在信息技术高速发展的今天,模数转换器成为连接现实世界和数字世界的关键枢纽。特别是在环境传感应用和物联网应用中,高精度模数转换器已成为至关重要的一环。随着工艺的进步,上述应用场合对模数转换器的要求也愈发严苛。如何实现模数转换器的低功耗、低成本设计,已经成为设计师要重点考虑的问题。而为了满足低功耗、低成本的设计需求,SAR ADC是当下最优的选择。SAR ADC结构简单,其大部分模块由数字逻辑电路组成,功耗极低,同时该结构与工艺有着良好的适配性。但是,由于受到比较器噪声和电容失配误差的制约,SAR ADC所能达到的最高精度通常被限制在10bit-12bit。为了满足高精度的要求,可以采用Sigma-Delta ADC,其凭借着过采样技术和噪声整形技术,能够很轻松地实现较高的量化精度。但同时,Sigma-Delta ADC中的有源积分器具有较高的功耗,且与工艺的适配性较差。结合上述两类ADC的特点,噪声整形逐次逼近型模数转换器结构被提出,该结构同时具备了高精度和低功耗的优点。本文首先分析了NS SAR ADC的两种基本设计技术——过采样技术和噪声整形技术;接着研究了噪声整形SAR ADC的核心模块——SAR ADC,并对其工作原理和各关键模块进行了详细的分析和讨论,主要包括采样开关、开关时序、比较器和SAR控制逻辑等等;然后分析了NS SAR ADC的基本工作原理及其常用的结构,主要包括EF型噪声整形结构和CIFF型噪声整形结构,并在上述理论的基础上,对限制ADC精度的DAC电容阵列失配误差进行了分析和讨论,从DAC电容阵列失配误差的概念入手,研究了失配误差对于ADC精度的影响,对比分析了解决DAC电容阵列失配误差的传统设计方法——校准和DEM;最后,针对电容失配的问题,提出了一种新型的解决方法——失配误差整形（MES）法,该方法的基本原理是,将上一周期的失配误差反馈到当前周期,并从当前周期的失配误差中减去,进而达到对电容失配误差产生高通滤波的效果。该方法的实现方式简单,能够显著降低系统功耗和面积,然而该方法会降低ADC动态范围。为了解决上述问题,本文进一步提出了预比较动态预测法。综上,论文在MATLAB中对具有MES结构的一阶噪声整形SAR ADC进行了建模和仿真验证,结果表明MES结构可以有效地提高系统的SNDR和SFDR。本设计中的一阶CIFF型噪声整形SAR ADC只需要一个单输入对的比较器,相比采用多输入对比较器的传统CIFF型噪声整形SAR ADC,该结构更加简单,同时引入的比较器噪声更低,明显提高了ADC的SNDR。另外,本设计中的MES结构相比于解决电容失配误差的传统设计方法而言,具有更简单的结构和更低的成本,并且其电路复杂程度随ADC位数仅呈线性增长,十分适合应用于高精度场合。结合预比较动态预测法有效地解决了MES结构动态范围损失的问题,该方法实现仅需要额外产生两个时序和增加若干逻辑电路即可,电路复杂程度极低,大大降低了电路面积和功耗。本文基于TSMC 65nm标准CMOS工艺,采用13位SAR ADC作为量化器,在1.2V电源电压下,采样频率1MS/s,过采样率为16倍的情况下,完成了一款具有MES结构的一阶噪声整形SAR ADC设计。后仿结果显示,该ADC的ENOB为14.07bit,SFDR为95.2d B,设计结果满足高精度、低功耗的应用需求。