随着技术的进步，人们对于数据转换的精度要求越来越高，例如在高保真音频系统，就对模数转换器提出了很高的要求，即A/D转换器必须具有16bit以上的分辨率，这就使得∑△A/D转换器成为模数转换器领域的发展热点之一，即“高精度低速度”的发展热点。而采用传统的A/D转换原理，如折叠式、逐次逼近式等是很难达到如此高精度要求的。所以，对于高精度的∑△A/D转换器的研究就具有重要的意义。 论文完成的主要工作包括： 1.本文通过对∑△型A/D转换器设计的自顶向下的设计流程的研究，对此类电路的设计流程进行探索，通过一个已经完成的一个二阶∑△A/D转换器的设计，对这一电路的设计流程的进行研究，对此类电路的自顶向下的设计流程做出了归纳与总结。本文所研究的这样一种自顶向下的设计流程，可以拓展应用于高阶、多位的∑△型A/D转换器，以及其他一些相近领域的模拟电路设计中去，具有较为广泛的应用和较高的实用性。 2.在电路层面上，针对∑△A/D转换器的各个核心电路，如输入预放大器、开关运算放大器、比较器等，作者进行了详细的讨论和分析，并且完成了电路级、版图级的设计。同时，在设计这些核心电路的时候，实现了若干创新的设计工作，并进行了电路的仿真验证。 3.完成了一个低噪声、高精度的∑△调制器电路的设计与流片验证。作者采用先进的中芯国际130nm混合信号CMOS工艺，设计了一个二阶∑△模数转换器，已经成功进行了流片，经过封装测试已经得到了比较满意的结果。芯片工作电压2.5V，面积0.95mm2，功耗仅为5.9mW，在5.12MHz的采样频率下，测得信噪比可达77.2dB相当于12.5位精度。 4.完成了一个四阶2-2级联结构的∑△调制器的设计与仿真。分析了级联∑△调制器的原理，完成了四阶调制器的系统级、行为级以及电路级的设计与仿真。仿真结果显示，所设计的电路很好地实现了四阶噪声整形的功能，在采样频率5.12MHz，过采样率64的情况下，能够达到88.6dB的信噪比。 论文的主要创新点如下： 1.一种改进的低kickback噪声比较器的设计提出了一种改进的比较器电路，他与传统的比较器相比，具有更好的抑制kickback噪声的性能，能够大幅降低kickback噪声对输入信号的扰动。仿真结果显示，相比与传统的比较器电路，改进的比较器电路对输入信号的扰动减弱了90％以上。 2.具有低通滤波和输入增益控制的输入级预放大器的设计提出了一种新型的输入增益控制放大器电路，它既可以对输入信号进行放大，具有可控的增益倍数，同时又可以实现一个低通滤波的功能。对输入信号进行放大，可以将输入信号的幅值调整到使∑△调制器信噪比最大的输入范围；低通滤波可以最大限度地削除带外噪声以及时钟信号的扰动对电路带来的影响。所以，在∑△调制器中采用拥有这两种功能的输入放大器，会有助于提高∑△调制器的信噪比。 3.一种改进的开关运算放大器电路的设计提出了一种改进的开关运算放大器电路，与传统的开关运算放大器电路相比，它具有同样的功能，但是它大幅地缩短了传统的开关运算放大器电路的建立时间。仿真结果显示开关运算放大器电路的建立时间缩短了约64％，相应地电路的工作速度也随之提高了。 4.一种新型的基于perl语言的行为级仿真方法提出了一种基于perl语言的行为级仿真方法，将Perl语言引入到∑△调制器的行为级仿真中来，通过编写Perl程序，对∑△调制器中信号调制的过程进行描述，并在其中引入了∑△调制器各主要部件非理想特性，实现了行为级仿真的目标。 与传统的行为级设计方法相比，本文提出的方法拥有更高的速度，更加易于使用，并且对于行为级设计来说具有更高的效率，能够更好地实现行为级的仿真，指导后面的电路级仿真以及流片，具有较高的现实意义。 5.一种包含信号源以及测试板噪声的建模提出一种包含信号发生器以及测试板上噪声的建模方式，在芯片设计的时候，就可以针对特定的测试条件，事先建立噪声模型，将信号输入芯片之前的噪声纳入到建模范围之内。它可以用于仿真在测试仪器正常工作时所产生的带有噪声的输入信号，更加真实地模拟实际芯片的性能和测试环境，形成了一个更加完善的行为级仿真模型。 改进过的行为级仿真模型与原来的行为级仿真模型相比，它的优点是更加全面地模拟了电路的真实情况，更加逼近最终的真实结果，从而能够更加准确地指导设计和测试的工作。同时，也避免了当测试结果出现异常时，无法判断是测试电路导致的性能下降还是电路本身设计的问题。