模数转换器是数模混合集成电路中不可或缺的组成部分。其中,高速高精度模数转换器设计始终是国内外工业界和学术界讨论、研究的热点课题。该类模数转换器被广泛地运用于雷达、移动通信、射频测量、医学成像、高清电视等领域。本课题旨在研究、设计一款应用于医学成像的低功耗逐次逼近型(SAR)模数转换器。本文首先介绍了传统逐次型模数转换器结构和工作原理,并分析了其结构本身的优点与存在的不足。接下来,在传统逐次逼近型模数转换器设计的基础上,本文提出了多处电路设计、电路结构的创新以解决高速高精度逐次逼近型模数转换器设计中面临的主要问题。其中,1.5-b冗余加速结构在传统逐次逼近结构的基础上引入了建立精度和建立时间的双重冗余,从而利用结构的创新提升了模数转换器的转换速度。此外,本文提出了一种针对电容阵列中桥接电容的电路、版图设计方法,有效消除了桥接寄生对于模数转换器转换关系线性度的影响。本文中详细地分析了1.5-b冗余加速结构以及桥接电容寄生影响消除方法相比于传统逐次逼近型模数转换器结构的改进与效果。之后,本文全面地介绍了模数转换器整体和局部的电路与版图设计,突出了电路与版图设计中的要点和核心思想的分析说明。本课题最终在65nm CMOS工艺下实现了一颗12bit 50MS/s逐次逼近型模数转换器。在1.2V电源电压、50MHz采样时钟的工作条件下,模数转换器功耗为0.52mW。模数转换器的信号噪声谐波失真比(SNDR)达到57.4dB,因此其功耗品质因数(FOM)仅为17.9fJ/conversion-step。本课题中设计实现的模数转换器所测得的功耗品质因数在国内外固态电路顶级期刊、会议的同性能模数转换器中处于较高水平。