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随着现代科技的发展,植入式生物医疗设备已成为热点研究方向之一,相比于传统便携式医疗设备更具灵活性,对于疾病的诊治有十分重要的意义。然而,如何使植入式医疗设备更为安全、稳定地造福患者,仍面临巨大的挑战,尤其对于植入式芯片,不仅其外形和尺寸受到解剖部位的限制,芯片工作时的功耗散热也会损伤解剖部位的机体组织。逐次逼近(SAR:Successive-Approximation-Register)模/数转换器(ADC: Analog-to-Digital Converter)具有结构简单、面积小、功耗低等特点,广泛应用于生物医疗电子领域。本文针对植入式生物芯片应用,重点对SAR ADC进行功耗与面积优化,完成电路设计、版图设计及仿真验证。本文设计了一种10-bit低功耗SAR ADC,主要由采样/保持电路、D/A转换网络、比较器以及SAR逻辑控制电路构成。通过研究各模块的不同电路结构、探讨影响电路性能的非理想因素,对传统的电荷再分配型SAR ADC电路进行了改进及优化,设计结果满足了植入式生物芯片的低功耗要求。主要采取的设计方案包括：1.由于电容阵列不消耗静态功耗,电荷再分配结构是低功耗SAR ADC的主要结构,本文在分析目前已有的电容阵列结构及开关时序的基础上,提出了一种基于分段电容阵列的新型D/A转换网络及开关时序,重点改进了分段电容阵列中冗余电容的结构,与目前已有的D/A转换网络相比,有效地降低了功耗与面积。2.本文设计的SAR ADC采用基于上极板采样的差分输入结构,一方面差分输入结构能够很好地抑制共模干扰、提高ADC的性能,另外上极板采样有效减小了输入电容阵列的规模,利于功耗和面积优化。3.在其它模块电路方面,采样/保持部分采用自举式开关对输入模拟信号进行采样,其相对恒定的导通电阻保证了采样电路的线性度；本文设计的SAR ADC比较器采用两级级联的动态结构,有效减小了整个ADC的静态功耗；SAR逻辑控制部分采用由动态单元组成的电路,很大程度上减小了逻辑电路的复杂度,降低了数字电路的功耗和面积。整个10-bit SAR ADC采用65nm CMOS工艺设计实现,利用Cadence和Matlab工具进行设计及仿真验证。在电源电压与基准电压为0.8V,采样速率为50KS/s,输入为1.5KHz差分正弦信号时,整个SAR ADC的信噪失真比(SNDR：Signal-to-Noise-and-Distortion Ratio)为61.42dB,有效位数(ENOB:Effective Number of Bits)为9.91,功耗为423nW,品质因数(FoM:Figure of Merit)为8.7fJ/Conv. step。本文设计的SAR ADC版图面积为136μm×176μm,非常适合植入式生物芯片应用。