通过前所未有的技术进步,现代通信系统,雷达和测试测量仪器中数字处理模块已经被广泛应用,从而逐渐取代了传统的模拟处理模块。但是作为模拟数字转换接口的A/D转换器的快速发展依然表明模拟电路的无可替代,传统的流水线ADC结构依赖于模拟增益模块如运算放大器来实现量化信号的精确放大,来实现高速中高精度的A/D转换。相比速度也很快的快闪式ADC来说,流水线ADC在实现同样精度的量化,面积功耗已经大大优化。是实现GS/s高精度ADC的首选方案,但是其设计复杂度依然相对较高。现代半导体工艺由于大量数字电路的需求,以摩尔定律的速度快速发展,目前台积电最先进的CMOS工艺特征尺寸已经小于10nm,但是模拟电路中增益模块对电源电压、信号摆幅、晶体管本征增益的要求,使得主流的混合信号电路设计依然使用0.18μm或者0.13μm的CMOS工艺。为了能够结合先进的数字CMOS工艺同时能保证模拟电路的性能,本文提出一种结合电压域量化和时间域量化的混合结构流水线A/D,这种混合结构即使用了传统流水线ADC的MDAC模块,将大部分的量化过程从电压域转移到时间域,利用了UMC公司的28nmCMOS工艺带来的的低传输延迟提高了数字电路量化的精度,同时利用低电源电压和晶体管较小的特征尺寸实现了芯片面积和功耗的减小。实现了一款12位1GS/s的电压和时间域混合结构流水线A/D转换器。本文通过系统的自上而下的设计方法,首先对MDAC的工作原理进行介绍,详细分析了流水线ADC的工作原理以及1.5位冗余校正结构,对采样电路的底极板采样技术以及余差放大器的双电源供电技术进行了分析。对MDAC的信号传输过程中会遇到的一些非理想效应进行分析。接着介绍了VTC和TDC模块的基本原理以及相关的非理想效应,分析了各种结构的优缺点,提出了本文所使用的新型VTC结构以及基于环振的TDC结构。通过上述分析,结合UMC28nm工艺,确定了整体指标、功耗要求。给出了系统级的设计方案,确定了ADC的输入输出信号摆幅,确定了运放的直流增益以及闭环带宽,确定了整体电路的工作时序。提出了一种在28nm工艺下的双电源供电宽输出摆幅高增益高带宽的低功耗运算放大器的设计思路和结构,最终使得直流增益达到80dB以上,闭环带宽达到5.5GHz,功耗20mW左右,实现了设计目标。搭建了整体MDAC电路,实现了MDAC自身3.5位数字码输出以及余量信号向下一级的传递。克服了传统VTC结构依赖于晶体管电压电流关系所导致的非线性以及保证晶体管工作区域导致的较窄的信号摆幅。提出了一种新型VTC结构,分析了电流误差和时间误差之间的数学关系,并通过对时间误差的要求反推得到电流误差的限制,进而指导共源共栅电流源的设计。采用基于RO的TDC结构,使用伪差分延迟单元和内插电路实现了64LSBs,结合三位粗量化计数器,实现了9位数字码量化。提出了一种判断误码的结构以及确定START和STOP信号先后的符号位判断电路设计。最后对整体电路进行了仿真,完成了版图设计。本论文所设计的混合结构ADC基于UMC 28nm标准CMOS工艺制造,仿真结果表明,在1GS/s的采样速率下,输入162MHz的正弦单音信号时,整体ADC可以达到63.7dB的SNDR以及69.6dB的SFDR,有效位数可以达到10.3bit,整体功耗消耗50mW。除了余差放大器采用1.2V和2.1V双电源供电外,其余模块使用1.2V供电。