Sigma-Delta模数转换器(ADC,Analog-to-Digital Converter)有着非常广的应用范围,从低频高精度的数据转换器(像数字音频电路、传感器接口电路及仪器等),到中等精度的宽带无线通讯系统(像软件无线电直接转换收发器、数字中频接收机等)。功耗是这些应用主要关注的性能指标。虽然不同的应用领域可能会使用到不同的Sigma-Delta调制器结构,但是它们未必能够在功耗上达到最优。其中的原因是很难将多种多样的调制器结构的参数(例如,带宽、精度、过采样率等)与它们的功耗相互联系起来。因此,本文的目的是提出一种能够建立这些调制器结构的参数与它们的功耗之间联系的方法,并将这种联系用于Sigma-Delta ADC的设计来实现功耗最小化。由于调制器的结构参数和它们的功耗与实际调制器电路中存在的非理性因素(例如,时钟抖动、开关电容热噪声、运算放大器的有限增益等)紧密相关,所以它们之间的联系可以通过分析这些非理性因素建立起来。本文通过这些非理性因素的分析推导得出一个可用于直接挑选出功耗最优结构的公式,使用挑选出的优化结构进行的设计将能够达到调制器结构的参数与它们的功耗之间的最好的折中。另外,由于最优化的结构是直接被挑选出来的,所以也大大减少了完成Sigma-Delta ADC的设计所消耗的时间。为了验证本文推导得出的公式的可行性,这里首先利用它选出一个相对优化的调制器结构用于完成一款18位Sigma-Delta调制器设计。这款18位调制器的电路使用实验室现有的标准0.25μm工艺来实现,它要求的输入信号带宽是1kHz。最后的仿真结果表明,设计出来的调制器的动态范围达到116.8dB,有效位数达到19.12位,在5V的电源电压下消耗的功耗为425μW。这些仿真结果与上面通过公式估计得到的参数基本一致。本文的最后引入了一种品质因数,通过它可以将此次设计出来的18位调制器于其他结构的调制器进行比较,结果表明上面挑选出的最优化的结构能够达到了最好的折中。