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为了满足便携式电子产品的迫切需求以及大型电子系统的节能需要,低压低功耗设计已经成为未来CMOS集成电路发展的主流方向。采用基于C类反相器的设计来代替传统的运算放大器是解决极低功耗低压IC设计难题的一种有效手段,其中反相器输入MOS管在大多数时间内都工作在亚阈值区,大大降低了电源电压和系统功耗。但是,传统C类反相器增益偏低,不适合许多高精度应用场合,例如级联结构ΣA模数转换器(ADC),而且由于其亚阈值工作特征及推挽电路结构,性能指标受工艺偏差和电源电压变化的影响非常严重,容易造成其应用电路性能下降甚至功能丧失,使其不具备工业实用性。本论文针对基于C类反相器的极低功耗IC设计技术进行了较为深入系统的研究,通过电路创新对传统C类反相器进行改造,推出了新一代C类反相器概念。为证明该新一代C类反相器的实用性,本论文将其应用到级联结构音频ΣΔADC的设计实现中,在功耗与性能方面均获得了令人满意的效果。论文主要工作和创新点包括：1、针对传统C类反相器直流增益偏低的问题,提出了增益自举型C类反相器概念并对其进行了深入的理论研究及设计实现。通过理论计算和软件仿真详细分析了增益自举型C类反相器的各项指标,包括直流增益、带宽、功耗、输出摆幅、输入失调、电源抑制比、共模抑制比、噪声、摆率和建立时间等；提出了“类转换”、最大摆率和有效摆率概念、以及计算摆率时“三角形近似”和“多边形近似”算法等。与传统C类反相器相比,增益自举型C类反相器可使直流增益从51.7dB显著提高到75.2dB。2、针对传统C类反相器受制造工艺、电源电压和温度(PVT)影响严重的问题,提出了一种面向成品率增强的片上体偏置技术,用于补偿PVT变化对模拟／数模混合IC(尤其是低功耗亚阈值IC)性能的不利影响。同时,提出了三种体偏置实现电路(简单型、移位型和计数型),并从体电位调节范围、精度、速度、面积和功耗等指标入手,对三种体偏置实现电路的各项指标进行了详细的理论分析与计算。对其中部分实现电路进行了版图设计和流片。3、基于增益自举技术加片上体偏置技术的新一代C类反相器技术的应用研究。音频∑△ADC是数模混合IC的典型代表,其模拟电路部分主要是一个ΣA调制器。本论文选择∑△ADC及其∑△调制器作为应用研究的目标,实现了基于上述新一代C类反相器技术的高性能低功耗音频ΣΔ ADC,以及极低功耗低压ΣA调制器。4、流片及测试。基于上述新一代C类反相器技术的音频ΣΔADC芯片在65nm标准CMOS工艺和1.2V电源电压下能够达到97dB的动态范围、95dB的信噪比和92dB的信噪失真比,功耗为1.13mW。与同批次未使用该技术的对比芯片相比,测试所得综合性能指标)从1.87pJ／量化电平优化到0.93pJ/量化电平。另外,为追求更优的综合指标,本论文实现了极低功耗低压EΔ调制器芯片,该调制器芯片在0.8V电源电压下和音频带宽内能够达到98dB的动态范围、93dB的信噪比和90dB的信噪失真比,功耗为230μW,测试所得FOM指标与国际上高水平期刊最近几年发表的论文水平相当,达到了国际先进水平。