在数字信号处理系统功越来越强大的今天，流水线模数转换器(Pipelined ADC)，由于其在低功耗高速高精度等方面的优势，得到越来越广泛的应用。 本论文从焦平面红外探测器中高速、低功耗模数转换电路的需求出发，分析和比较了三种典型高速模数转换器功耗，确定了流水线模数转换器在降低功耗上的优越性。进而从系统的角度，对于影响流水线ADC性能的各种误差来源，包括比较器的失调、余数放大器的增益、余数放大器增益的非线性、噪声等给出了详细的推导和说明；并结合系统的要求，对放大器、比较器、模拟开关等主要电路模块的设计进行了深入的分析。针对12位分辨率25MS/s采样速率、良好的动态特性以及功耗优化的设计要求，制定系统架构，选用电路结构，完成电路的设计，并通过了仿真验证。 论文中为了实现噪声和功耗的优化，改进了传统的流水线ADC系统结构，利用Matlab和Excel等数学工具对系统进行建模分析并加以优化，得出系统性能对于各关键模块的性能要求；针对电路设计中的几大难点，将高性能、低功耗的增益自举折叠式和套筒式运算放大器分别应用于采样保持和第一级MDAC中，提高了关键模块的性能；采用了下极板采样技术和高可靠性自举开关的技术，基本消除了由采样开关引入的非线性误差；结合电荷分配型和前置放大型比较器的优点，改进了第一级子模数转换器中的比较器，更大程度上减小了比较器失调和反馈噪声，同时还降低了设计难度；在时钟控制上采用改进型两相不交叠时钟，提高了系统转换周期的可利用率。 在完成系统建模和电路仿真的前提下，采用码密度分析和FFT分析的方法分别对理想模型和实际设计系统的静态、动态性能进行了分析和比较。所设计的流水线模数转换器在25M工作频率下，微分非线性误差小于0.5LSB，信噪比、信噪失真比和无杂散动态范围分别为71.9dB、71.6dB和82.7dB，有效位数为11.5bit。