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声音作为移动电子设备的一种重要信息，随着电子设备快速发展，人们需要精度更高、功耗和面积更小的音频数模转换器(DAC)来适应声音的高保真和更长的电池续航能力。同时，便携式医疗设备的火热进一步提高了对于音频DAC的设计要求。Sigma-Delta数模转换器非常适合对于精度要求高、硬件开销低的音频DAC的设计需求，因此本文的研究目的是设计一款性能出色的音频Sigma-Delta DAC。 本论文针对音频Sigma-Delta DAC的设计需求，对高精度的Sigma-Delta DAC的数字前端部分进行了研究。其中，数字前端部分包含升采样插值滤波器和Sigma-Delta调制器，设计中为实现低功耗、微型化的目的，采用了一系列改进与创新的方法。 设计的插值滤波器采用了多级级联的整体结构，提出了一种新型的半带滤波结构，该结构能够很好的实现公共子式消除算法、寄存器共用和加法器共用的方法来减小硬件开销和面积。在插值滤波器的系数处理上，采用正则有符号数(CSD)编码方法，有效的减小了逻辑操作数;通过系数的整合处理，降低了滤波器的阶数，减少了系数个数，同时有利于公共子式消除算法的实现;改进了非递归公共子式消除算法，能够降低系数中未配对位数的数目。 针对Sigma-Delta调制器的设计，为了降低功耗和硬件开销，在确保性能不变的情况下，精简优化了调制器的结构;采用了级联积分器前馈结构，降低了积分器的位宽;采用3比特的量化器是性能与功耗面积的折衷考虑，克服了单比特量化器需随机加抖的问题和减轻对后续模拟重构滤波器的设计要求;对调制器的系数采用了非等字长的定点化处理方法，根据系数精度影响要求来确定，可以有效降低硬件开销。 论文中设计的音频Sigma-Delta DAC数字前端采用中芯国际(SMIC)40 nm1P6MCMOS工艺进行设计，芯片的核心版图面积为0.053mm2，在1.1v的供电电压下，功耗为53uW，后仿真测试得到的峰值信噪比(SNR)为145.8dB，谐波失真为-150dB，满足了高精度、低功耗和微面积的设计要求。