随着电子系统的应用越来越广，高精度模数转换器的需求越来越高。无论是在测试仪器领域，还是医疗电子领域，甚至是机械传感领域，传统的逐次逼近低速模数转换器由于受限于自身的非线性，均无法满足市场需求。同时近年来CMOS大规模集成电路技术不断发展，Sigma-Delta转换器正是借此机遇不断发展。在一定程度上解决了传统模数转换器电路线性度不高的问题。本文基于Sigma-Delta模数转换器的原理，研究了一种适用于24位模数转换器的结构，并根据此结构进行电路设计、流片、测试验证。研究内容涉及了相关电路设计以及相关的版图设计和产品测试解决方案。论文对Sigma-Delta模数转换器的结构原理做了深入的研究。研究了Sigma-Delta调制器的常用结构，在此基础上研究了一种高分辨率低噪声的调制器结构，并对此调制器的电路进行了分析。分析了一种可以使芯片自动调整增益误差和失调误差的一种算法。该算法能够与Sinc3滤波器输出的结果结合在一起改善Sigma-Delta模数转换器的输出失调和增益特性。研究了一种基于电荷重分配结构的增益可变调制器电路设计方法。该方法结合时序控制可实现采样电压增益的可编程变化。论文对理论分析结果进行了验证。结合上述的技术研究结果，设计了一款24位Sigma-Delta模数转换器。设计采用0.6um介质隔离BiCMOS工艺。电路设计输入的主时钟频率为10MHz，分辨率为24位。通过设置不同的过采样率，可改变芯片的输出有效位数，同时滤波器的第一陷波频率也可以通过编程更改从而调节滤波器建立时间和截止频率。芯片具有内部自动修调的功能，能够实时对增益误差和失调误差进行检测并消除。芯片内部带有基准模块，能够输出2.5V低噪声基准信号。24位Sigma-Delta模数转换器测试需要高精度测试信号源和低噪声测试环境，通过和某研究所合作，最终完成了芯片的测试。从理论论证到设计方案实施，最后到产品的流片及封装测试，本课题研究验证了关于Sigma-Delta模数转换器的理论研究结果。