半导体技术的不断革新促进了半导体探测器的迅速发展,其中,硅微条探测器以其优异的位置分辨率(1.4μm)成为重点研究对象,并被广泛应用于医学、工业和高能物理实验室等。硅微条探测器的数据读出电路主要有前端模拟信号探测模块、模拟到数字的转换单元以及数字信号处理模块。模数转换器是数据读出电路中非常重要的模块,其作用是把模拟信号量化为数字信号。模数转换器的性能对探测器的精度起着关键性作用。本课题是以帧频为1MHz、1×128阵列的硅微条探测器为背景,读出电路采用64列共用一个转换器方案。研究并设计了一种应用于硅微条探测器数据读出电路中的流水线模数转换器,满足系统高速、高精度和低功耗的要求。本文首先对流水线模数转换器的原理进行阐述,并详细分析了流水线架构中的几种典型误差。在此基础上,设计了一种12位80Msps的流水线模数转换器。前端采样保持电路采用电容翻转型结构以减小功耗和噪声,并采用一种改进型栅压自举开关来提高采样精度。中间转换级采用运放共享技术来减少运放的使用个数以降低整体功耗。设计了一种全差分双输入运放共享倍乘数模转换器,该结构使运放的两对输入对管交替连接至共模电平进行复位,而不需要额外时钟就能使级间记忆效应得到消除。而且该结构在两级间不存在由开关寄生电容形成的寄生通道,因此也很好的解决了级间串扰的问题。为了进一步的减小功耗,第一子转换级到第四子转换级中的采样电容容值的缩减比例为0.6,此后不再减小。另外,当后级完成信号的采样,而前级还处于保持相位时,后转换级中的比较器完成比较的操作,通过这种方法可以使比较器的回踢噪声不会对信号的传递产生影响。本文设计采用0.13μm CMOS工艺,使用Cadence Spectre软件对流水线模数转换器进行电路设计与前仿真和版图设计与后仿真验证。本文所设计流水线模数转换器的内核版图面积为2.56mm×0.54mm。对版图提取寄生参数后,在采样频率为80Msps,输入正弦波信号的频率为1.035156Msps的环境下,进行后仿真。后仿真结果显示,本文所设计的流水线模数转换器的信噪比SNR为66.3d B,信号噪声失真比SNDR为65.9d B,无杂散动态范围SFDR为78.7d B,总谐波失真THD为-76.1d B,有效位数ENOB为10.65位,功耗为290mW。