随着现代医疗数字化和智能化的快速发展,生物信号的采集需求越来越大,对生物信号采集和处理水平的要求也越来越高。由于生物信号频率较低、幅度较小的特点,在生物信号采集系统中,一般采用低速高精度的模数转换器（ADC）进行采样和量化。另外,生物信号采集系统对便携性要求较高,因此对功耗和体积也有严苛的要求。低速、低功耗、高精度的模数转换器是实现生物信号采集系统最关键的单元之一,其性能对系统功能具有重要影响。Sigma-Delta ADC因其精度高、信噪比性能优异的特点逐渐成为生物信号等低速应用的首选,受到国内外学术界和工业界的广泛关注。为了保证生物信号采集系统的续航能力,低功耗设计,尤其是模数转换器的低功耗设计是另一个关键技术。针对生物信号采集应用,本文对其中的高精度、低功耗Sigma-Delta ADC设计展开了研究。首先,基于充分的基础理论研究,论文研究了Sigma-Delta ADC的系统结构设计,选取了离散时间、四阶单环、积分器链前馈架构（CIFF）、单比特量化的调制器结构和级联梳状滤波器、补偿滤波器、半带滤波器三级级联的数字滤波器,并基于Simulink软件进行了建模与分析。其次,论文分析了时钟抖动、开关非线性、运放有限增益、有限带宽和摆率、积分器模块的噪声等非理想因素对调制器的影响,从而给电路设计提供了相应的约束,如放大器的增益、带宽和噪声等。再次,论文采用了鲁棒性良好的浮空反相器型动态放大器,通过级联或自偏置cascode结构提高其增益,消除了静态电流,大幅降低了调制器功耗。最后,论文提出了一种动态的开关电容（SC）积分器,通过使能信号控制动态放大器,把积分结果存储在了额外的电容上,以隔断放大器漏电对积分的影响。该使能信号的脉冲时间受工艺和温度影响与动态放大器的工作速度一致,优化了调制器的工艺和温度特性。此外,第一级积分器利用斩波调制技术消除了低频噪声。本文设计的调制器采用TSMC 65nm CMOS工艺,版图总体面积为660μm×650μm,核心电路面积为350μm×340μm,电源电压1.5V,工作温度为-45至85℃。对所设计的基于动态放大器的低功耗Sigma-Delta调制器进行后仿真验证,仿真结果表明,实现的信号带宽为300Hz,有效位数（ENOB）为16.91位,功耗为2.4μW,FOMSNDR值为184.4d B,FOMW值为32.5f J/Step。此外,在不同的温度和工艺角下,设计的调制器有效位数最低为16.22位,功耗最高为2.7μW。