X射线是由德国物理学家W.K.伦琴在1985年发现的一种波长极短、能量很大、具有很强穿透性的电磁波。依据上面的这些特性,X射线探测器在医疗、工业勘测、航天探索等领域得到了广泛的应用。X射线探测器一般由前端的探测电路、信号读出电路、以及后续的数字处理系统构成。对于前端列级读出电路,需要将检测到的微弱信号进行放大、降噪、进行模数转换然后输出。模数转换器(ADC)作为模拟信号与数字信号的桥梁,在其中起到了关键性的作用。对于列级的读出电路,为了降低不同像素单元之间的非均匀性,需要将每列的像素单元共用一个ADC进行数据转换。因此,要求ADC在低功耗、小面积的基础上,兼具一定的速度。与其它类型的ADC作比较,逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)本身不需要较为复杂的线性增益模块,除了一个比较器以外,大部分都由数字电路构成,本身就具有低功耗、面积小的特点。另外,得益于现代CMOS工艺的尺寸逐渐降低,以及各种应用于SAR ADC高速技术的提出,SAR ADC在速度方面也获得了有效的提高,摆脱了一直以来的低速标签。本文在详细的介绍了SAR ADC基本原理的基础上,重点分析了电容式数模转换器(C-DAC)、高速比较器、采样开关、异步SAR逻辑、纠错电路等关键模块在整个系统中所起到的作用。其中采样开关使用预充电自举开关,以添加一个简单的时钟电路为前提,有效的提高了采样速度,同时可以减小自举电容的大小;C-DAC主体上使用分段结构,有效减小单位电容的个数,同时结合使用单调切换策略进一步缩减单位电容个数,并可以有效的降低功耗。另外,为了解决中高速SAR ADC中C-DAC建立电压不充分的问题结合使用了二进制校正技术,使ADC兼备一定的容错能力;比较器在单级折叠式比较器的基础上,提出了一种速度增强型的比较器,有效的提高了比较速度;SAR逻辑使用异步逻辑,避免了外部的高频时钟,有效的降低功耗并降低了电路的复杂度,另外使用TSPC存储单元代替传统D型触发器,有效节约面积的同时,同时提高了数字电路至C-DAC的反馈速度;纠错电路将14位冗余码转换为12位的二进制码,同时具备溢出判断功能。基于Cadence平台,在CMOS 0.13μm工艺下,完成了12位16MS/s的SAR ADC的电路与版图设计。仿真结果表明,该ADC的信号失真比为68.9d B,静态特性的积分非线性误差为-0.81/+1.155LSB,较好的满足这次X射线探测器前端读出电路的应用。