Sigma-Delta ADC不同于奈奎斯特(Nyquist)采样率ADC,采用过采样原理与噪声整形技术,把大部分噪声功率移到信号频带之外,然后用数字滤波器滤除信号频带外噪声,从而达到很高的信噪比。对模拟器件的精度和匹配性的要求低,能够实现Nyquist采样率ADC达不到的精度,成为实现中低速、高精度模数转换器的主要技术。随着CMOS工艺特征尺寸的不断下降,为了保证器件稳定性,电源电压不断降低;同时便携式设备对数据转换器的功耗要求越来越高,这使得低压低功耗数据转换器成为研究热点。针对笔记本电脑电池管理芯片,设计了一款16位的低压低功耗Sigma-Delta调制器,用于笔记本电池剩余电量的检测。本文首先介绍了Sigma-Delta ADC的发展概况、基本原理以及基本结构。在此基础之上,设计了一个三阶前馈结构的Sigma-Delta调制器,并引入了零点优化技术。前馈结构能够降低积分器的输出摆幅,从而降低了运放的设计复杂度和由运放的非线性造成的环路滤波器的谐波失真,更适合于低功耗设计。考虑到低功耗实现,调制器采用一位量化器,以降低求和电路的复杂度,并且一位量化器具有固有的线性度,能够避免由于多位DAC的精度带来的对整个调制器的线性度和精度的影响;零点优化技术能够提高系统能够达到的最大信噪比,但较小的零点反馈因子使得电容大小悬殊,增大了芯片面积和功耗,为此引入一种专门应用于零点优化技术的改进型积分器,能够很好的均衡电容的大小。针对SMIC 0.18μm CMOS工艺,1.8V电源电压,完成了各个模块的电路及版图设计。采用256KHz时钟,过采样率128,在1KHz信号带宽内,达到的最大信噪比(SNR)为95 dB,功耗1.44mW。