心脏病的死亡率在所有重大疾病中占比居于高位。提高心脏跳动过速、心跳暂停、心房过速、心房颤动等突发性和暂时性临床疾病的诊断预防率是降低心脏病死亡率的有效途径。为了实时监测人体的心脏活动,帮助病人得到及时诊断和治疗,植入式心电监测仪应运而生。植入式心电监测设备是植入到人体胸前皮下,用于监测心脏的电学活动,记录并输出异常数据,辅助医生进行诊断分析的医疗设备。其构成主要包括电池、无线收发器、模拟前端、数字信号处理等模块。心电采集前端电路一般由低噪声放大器和模数转换器组成。其主要用于对植入式电极上的信号进行放大、滤波和量化处理。在实际应用场景中,受植入式心电电极间距、电极噪声、电池寿命等因素的制约,心电采集模拟前端电路应满足低功耗、低噪声、宽动态范围的性能要求。针对植入式心电监测设备nW级功耗约束的应用特点,逐次逼近模数转换器(SAR ADC)以优良的效率在所有类型的模数转换器中脱颖而出。目前已有的应用于植入式心电采集的低功耗SAR ADC,其分辨率小于10位,不满足高输入动态范围、高转换精度的应用需求。理想情况下,SAR ADC每提高1位有效位数,比较器就需要增加4倍的功耗降低噪声功率,这就显著降低了SAR ADC的功耗效率。SAR ADC的有效位数还受到电荷注入、开关导通电阻的非线性、电容失配等非理想因素的影响,在低电压下较难实现12-bit的转换精度。针对这些挑战,本论文着重研究植入式心电采集前端中电路模块的非理想因素和超低功耗电路设计技术设计一款nW级功耗消耗、较小尺寸、高有效位数的12-bit SAR ADC,满足心电采集模拟前端电路低功耗、低噪声、宽动态范围的性能要求。本论文从SAR ADC的系统功耗、动态功耗和静态功耗出发,进行多层面的技术创新和综合设计,以降低转换器的整体功耗。提出了一种超低占空比的异步逐次逼近逻辑电路技术,采用多电源电压供电方式以减小系统功耗;提出一种分时比较器方案、电容阵列高四位采用热温度计码和反相器开关技术以降低动态功耗;采用晶体管堆叠和高低阈值晶体管搭配使用技术以减小静态功耗。另外,考虑到晶体管失配、电容失配以及非线性等非理想因素,分时比较器采用失调校准技术以减小失调电压,提高其转换精度;采样开关采用自举电路技术并且加入减小信号馈通和电荷注入的虚拟晶体管以提高线性度。本课题所设计的高精度、超低功耗的12-bit SAR ADC在TSMC 65nm工艺下完成流片,核心芯片面积为150μm×390μm。在采样率为1kS/s,电源电压为1V/0.5V时进行版图仿真,SNDR达到70.2dB,有效位数为11.37-bit,消耗功耗18nW,FoM达到6.8fJ/conv.step,基本满足低功耗、小面积、高有效位数的设计要求。