近年来,随着物联网、智能设备、精确信号测量等方面的飞速发展,高精度的MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems)数字陀螺仪开始被广泛应用于各种便携式检测设备中,电子设备对于MEMS数字陀螺及其接口电路的性能要求也随之提高。接口电路内部模数转换器(ADC)开始成为制约传感器性能的瓶颈,传统类型的ADC无法兼顾精度与功耗而不再适用,对于符合要求的新型ADC的研究变得越来越重要。本文将新型的Zoom型ADC结构应用到MEMS陀螺仪领域中,扩展了该领域可利用的ADC类型。首先,着重研究Zoom型ADC及其内部逐次逼近(SAR)型ADC与Sigma-Delta调制器的工作原理,分析Zoom型ADC与其他类型的差别及各自优缺点;其次,在MATLAB环境中利用simulink仿真软件对Zoom型ADC进行了系统建模与仿真,确定系统方案并验证其可行性;再次,对实际电路中可能出现的噪声等各种非理想因素进行了定性研究与定量分析,确定影响整体性能的主要因素,通过非理想模型仿真确定各单元模块的电路设计指标;最后,根据系统级仿真得到的电路参数,确定符合要求的具体电路结构,基于0.35um BCD低压工艺在Cadence Spectre电路设计软件中完成了晶体管级电路的设计。采用改进的SAR ADC结构以简化设计并降低SAR ADC的功耗,采用高速高精度比较器实现对信号的精确比较,利用失调存储技术消除电路中产生的失调电压。在Sigma-Delta调制器中选用高能量效率的运算放大器结构以进一步降低系统整体功耗。完成设计后对整体电路系统进行仿真,在5V电源电压下,输入频率为10KHz、幅度为±4V的差分正弦信号,得到类似于多位量化结构的多位码流输出,对输出信号进行采样并作快速傅里叶变换得到间隔为10Hz的功率谱密度结果,计算得到在100Hz带宽范围内的Zoom型ADC整体信噪比为123.8d B,有效位数为20.28位,动态范围大于124d B,整体电流消耗为3.7m A,满足设计要求。