数据转换器是信号处理中连接数字信号和模拟世界的接口,是混合信号处理系统的关键模块。随着诸如光载无线电和宽带通信技术等领域高速信号处理应用的需求,对模数转换器（Analog to Digital Converter,ADC）的速率和带宽要求越来越高。研究单核超高速超宽带的ADC对于高速信号处理等相关工程领域有重要意义。本文首先介绍模数转换器的基本原理与主要衡量指标,对比分析常用高速ADC架构的优缺点,研究超高速ADC设计的主要难点,然后选择拥有最高转换速率的全并行ADC作为本课题的设计方向,对其系统架构和关键技术进行研究。在系统层面,使用模块化思想改进传统全并行ADC的拓扑结构,采用底层ADC单元模块拼接来实现更高位的ADC功能,优化了全并行ADC的系统设计。在电路层面,本文在高速应用下对ADC的模块电路进行研究与设计。分析了采样系统原理与误差来源,并改进栅压自举开关实现了高速采样保持电路,对于3GHz带宽以内的输入信号,在10GHz的采样频率下,输出信号有效位数超过7bits,在20GHz的工作频率下,输出有效位数也达到6bits以上。采用两级预放大器加锁存级联的形式实现了高速动态锁存比较器电路,在10GHz的工作频率下,输入0.5m V电压,比较时间仅为57ps。高速数字编码电路先将比较器阵列输出的温度计码转化为易操作容错率高的1/n线性码,同时消除了一阶气泡码误差,然后在经过二进制编码网络转化为通用二进制码。最终,采用本文改进的全并行架构,基于TSMC 40nm LP CMOS工艺,搭建了4 bits的底层ADC电路模块,进而拼接成6bits的ADC,完成电路和版图仿真。ADC整体电路版图面积为1.86mm2,后仿真结果表明:在采样频率为10GS/s下,输入频率为3.2421875GHz时,SNDR为33.24dB,SFDR为44.6dB,ENOB为5.229 bits。