随着科学技术的迅速发展,数字信号处理技术越来越成熟。模数转换器的精度成为信号处理的一个瓶颈。Sigma-Delta ADC是一种在高精度领域越来越受到重视的ADC结构。内部模拟电路部分中的Sigma-Delta调制器作为整个Sigma-Delta ADC的核心,很大程度地决定了ADC的精度、功耗等性能。由于Sigma-Delta调制器采用独特的过采样技术和噪声整形技术,使得它能达到其他ADC难以达到的高精度。这种高精度ADC广泛应用于高精度传感器、精密仪器仪表、高品质音频等领域。本文对应用于低频领域的高精度调制器进行了研究与设计。通过对调制器原理的学习和结构的研究,设计了一种结合了前馈结构与反馈结构的四阶单环单比特量化的拓扑结构;通过对该结构进行传递函数的推导,确定了线性模型的系数,并使用MATLAB Simulink仿真平台进行了行为级建模与仿真;仿真考虑了实际电路设计中可能存在的非理想因素,为后续的电路设计给出了逻辑支撑与理论指导;仿真结果表明在输入信号带宽1k Hz,512的过采样率条件下,信噪失真比达到了119.5d B。以Simulink建模结果为基础,在Candence IC设计平台使用0.25μm标准CMOS工艺进行了调制器的电路级设计并完成版图绘制。整体电路采用全差分结构,有效减小了偶次谐波,降低了共模噪声;在第一级积分器中使用了斩波调制技术以降低低频噪声;完成了调制器内开关电容积分器、时钟产生电路、比较器等关键模块的电路设计与仿真;完成了调制器整体电路的设计与仿真,仿真结果显示在采样频率为1MHz,输入幅值为1V、频率为793Hz的正弦波时,调制器的信噪比达到了104.2d B,对应的有效位数为17.01bits,符合预期的高精度要求。