功耗无疑已成为模数转换器设计考虑的核心问题。特别是在当今众多的视频处理领域如CMOS图像传感器中,高速的实际应用要求使得模数转换器低功耗设计成为焦点。基于CMOS图像传感器中芯片级模数转换器高速、低功耗的要求,本文剖析和比较了三种典型高速模数转换器功耗,以确定选取流水线模数转换器(Pipelined ADC)。接着从分析流水线模数转换器系统误差来源以及流水线各级精度要求入手,着重对系统结构、MDAC、Sub-ADC、时钟发生器、数字纠错逻辑等五大模块提出优化方案。整个设计以高速、低功耗为研究重心,通过在系统结构上选取每级1.5位流水线结构;在MDAC中采用高性能、低功耗增强型套筒运算放大器和采样电容缩减技术;在Sub-ADC中使用高速、低功耗动态比较器以及新的Kickback噪声消除技术;在时钟控制上采用改进型两相不交叠时序,实现了适用于CMOS图像传感器芯片级信号处理的10位50MS/s Pipelined ADC。为把握系统性能指标,在Matlab Simulink中建立理想系统模型,并通过码密度分析和FFT分析分别对理想模型和实际设计系统的静态、动态性能进行比较。分析得出:所设计的流水线模数转换器在50M工作频率下,微分非线性误差小于0.2LSB,积分非线性误差小于0.4LSB;信噪比、信噪失真比和无杂散动态范围分别为61.9dB、61.5dB和75.7dB,有效位数为9.93;并实现系统47.8mW的低功耗设计。本文的独创性工作包括:1)流水线每级分辨率与功耗的优化;2)高性能、低功耗MDAC设计;3)高速、低功耗动态比较器设计以及有效抑制Kick-back噪声的新技术;4)改进型两相不交叠时钟;5)Matlab Simulink建模以及对所设计系统进行码密度和FFT分析。