在高端通用模拟芯片的家族中,高性能ADC由于其对电路匹配性、失真、噪声等要求严苛,一直是研究的难点和热点。为了获得高品质的音效,16位甚至更高分辨率的音频ADC被越来越广泛地应用在如蓝牙、Hi-Fi播放器中。Sigma-Delta ADC由于高分辨率、高集成度、对元器件匹配度要求较低等优点受到越来越多的关注。然而,由于在Sigma-Delta ADC的核心模块Sigma-Delta调制器（SDM）中使用过采样技术,较高的采样频率将会导致较高的功耗。因此,设计实现高性能、低功耗的SDM成为目前的研究热点。本论文针对传统的单比特调制器所能达到的信噪比有限、高阶系统不稳定问题,采用二阶积分器、四位量化器和128倍的过采样率达到较高的信噪比,及实现较好的SDM稳定性。针对传统结构SDM功耗较高问题,本论文采用前馈结构、使用两组相同的采样电容分别采样反馈DAC与输入信号减小运放输出摆幅,及采用无静态功耗的SCCMFB作为运放的共模反馈电路等策略降低SDM系统功耗。针对采用多位量化器的调制器的非线性问题,本论文采用带有失调消除结构的比较器降低量化器的增益误差,及采用DWA电路降低反馈DAC的非线性。本论文在MATLAB中delsig工具箱中设计并优化了SDM系统传递函数,分析系统稳定性,进行系统级仿真以验证系统的性能。使用MATLAB中SIMSIDES工具箱的非理想模型,仿真得出了系统对积分器、量化器、反馈DAC等的性能要求。基于UMC0.18μm CMOS工艺,设计了功耗较低、增益带宽积较高、压摆率较大的运放,线性度较好的全差分Flash ADC和失调误差较小的高速比较器等模块电路,并利用这些模块电路,设计了性能较高、功耗较低的SDM。本设计仿真结果表明:芯片总的功耗约为1.194m W,在测试信号为20k Hz的正弦信号、采样时钟信号为5.12MHz时,其信噪比为101.3dB,换算成分辨率约为16.5bits。