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Sigma Delta ADC在速度、精度与功耗间有着很好的折衷,近年来受到了广泛的重视和研究。应用于音频领域的Sigma Delta ADC精度一般均在16bit左右,更高精度的应用于音频领域的Sigma Delta ADC的成熟产品非常少。本文主要工作就是设计一款适用于数字音频领域的高精度Sigma Delta ADC。本文调研了Sigma Detla ADC的国内外研究现状,介绍了Sigma Detla ADC的基本原理,分析了各种常用结构的优势与不足。在此基础上根据设计指标选择了本文的四阶单环单比特量化的Sigma Detla调制器结构。利用Simulink工具建立线性模型,设计程序选定模型中各处系数值,进行系统仿真,并对输出数据进行FFT分析。本文在经典结构的基础上,改进设计了一种前馈型四阶Sigma Delta调制器结构。第一级积分器是整个Sigma Delta调制器环路中最重要的模块,其中的运算放大器采用了折叠式共源共栅放大器结构,用开关电容共模反馈电路以稳定其输出共模电压。后三级积分器直接采用与第一级积分器相同的结构,仅仅在电路的电流与器件尺寸上逐级减小。采用预放大器、锁存比较器和与非门锁存器构成的比较器实现单比特量化器。针对级联积分梳状滤波器在信号带宽内幅频特性曲线的衰减,本文通过补偿零极点的方法改进设计了一种补偿滤波器电路,有效的降低了通带纹波。用五阶级联积分梳状滤波器、补偿滤波器与两个半带滤波器级联的方式实现抽取滤波器,其中级联积分梳状滤波器完成32倍降频,两个半带滤波器各实现2倍降频,将Sigma Delta调制器输出的高速率码流降采样至奈奎斯特率。论文基于SMIC 0.18μm CMOS工艺设计了Sigma Delta ADC电路的原理图,并完成了版图的设计,版图总面积为748 × 4321μm2。对本文所设计的Sigma Delta ADC的后仿真结果表明：在电源电压为1.8V,采样频率为6.144MHz,过采样率为128倍,输入正弦波信号频率为13.5kHz,幅度为700mV的条件下,得到的SNR为112.58dB,有效位数达到18.41bit,消耗电流为13.4mA,满足了各项设计指标要求。