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随着物联网技术的应用和发展,集成电路系统的能效要求越来越高。模数转换器(Analog-to-Digital,ADC)是连接模拟域与数字信号域的桥梁,在现代集成电路系统中被广泛使用。为了提高ADC及其他集成电路模块的功耗表现,低供电电压技术已被广泛的采用。然而在低压下,模拟信号的摆幅不断降低,直接影响到转换器的精度。这成为低压集成电路系统性能的主要限制因素之一。△∑调制器通过过采样和噪声整形技术可以从系统结构上保证高精度的模数转换,降低对低压电路性能的要求,实现高精度的低压低功耗ADC设计。低压低功耗的△∑调制器在高效能传感器节点、低功耗片上系统、移动物联网设备、穿戴式生物信号采集系统、能量获取系统中有着广泛的应用前景,值得进行深入研究。首先本文针对△∑调制器的基础结构和诸多非理想因素的影响进行了梳理分析,特别是对低压下信号摆幅下降,低压电路模块的非线性等设计困难,进行详细分析并系统总结了前人研究工作的优缺点,为本论文中的设计提供参考。其次针对低压下连续时间△∑调制器设计中的问题,本论文提出了基于Active-RC积分器和Gm-C PI(Propotional)积分器的两种低压调制器设计方案,两调制器设计过程中的主要创新点包括:(1)在Acitve-RC积分器设计中,提出了新型基于反相器的两级前馈补偿运放。(2)提出了新型适合于低压△∑调制器的级间低信号摆幅系统结构。(3)在基于Gm-C PI积分器的调制器中,提出了低压下利用FIR反馈DAC,有效降低第一级跨导输入信号的摆幅,并解决第一级Gm-C开环PI积分器的非线性问题。(4)在Gm-C PI积分器设计中,提出了基于反馈控制的偏置电路,以实现在低压下基于Nauta-Gm的跨导具有稳定的跨导值、增益及带宽,使得调制器获得稳定的噪声整形性能。在以上设计工作基础上,通过130nm和90nm标准互补金属氧化物(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)工艺进行流片和测试来验证版本文所提的创新思路。基于Active-RC积分器的调制器工作在0.3V的供电电压和64倍过采样率下,测试的性能达到68.7dB SNDR,82.6 dB SFDR,带宽为50kHz,功耗为26.3μW,其品质因数FoM_W(Walden Figure of Merit)为120.9fJ/step。基于Gm-C PI积分器的调制器工作在0.4V的供电电压和104倍过采样率下,测试的性能达到74.4dB SNDR,85.2 dB SFDR,带宽同样为50kHz,功耗为26.4μW,因而其品质因数FoM_W为61.5fJ/step。通过于其他低压调制器设计的综合比较,本文中两个调制器设计的性能指标均已达到国内外较高的水平,同时将连续时间△∑调制器的供电电压首次降低到0.5V以下。