因X射线的特性是高频和波长短,近年来X射线探测器得到了快速发展。在医疗、航空以及工业等领域,X射线探器因其特性而得到广泛应用。X射线检测器中晶格平面的读出电路通过对检测信号放大,然后降噪一系列处理之后交由ADC进行模数转换。输出的数字码将会由后续的数字信号处理模块,进行后续处理。对于像素阵列的读出电路,每个像素单元都有一个对应的像素级ADC用于模数转换。作为读出电路与数字电路的接口,像素单元的内部模块,面积、功耗以及工作频率是ADC的设计难点。针对X射线探测器读出电路中的像素单元阵列,系统对像素单元中ADC的面积和功耗提出了一定的要求。本文先通过比较几种常见的像素级ADC的优劣势,以及对传统循环型模数转换器（Cyclic ADC）的理想模型分析,确定循环型模数转换器符合像素单元的系统要求。借助工具simulink将信号的建立误差、热噪声、电容失配度等加进理想模型中,有目的的分析各个误差源对循环型模数转换器的性能影响。在误差源适量的干扰下,循环型模数转换器满足像素单元对ADC面积与功耗的要求,确定研究并设计一款应用在X射线探测器读出电路像素单元中的低功耗循环型模数转换器。在底层模块设计中,ADC采样电路与MDAC采样电路共用一个运放,实现运放的共享技术。根据流水线型模数转换器中运放的直流增益和单位增益带宽逐级递减的原理,设计自适应偏置电路,在不同循环次数逐步降低运放的尾电流,进一步降低了ADC的整体功耗。合理的时序加上冗余位算法,提高了比较器对失调电压的容忍度,减小回踢噪声的影响。借助Candence平台,在SMIC的CMOS工艺下,完成了12位100k Hz的Cyclic ADC设计。通过对设计的Cyclic ADC进行前、后仿,验证ADC的功能和性能。结果显示,ADC的信噪比为69.5d B,信噪失真比为68.5d B,无杂散动态范围为75.1d B,总谐波失真为-75.4d B,有效位数达到11.09位。ADC的整体功耗是95μW,在像素单元中所占版图面积大约是130μm×90μm,达到了系统的设计指标。