数字信号处理和通信技术的迅猛发展对ADC的性能和功耗都提出了更高的要求，流水线结构以其独特的结构、性能优势而被在高速高精度ADC的设计领域广泛采用。本论文主要研究高速高分辨率流水线模数转换器的系统级功耗优化及电路技术，并设计了一个3.3V12位40MHz采样率的CMOS流水线ADC。　　 采用基于热噪声及每级精度的约束对流水线ADC中所采用的运算放大器负载电容进行优化，通过建立系统级功耗优化算法来综合考虑MDAC级结构和输入端等效热噪声在各级问的分配比例对功耗的影响，摆脱了单一考虑一个因素而带来的局限性。使用C++编程语言对系统级功耗优化算法进行实现，通过对lObit、12bit、14bit分辨率，50MHz采样率的流水线ADC进行功耗优化，得到了不同精度下的功耗优化指导。　　 重点研究了流水线ADC中的栅压自举开关、参考电压缓冲器以及增益增强型套筒式运算放大器建立时间的优化。其中，通过合理的增加dummy开关，提出了一种低保持误差栅压自举采样开关，仿真结果显示该结构在Nyquist频率下SFDR=92dB、SNDR=83dB，且将保持误差降低到原来的1.6％，这表明该结构的可以单独用于14位采样精度的系统中；提出了一种新型的参考电压缓冲器结构，使用测试模型进行测试后的结果显示，该结构动态精度可以达到II位；通过对增益增强型套筒式运算放大器建立二阶小信号模型，分析了doublet对建立时间的影响，得到了主、辅运算放大器带宽、相位余度与建立时间的关系以及优化区间。对晶体管级运算放大器仿真得到的结果表明，该模型得到的分析结果与晶体管级得到的结果吻合的较好，能够有效的指导具体的电路设计。　　 采用SMIC0.35μm CMOS数模混合工艺对一个12bit40MSamples/s流水线ADC进行了设计实现，测试结果表明前仿真得到的功耗与实测得到的功耗基本一致。在采样频率为20MHz，输入信号幅度为满幅的情况下，输入信号频率分别为400KHz时，该流水线ADC的SFDR为65dB，ENOB为9位，最后对测试中出现的一些现象和结果进行了分析。