随着科技的进步和发展,MEMS惯性器件因其低成本、高精度、微型化、易集成等优点,已经广泛应用于现代社会的各个领域。ADC作为MEMS惯性器件中重要的模拟接口电路组成部分,影响着整个MEMS惯性器件的性能。其中,Sigma-Delta ADC通过采用过采样技术和噪声整形技术可实现很高的转换精度,非常适合应用于高精度惯性器件中。因此,开展对高精度Sigma-Delta ADC的研究,对提高惯性器件的性能非常有意义。本文设计了一个应用于MEMS加速度计的高精度Sigma-Delta ADC。首先介绍了Sigma-Delta ADC的原理,然后分析比较了几种典型Sigma-Delta调制器结构的特点。本设计中Sigma-Delta调制器选用5阶单环一位量化结构,过采样率为128,采样频率为500k Hz,信号带宽为1.98k Hz。针对高阶CIFF结构中求和通路过多的问题,对传统CIFF结构的前馈通路进行了调整,减少了寄生电容对求和通路的影响,提高了系统的稳定性。之后对调制器的主要非理想性进行了分析、建模和仿真验证,并在电路设计时采用自举开关、斩波放大器、低噪声高速动态比较器等方案,以减少非理想因素对电路系统的影响。数字降采样滤波器采用五阶CIC与三阶IIR级联的方案,并在仿真软件中完成了滤波器设计。最后在电路设计工具中完成了电路和版图的设计与仿真验证。后仿真结果表明,Sigma-Delta调制器的信噪失真比达到了116.5d B,无杂散动态范围为124.9d BFS。本文设计的Sigma-Delta ADC,基于0.18 m BCD工艺进行了流片。在3.5V电源电压、500k Hz采样频率下,有效位数达到了19.06位,无杂散动态范围约为123d BFS,整体Sigma-Delta ADC的功耗为3.5m W。搭载自主研发的MEMS加速度计结构进行整体性能测试。结果显示,MEMS加速度计的零偏稳定性约为1mgn,在±1gn量程内的标度因数非线性在60ppm以内,满足高精度应用需求。