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本论文对用于音频的四阶单比特开关电容Sigma-Delta调制器的整个设计过程进行了研究。 首先，调制器采用了输入前馈结构，调制器中有一条从输入到量化器的信号通路，这样输入信号成分将不再出现在环路滤波器中，积分器的输出摆幅就不用像反馈结构那样大，即减小了对积分器输出摆幅的要求。由于这个优点，调制器的功耗可以较小。为达到18位有效分辨率ADC的要求，本文选定了合适的调制器阶数、过采样率、量化器位数等。由于单环结构对模拟电路非理想性和器件失配的不敏感，设计中采用了单环结构来实现四阶调制器。然后，利用Delta-Sigma Toolbox对设计的调制器进行了理想系统和非理想系统建模，并在Matlab/Simulink环境下进行了仿真，结果显示设计的的调制器在输入信号带宽20 kHz，采样频率5.12MHz时，可达到118.4dB的信噪失真比。 其次，本文对Sigma-Delta调制器的开关电容电路实现进行了分析和设计。设计的调制器在SMIC0.18μm1P6M CMOS工艺条件下实现，包括四个由全差分跨导运算放大器OTA构建的开关电容积分器、一个动态比较器、反馈DAC、两相非交叠时钟电路和带隙基准电压源等模块。同时，本文还完成了调制器的版图设计。经Cadence/Spectre仿真器仿真，结果显示调制器各模块性能良好，整体调制器电路可达到108.5dB的SNDR和17.72bits的ENOB。 设计的单环四阶开关电容Sigma-Delta调制器采用SMIC0.18μm1P6M CMOS工艺设计实现，采用CRFF结构、一位量化、128的过采样率。该调制器在输入信号带宽20kHz、采样频率5.12MHz、电源电压1.8 V条件下，SNDR可达到108.5dB，功耗仅3.28mW，适用于音频领域和其他的便携式设备。