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本论文研究了音频信号的过采样处理技术，主要包括音频信号数／模转换、模／数转换和功率放大。过采样型数／模转换器(DAC)由升采样数字滤波器、数字△∑调制器和模拟后端电路组成。过采样型模／数转换器(ADC)由模拟△∑调制器和降采样数字滤波器组成。模拟△∑调制器还可以应用于处理音频信号的D类功率放大器中。在高精度数据转换时，过采样△∑技术是最好的选择。但这种技术消耗的面积和功耗都比较大。针对这一问题，论文对过采样型数据转换器中的数字滤波器、△∑调制器以及模拟后端电路的结构都进行了改进和优化。论文在研究升／降采样数字滤波器的设计优化时，提出了一种高阶级联的半带FIR数字滤波器结构，即由多个低阶子滤波器级联组成高阶主滤波器。每个子滤波器的结构、系数都完全一样。因此硬件上只需实现一个子滤波器，然后重复使用即可达到多个子滤波器级联的效果。这种结构有效降低了高阶数字滤波器总体的硬件开销。现在为了降低成本提高输出信号音质，由音频功率DAC(即DAC和功率放大器片内集成)直接驱动发声元件已成为一种潮流。本论文提出了一种1.5位无片外滤波的功率DAC结构。DAC中的1.5位数字△∑调制器，其编码特点能大幅降低因不使用片外滤波而引入的高频能量损耗。由带反馈回路的D类开关来实现DAC输出信号的功率放大，又可以有效提高输出性能和功放效率。相比传统结构，这种新型结构在面积和功耗上具有较大的优势。本论文还研究了一种混合型单环结构的模拟△∑调制器。它的第一级采用连续时间积分器，其后几级采用开关电容采样型积分器。这种结构结合了连续型和离散型调制器各自的优点，达到了面积和性能的折中。这种模拟△∑调制器除了可以用于过采样型ADC中，还可以用于实现D类功率放大器。根据以上这些想法，论文分别设计了一个功率DAC和一个ADC／D类功放复用电路。功率DAC采用TSMC 0.18gm工艺，芯片面积为0.5mm~2。驱动8Ω负载时，功率DAC输出动态范围最高达到100dB以上，总谐波失真小于-80dB，带内信噪比在90dB以上，最大输出功率为436mW。ADC／D类功放复用电路采用TSMC 0.35gm工艺，芯片面积为1mm~2。ADC的输出动态范围在100dB以上。D类功放驱动8Ω负载时，总谐波失真为-92dB，带内信噪比在90dB以上，最大输出功率为514mW。以上几个电路各自的性能测试结果均达到了设计目标，从芯片级上验证了论文中这些想法的正确性和可实现性。