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随着便携式移动电子设备市场的增长，对低压低功耗集成电路设计提出了更高的要求。模数转换器(ADC)作为连接模拟与数字的桥梁，在物联网与便携式移动电子设备市场应用广泛，在满足高精度和高速度的前提下，低功耗成为主要的性能考量。由于Sigma-Delta模数转换器采用过采样和噪声整形的技术，可以大大降低对模拟电路的精度和匹配的要求，并且以低功耗实现很高的分辨率，广泛应用于音频领域。因此本文的研究目的是设计与研究一种低功耗音频Sigma-Delta模数转换器。 本文以便携式移动电子设备和医疗电子设备音频应用为背景，开展低功耗音频Sigma-Delta模数转换器的设计与研究，完成的主要工作有:(1)通过理论分析，为达到低功耗和转换精度的要求，Sigma-Delta调制器采用128倍过采样率的单比特量化三阶单环前馈结构。(2)在Sigma-Delta调制器设计时，针对电路的非理想因素包括:时钟抖动、采样开关热噪声、开关非理想因素、运放有限直流增益、运放有限增益带宽积和摆率，利用MATLAB Simulink工具对调制器进行行为级建模仿真，定量分析其对输出信噪比的影响，从而为具体电路设计指标提供参考。(3) Sigma-Delta调制器电路设计中，采用基于反相器的伪差分结构开关电容积分器，用C类反相器取代传统的运算跨导放大器(OTA)，从而大大降低芯片的功耗。反相器的偏置由恒定跨导偏置LDO调制，提高电源抑制比，使反相器的单位增益带宽和工作点保持恒定，不受工艺偏差、电压和温度的影响。(4)数字抽取滤波器由级联积分梳状(CIC)滤波器、CIC补偿滤波器、第三级半带滤波器和第四级半带滤波器级联组成。采用正则有符号数(CSD)编码、公共子式消除算法和移位加法代替乘法器，从而在设计上减小电路的面积及功耗。 设计的低功耗音频Sigma-Delta模数转换器采用SMIC0.18um CMOS混合信号工艺，芯片的核心版图面积为1.5mm×0.6mm，调制器在采样频率6.144MHz下，24KHz音频信号带宽内，信噪失真比(SNDR)91.5dB，动态范围(DR)96dB，工作电源电压1.3V，调制器功耗0.48mW，满足高性能低功耗的要求。