现如今互联网、AI、传感器、5G通信技术迅猛发展,先进的数字电路领域需要同样高性能的模拟部分与之匹配。模数转换器(ADC)作为模拟与数字世界的转换桥梁,高精度Sigma-Delta ADC成为了研究热点。但是目前国内对高精度Sigma-Delta调制器的研究系统并不完善,电路结构制约性高。因此,本文设计了一个高精度Sigma-Delta调制器结构,并针对以上问题从两个方面对优化精度方面做出了研究。通过对非理想因素的行为级建模提高调制器精度。非理想因素建模仿真的过程可以更准确的设计实际电路的参数。为了提高建模有效性,本文在经过零极点优化考虑的基本调制器模型基础上,加入了对电路影响较大的非理想因素模型,利用MATLAB的Simulink工具对加入了这些非理想因素的模型的整体调制器模型进行了行为级建模并设计程序选定模型中各参数值,并仿真进行FFT分析。在此基础上进行系统的参数设计和优化,以此得到精度更高、更接近实际的调制器行为级模型。通过对电路模块结构的优化提高调制器的精度。为提高电路转换精度,本文设计了一种改进的前馈型四阶调制器。本设计中的Sigma-Delta调制器采用对器件失配容忍度高的单环CIFF(Cascade of Integrators Feedforword)前馈级联结构,由四阶积分器和一位量化器构成,同时整体电路采用全差分结构来优化系统的性能。由于结构特性,输出摆幅较小,稳定性高。对于电路中每一个子模块的设计都进行了仔细的分析考虑,相比于传统Sigma-Delta调制器结构进行了优化改进。开关电容积分电路中对积分器采取了分级设计,第一级积分器与后三级积分器结构不同,在第一级积分器加入斩波技术减小噪声;为了提高分辨率和再生时间采用带预放大器的可再生比较器结构;为了减少开关的非理想因素的影响,设计了两相不交叠时钟控制实现不同工作状态。Sigma-Delta调制器在行为级建模仿真中可以实现118d B左右的信噪失真比,有效位数约20位。整体电路在Cadence平台下,采用0.18μm CMOS工艺,电源电压5V的仿真背景下进行仿真验证,输入信号带宽为2KHz,OSR取256时,可以实现18位左右分辨率。本设计可以满足高精度的设计需求,适用于信号带宽较低的应用领域,由于其精度较高,有着较为广泛的应用领域。