随着5G通信、物联网、消费类电子,高性能雷达的飞速发展,各类电子产品对模数转换器（Analog-to-digital converter,ADC）的性能要求越来越高,要求ADC具有高转换速率、高输出精度的特性。流水线型模数转换器具有结构简单可重构、转换速率高、输出精度高等特性,研究Pipelined ADC（P-ADC）对高速高精度的模数转换器应用领域具有非常重要的意义。本文在简述P-ADC的工作原理和分析系统参数的基础上,以其系统模型的仿真为指导,应用gm/id的设计理念,分别对P-ADC的核心模块采样保持电路、比较器进行了设计验证。在此基础上,研究了后台数字校正算法来校正ADC的谐波失调、提高ADC的输出精度,并完成了14bits 100MS/s Pipelined ADC的设计和验证。本文对单核P-ADC的设计进行了深入的研究,对P-ADC的系统模型和提高ADC输出精度的关键技术进行了探讨。本文研究的主要工作和创新点如下:本文首先分析了P-ADC的工作原理,简述了传统的P-ADC的系统结构。将传统的P-ADC划分为不同功能基本模块,对一些重要的基本模块进行了核心电路的分析。在此基础上,提出了P-ADC中一些重要的系统结构设计方案以及具体的电路设计参数,并进行了论述。其次,本文对P-ADC进行了细致地系统建模仿真,在此基础上对整个ADC进行了完整的性能分析,应用性能分析结果在后续的电路设计中,指导了ADC的设计。在本文中,提出了一种新型采样保持电路的建模方法,改进并优化了OTA二阶信号响应模型,来吻合采样保持电路实际的信号响应特性。在后续的章节中,以建模仿真的结果为指导,对采样保持电路进行了设计并验证。此外,还针对ADC系统中的主要干扰进行了建模,并对他们的影响做了细致地分析。通过完整的ADC系统性能分析和仿真,系统建模仿真对ADC的系统设计参数分解和电路结构设计提供了良好的指导和支持。再次,本文对P-ADC的采样保持电路进行了设计并验证。根据P-ADC系统建模仿真的结果,提炼出采样保持电路的重要设计参数,应用先进的跨导/电流（gm/id）设计思想,提出了全新的模型设计方案。gm/id设计思想是基于EKV模型提出的,本文中提出了一种基于电路结构建模的gm/id设计方案,完整地完成了ADC中OTA的自动化设计。整体采样保持电路基于TSMC 0.18?m CMOS工艺设计实现,测试结果表明,设计方案有效可靠。另外,本文对P-ADC的比较器模块进行了设计并验证。本文提出了一种新型的优化高速高精度比较器的方法,通过对比较器的信号响应过程的进行建模,应用数学方法,选取了最优的设计参数。比较器电路基于TSMC 0.18?m CMOS工艺设计实现,并流片验证,测试结果表明在工作时钟为500MHz时,比较的响应时间小于400ps,输入失调电压为4m V。最后,针对P-ADC中的系统误差导致的非线性问题,本文研究了针对增益误差的后台校正技术,实现了一种谐波失真后台数字校正算法（Harmonic Distortion Calibration,HDC）。对于高速高精度ADC来说,由电容失配引起的谐波失真对ADC的系统性能影响巨大,因此需要对ADC系统进行校正。校正技术主要分为前台校正和后台校正。HDC后台数字校正技术则具有不影响系统工作的特点。该技术通过向ADC中注入随机序列,系统对随机序列进行处理,应用随机信号的统计特性,将误差造成的高次谐波参数估计出来,并予以消除,达到对系统失调误差的校正。HDC后台数字校正算法具有很强的实时性,当环境参数与电路参数改变时,可以实时的调整校正参数,具有很高的实用性。并且,后台数字校正完全由数字电路实现,是现在校正算法的主要研究方向。在完成了ADC系统建模的基础上,本文完成了重要的ADC电路模块,采样保持电路模块和高速高精度比较器电路模块的设计与验证,研究了ADC电路的后台数字校正算法。最终,实现了完整的14bit100MS/s Pipelined ADC的芯片设计,整体芯片基于TSMC 0.18?m CMOS工艺实现,后仿真结果在100MHz工作时钟下,10MHz输入正弦信号,输出的有效位数为13.7bits。最终芯片完成测试验证,芯片功率为214m W,电源电压1.8V,10MHz输入时,ADC的SNDR为69.896 d B,有效位数为11.3bits。