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模数转化器(ADC)能够将模拟信号转换为数字信号,是实现信息转换的重要桥梁。随着集成电路的发展,数字电路对ADC的精度提出了更高的要求。与奈奎斯特ADC相比,Sigma Delta ADC利用过采样技术和量化噪声原理以获得较高精度和信号噪声比。Sigma Delta ADC的电路复杂度低,能够很好的集成到数字信号处理的集成电路中,已经成为了实现高精度模数转换的首选架构。在此背景下,本文对Sigma Delta ADC的调制器电路的原理进行了介绍,分析并比较了不同调制器架构,最终选择二阶单循环1位调制器作为Sigma Delta ADC的调制器结构,利用MATLAB对该结构调制器进行建模,并完成了调制器电路的设计。调制器电路采用开关电容的方式实现,包括量化器、带隙基准电压源、运算放大器电路、开关电容积分器等。通过使用Cadence公司的AMS工具对Sigma Delta模数转换器进行仿真测试,模数转换器的信号带宽是400kHz,过采样率为128,采样频率为102.4MHz,转换速率为6.1KSPS,动态范围为96.32dB,信号噪声比为94dB,可实现从2比特到16比特的分辨率变换。最后,论文采用SMIC 0.13μm CMOS工艺完成了Sigma Delta ADC的版图设计。对模拟部分的Sigma Delta调制器电路采用了全定制设计,版图面积为112μm*306μm。模数转换器的数字控制电路采用基于标准单元的综合方式实现,版图面积为150μm*200μm。最终完成的16位分辨率Sigma Delta模数转换器系统版图总面积为0.06mm2。