先进的CMOS工艺提供了更快的开关速度和更高的晶体管集成密度,这为我们对于模拟信号到数字信号的转换方式提供了新的思路,即是时域处理的方法。我们先将传统电压域模拟信号转换成时间域信号,然后再将时间域信号转换成数字域信号,即可完成模拟到数字的转换,即可实现电压信号的量化。压控振荡器(VCO)能够实现信号从电压域到时间域转换的功能。基于时间域的量化方式的分辨率随着晶体管特征频率的提高而提高。因此,由此构成的模数转换器能够受益于工艺的升级而获得性能的提高。本文基于180 nm CMOS工艺,对基于VCO的sigma-delta型ADC的关键电路模块进行设计与研究。本文将压控振荡器VCO用于量化器当中;同时,采用差分双环路结构来降低系统谐波失真。最后,设计出一款400 MHz采样频率,10 MHz带宽,11位有效位数的sigma-delta调制器。通过行为级仿真,建立基于压控振荡器的量化器数学模型。在理论分析的基础上,利用压控振荡器进行相位量化。环形结构的压控振荡器的多级输出更可用于多相位量化,从而实现多位量化器的功能。行为级仿真验证了基于压控振荡器的量化器自身拥有一阶噪声整形的特点,可适用于高速、高精度的模数转换应用场合。同时,为了克服量化器自身的非线性,本文设计并不采用电压直接控制振荡器的做法,而是利用电流进行控制。先将信号通过高线性度的电压-电流转换模块转换成电流信号,再用该信号对振荡器频率进行控制。仿真证明,该结构能将量化器高次谐波降低,尤其是三次谐波系数能够下降一个数量级,而量化器以及系统的偶次谐波能够通过双差分量化器结构得以消除。本文对于连续时间型环路滤波器的设计利用脉冲响应不变法,将离散型结构转换成等价的连续型结构。利用Cppsim仿真软件以及Matlab数值计算方法,加入噪声,系数失配等非理想因素,验证了连续型结构的滤波器能够稳定正常工作。然后通过信号流方式,获得具体电路结构以及相关系数。同时,采用非归零电流舵作为反馈的数模转换(DAC)的结构形式。基于压控振荡器的量化器,连续时间型环路滤波器以及反馈DAC共同构建了连续时间型双环路差分sigma-delta调制器。利用Hspice在180 nm工艺下的晶体管级仿真得到SNR为70 dB,SNDR为68.8 d B,ENOB为11位的性能。