近年来，随着半导体集成电路制造工艺和设计水平的不断提高，集成电路芯片内部数字电路的运行速度越来越快。然而，用于实现芯片间通信的高速链路，尤其是其中模拟前端的设计，则由于传输线等诸多非理想因素的限制，难以遵循工艺尺寸等比例缩小规律，从而成为制约现代信息系统速度和功耗的瓶颈之一。因此，如何应对当前高速链路模拟前端在可靠性、低功耗和低成本设计等方面所面临的巨大挑战和压力，已经成为当前学术界和工业界的研究热点和难点。本文的研究目标是从电路以及系统两个层面入手，探索新的电路结构、系统架构和设计方法，为高速链路模拟前端设计提供新的思路和解决方案。本文首先对高速链路各组成部分进行系统的分析和阐述。通过介绍信道模型和信道损耗机制，以及概述高速链路系统中发送器和接收器的设计，引出高速链路模拟前端设计中影响链路信号完整性、成本以及功耗等关键问题的若干因素，以此为全文提供理论基础并展开如下针对性研究：第一，随着接口数据传输率的不断提高以及接口上并行端口数目的日益增加，发送器驱动电路引入的同步开关噪声已经成为影响高速链路信号完整性的关键因素。此外，由于实际应用中驱动负载的不确定性，不具备负载自适应能力的发送器驱动电路往往提供了过大或过小的驱动能力，成为影响高速链路信号完整性的另一个重要因素。因此，本文提出了一种低噪声且具有负载自适应能力的发送器驱动电路结构。该发送器驱动电路通过一种新颖的方式将两级驱动电路组合起来，既保证了驱动电路的速度，又减小了同步开关噪声和振铃。同时，电路引入了一种简单而有效的负载自适应机制。基于90nm CMOS工艺对所提出的发送器驱动电路进行的设计和仿真结果表明，与目前工业界广泛使用的CSR驱动电路相比，所提出的发送器驱动电路在同步开关噪声和输出振铃方面改善的百分比分别是6.5%~17.6%和3.8%~10.9%；与另一种目前被学术界高度认可的AC/DC驱动电路相比，本文所提出的驱动电路在同步开关噪声和输出振铃方面分别改善了4.1%~53.5%和3.8%~10.9%。第二，成本是高速链路模拟前端设计中需要考虑的另一关键问题。而导致当前高速链路成本增加的一个重要因素是工业界所制订的种类繁多、互不兼容的高速链路接口标准。因为制造商们必须储备适用于不同标准的驱动电路芯片，以适应不同系统的要求。因此，业界急需可以兼容不同链路标准的接口芯片以降低系统集成成本。所以，本文以FPD接口链路为应用背景，提出并设计了一种兼容多种FPD接口标准的可配置式发送器驱动电路。所提出的发送器驱动电路通过引入标准选择电路、输出差模电压校准回路以及共模反馈电路，实现了一种新颖的可配置式发送器驱动电路。基于90nm CMOS工艺的电路设计和仿真结果表明，所提出的可配置式发送器驱动电路可以成功兼容mini-LVDS、RSDS和PPDS三种接口标准，且电路的工作性能良好。第三，随着高速链路数据传输率的不断提高，可靠性和低功耗已经成为高速链路模拟前端设计所面临的严峻挑战，而基于传统设计方法的高速链路解决方案日显捉襟见肘。因此，本文首先提出一种新的设计方法——系统辅助混合信号设计。区别于传统设计方法对模拟前端采用保真度标准的做法，所提出的新的设计方法采用系统级的检测标准：把高速链路中的模拟前端当作整个系统的一部分，并根据高速链路的最终目标，即可靠的信号传输，来决定模拟前端电路的设计指标。新的设计方法使模拟前端设计指标的要求大为降低，从而在保证系统性能的同时能显著地减小系统功耗。其次，本文将所提出的新的设计方法应用于基于ADC的高速链路接收器的设计中，提出了一种新的ADC结构——BER最优ADC。然后，基于所建立的高速链路模拟前端的电路模型，定量分析和对比了基于BER最优ADC的高速链路和基于传统ADC的高速链路的性能。仿真结果表明，在两者的误码率性能相同的情况下，所提出的新的链路结构相对于传统结构可以减小50％的ADC功耗，75％的可变增益放大器功耗以及50％的发送器驱动电路功耗。此外，BER最优ADC可以降低采样电路的带宽要求，并提高量化电路对亚稳态错误的容忍度。最后，为了从芯片级验证系统辅助混合信号设计方法以及BER最优ADC的优势，本文基于90nmCMOS工艺设计了一款采样率为4GS/s的4位Flash ADC芯片。后仿真结果表明，所设计的ADC的SNDR性能和电路鲁棒性良好。