近年来，由于微电子技术的发展，模拟信号处理、数字信号处理都取得了长足的进步。模数转换器(ADC)作为连接模拟世界和数字世界之间的桥梁正发挥着越来越重要的作用。而且随着计算机、无线通讯等行业的飞速发展，对ADC的速度、精度等性能不断提出了更高的要求。　　 Sigma-Delta ADC通过采用噪声整形与过采样技术相结合的方式，有效抑制了信号带内的量化噪声，大幅度提高了输出带内的信噪比。同时，它充分利用了数字电路规模加大，速度加快和成本下降的发展趋势，降低了传统高精度ADC对模拟电路性能指标和元器件匹配度的苛刻要求。Sigma-Delta ADC是迄今为止高精度模数转化器的主流结构，日益成为ADC设计领域中的研究热点之一。　　 本文进行了应用于心电信号处理芯片中的24位Sigma-Delta Modulator(SDM)的研究与设计。首先通过对传统Nyquist率转换器与过采样转换器进行比较，论述了Sigma-Delta模数转换器的工作原理和特性；然后提出了一种新型的多位量化一位反馈的级联Sigma-Delta调制器，并介绍了它的优点；特别针对级联结构调制器中的失配和开关电容积分器的非理想特性进行了详细的讨论，建立了SDM模拟部分各模块的非理想模型，提出了各单元模块的主要指标；本设计的Sigma-Delta调制器采用2-1-1级联结构和多位量化器一位反馈的形式，调制器采用全差分开关电容电路实现；同时对整个调制器的各个模块进行了电路设计，包括跨导放大器、开关电容积分器、量化器、两相非交迭时钟等，并利用Spectre仿真工具对这些电路进行仿真测试；同时，利用MATLAB软件和SIMULINK工具对整个级联调制器进行行为级仿真。　　 本设计采用0.35微米标准CMOS工艺，其中NMOS和PMOS晶体管的阈值电压分别为0.54伏和-0.48伏，电源电压为3.3伏，奈奎斯特转换率为300Hz，过采样率为128，该调制器可实现动态范围150dB，24位的转换精度，适合高精度心电信号处理芯片的使用。