随着无线传感器技术的快速发展,生物医疗设备和便携式设备得到广泛应用,由于电池成本和容量的限制,低功耗成为此类设备最重要的设计指标之一。模数转换器(ADC)作为生物医疗设备的核心组件,降低其功耗将变得至关重要,逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)由于结构简单,功耗低的特点,在低功耗芯片设计领域备受青睐,得到广泛研究及应用。本文首先对低功耗SAR ADC的结构和关键电路技术进行分析,然后提出并推导分析低功耗电容开关时序,通过Matlab对功耗和线性度进行仿真,最后设计完成一款12位200KS/s异步低功耗SAR ADC。本文重点对低功耗开关时序进行研究,在推导分析传统开关时序、单调开关时序和Vcm-based开关时序的基础上,提出两种新型开关时序。第一种是混合节能开关时序,结构上采用最高位拆分技术,将高位拆分成与剩余位一致的电容阵列,并且采用先双边后单边的开关切换方法,使电容总面积与传统时序相比减少75%,该时序在第一次和第三次转换过程中不消耗能量,与传统开关时序相比,能量节省了97%。第二种单端新型节能开关时序结构简单,并且开关切换复杂度低,与传统开关时序相比,功耗节省了96.09%,面积减小50%。同时,本文改进比较器电路的动态预放大级,降低电路功耗,减小噪声对比较器的影响;优化SAR控制逻辑电路的漏电问题,提高数字输出正确率,减少数字逻辑电路的漏电功耗;采用栅压自举开关,减小非线性对系统的影响;推导冗余校正算法,设计完成冗余位数字误差校正电路。最后对整体电路版图进行布局布线,提取寄生参数,完成电路后仿真。基于UMC 55nm CMOS工艺进行12位200KS/s异步低功耗SAR ADC的电路设计和后仿真,仿真结果表明,在0.8V电源电压,200KS/s的采样频率,输入信号频率为10.9375KHz的情况下,输出的SNDR为67.6d B,SFDR为74.4d B,ENOB为10.94位,INL的结果为+0.88LSB/-0.65LSB,DNL的结果为+0.98LSB/-1LSB,功耗为1.6μW,FOM是4.1f J/conversion-step,整体芯片面积是0.113mm~2。