的情况下可以极大的提高电路的性能。本文利用忆阻器件的一系列优良性质,与MOS器件结合,在占用更小的芯片面积并且消耗更低的功耗的情况下,实现了更高性能的模数转换,主要内容如下:对忆阻器件的结构、材料体系、工作原理以及阻变机理做了全面的研究,并分析了忆阻器件在存储器、模拟电路、数字电路以及神经网络等领域的应用思想,找出了忆阻器件的性质分别与模拟信号和数字信号的连接点,并利用这种性质,将忆阻器件作为模拟信号转换为数字信号的中介,结合传统的模数转换器的设计思想,通过配合合理的外围电路,设计出了基于双极型忆阻器件的并行ADC、基于频率比较器的并行ADC以及基于线性忆阻器件的串行ADC,并对提出的三种ADC的工作原理进行了详细的讨论。在电路的结构设计完成后,对设计的三种结构的ADC进行了SPICE仿真,分析了每种结构的性能特点,并与传统的ADC进行了对比,结果显示本文所设计的基于双极型忆阻器件的并行ADC和基于频率比较器的并行ADC相比传统的并行ADC在保证了转换速度和精度的同时,极大的减小了芯片面积和功耗;基于线性忆阻器件的串行ADC相比传统的串行ADC具有更低的功耗和更快的速度。