随着工业技术的不断进步,社会各领域对模拟信号到数字信号的转换精度要求越来越高,传统Nyquist采样频率模数转换器（Analog to digital converter,ADC）的精度很难满足需求,而应用过采样技术和噪声整形技术的Sigma-Delta型ADC则具有明显优势,当前分辨率16位以上的高精度ADC几乎全部为Sigma-Delta型架构。与此同时,随着中美贸易摩擦的反复拉锯,国内高精尖领域所需的高精度Sigma-Delta ADC芯片进口难度越来越大,有渠道进口的产品价格也极其昂贵,而我国本土IC设计技术和生产工艺水平相对落后,适用的高精度Sigma-Delta ADC基本全部依赖进口,因此为打破国外技术封锁,设计低成本、高精度的Sigma-Delta ADC意义重大,Sigma-Delta型ADC的核心是Sigma-Delta调制器。本文首先回溯了Sigma-Delta调制器的发展历史,深入研究了Sigma-Delta的技术理论,并介绍了当前比较经典的几种Sigma-Delta调制器结构。接着本文在现有结构基础上进行优化,引入多位量化并反馈结构,同时采用粒子群寻优算法（Particle swarm optimization,PSO）对参数进行优化,基于MATLAB/Simulink软件分别搭建了四阶单环1位、3位和5位量化加反馈的调制器模型。仿真结果表明,本文所设计的调制器性能优越,结构稳定,参数具有很好的鲁棒性,在归一化输入信号条件下,1位反馈结构信噪比超过118d B,3位反馈结构信噪比超过136d B,5位反馈结构信噪比高达148d B。与此同时,本文提出了一种双量化型Sigma-Delta调制器的实现方法,先通过一个低精度ADC将模拟信号量化为数字信号,然后构造数字Sigma-Delta调制器,此方案可极大降低模拟电路中因元件失配造成的设计与制造难度,同时可采用MCU或FPGA实现,模型验证容易、周期短、成本低,结构和参数可根据需要灵活调节。最终,本文依托ARM处理器进行外围电路搭建和调制器程序设计,完成了所设计调制器的物理实现,并成功通过测试。结果表明,本文设计的4阶单环Sigma-Delta调制器在带宽范围内噪底平坦稳定,其中3位反馈结构带宽范围内噪声基底低于-116d Bv/rt（Hz）,5位反馈结构噪声基底低于-122d Bv/rt（Hz）,相对传统4阶单环1位反馈结构具有明显优势;调制器测试输出结果与仿真一致,进一步验证了本文提出的双量化型Sigma-Delta调制器验证方法的可行性与有效性。