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随着集成电路(IC)工艺水平的不断提升,生物传感器和数字x射线设备等电子设备领域,集成电路逐渐向便携化、小型化和低功耗化发展。因此模数转化器(ADC)性能也向高采样速率、低功耗方向发展。逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)因其结构简单、功耗小的特点在中高精度ADC中很受欢迎,但由于其电容阵列随着精度的增加呈指数型增长,导致其在高精度领域速度非常缓慢,这大大制约了SAR ADC的应用。而流水线模数转换器(Pipeline ADC)由于其在精度、功耗、速度上具有更好的折中,已经在中高精度中高速度领域得到了广泛的应用。但Pipeline ADC由于结构复杂而且需要高增益高带宽的运算放大器,导致功耗很大。由此可见在系统对性能要求不断提高的背景下,传统结构的ADC无法满足要求,而革命性结构提出越来越困难,因此采用混合结构电路变得十分关键且相对容易实现。逐次逼近流水线混合结构模数转换器(Pipeline SAR ADC)是一种结合逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)和流水线模数转换器(Pipeline ADC)的混合结构,它在传统pipeline ADC电路基础上做出了一些改进,将SAR ADC结合进去,因此在性能上有着更好的折中,已经得到了广泛的研究。本文首先介绍了传统的SAR ADC和pipeline ADC的工作原理及整体结构,基于此提出了一种将Pipeline ADC和SAR ADC结合起来的全新结构(Pipeline SAR ADC)。接下来对Pipeline SAR ADC的系统结构、误差和性能方面进行了仔细分析,并且提出了解决方案。在关键电路模块,首先提出了新的电路时序,使得每一级电路功耗进一步降低。其次采用共源共栅积分器动态余差放大器来代替传统的运算放大器,使得Pipeline SAR ADC在速度、功耗、精度上有了更好的折中。通过分析和实验,可以发现Pipeline SAR ADC相比于传统结构来说提升了性能,是一种设计高速高精度、低功耗ADC的新方法。本文采用TSMC 65nm 1P9M 1.2V标准CMOS工艺实现了12位100MS/s pipeline SAR ADC。它采用2级结构,第一级MDAC为6位,第二级SAR为7位,并通过冗余位校正得到12位量化精度。后仿结果中:当采样频率为100MS/s,输入信号频率为5.37109MHz时得到输出信号的信号噪声失真比(SNDR)为69.7dB、总谐波失真(THD)为83.6dB、无杂散波动态范围(SFDR)为90.6dB、有效位数(ENOB)为11.29位;静态特性方面,DNL限定在+0.75LSB和-0.75LSB之间,INL限定在+1.5LSB和-1.5LSB之间。后仿结果较好地满足设计预期。