随着集成电路特征线宽的持续缩小，芯片的工作频率、集成度和复杂性大幅增加，功耗也随之急剧增加。而近年来以电池供电的移动电话、数码相机、PDA等便携式电子产品迅速发展，消费者对便携式设备的续航能力有着持续增长的需求。因此，集成电路的低压低功耗设计已成为学术界和工程界的研究热点和难点。而Sigma-Delta模数转换器由于采用了过采样和噪声整形技术，能以较低成本达到较高的转换精度，在便携式电子产品中获得了广泛的应用。基于以上两点原因，论文主要针对Sigma-Delta模数转换器开展混合信号集成电路低压低功耗设计的研究。鉴于模拟和数字集成电路设计方法的差异性，论文对模拟电路和数字电路低压低功耗设计的现有技术分别作了整理、归纳和总结。介绍了Sigma-Delta模数转换器的基本工作原理、采用的主要技术以及发展现状。在此基础上，对Sigma-Delta模数转换器中的模拟电路和数字电路分别进行了低压低功耗设计。针对模拟电路部分，即Sigma-Delta调制器，本文在系统级分析了影响调制器功耗的各种本质的和非理想的因素，讨论了如何根据系统设计要求确定调制器的阶数以获取最低功耗；在结构级提出了一种能够实现小电容比值的开关电容积分器结构，从而解决零点优化中遇到的小系数实现问题，与传统积分器结构相比，大幅度地减小了电容面积，降低了功耗；在电路级对运放进行了功耗分析，对运放的典型结构进行了比较，并根据调制器的工作特点提出了两级AB／AB结构，和用交叉耦合对负载消除第一级共模反馈电路的方法，进一步降低调制器正常工作时的功耗。本文还分析了Sigma-Delta调制器中各种非理想因素，介绍了如何根据这些非理想因素计算得出满足系统要求的各模块的最低性能指标，亦即满足系统要求的最低实现功耗。研究结果经系统仿真验证了正确性。针对数字电路部分，即抽样滤波器，本文分析了其在不同降采样率下的不同特点，分别针对低降采样率和高降采样率两种应用环境对抽样滤波器的结构进行了优化。在低过采样率应用环境中，分析与比较了梳状滤波器的三种不同实现结构，并提出了一种经过改进的多项式结构。仿真结果表明改进结构可比传统的CIC结构节省36％的面积和50％的功耗，比近期报道的多项式结构亦减少14％的面积和3％的功耗。在高过采样率工作环境下，论证了CIC结构的优越性，并根据抽样滤波器在该工作条件下的特点，提出了一种低采样率梳状滤波器带多级半带滤波器的优化结构。该部分所有工作都在TSMC 0.18μm工艺下设计完成。