随着电子技术的不断发展，在通信领域以及其它音频领域对模数转换器的精度要求越来越高，目前传统的奈奎斯特模数转换器已经无法满足高精度的要求，因此开发高分辨率的模数转换器引起了人们极大关注。Sigma-Delta模数转换器在分辨率和电路实现上都优于传统乃奎斯特模数转换器，因为Sigma-Delta模数转换器采用了两个先进的技术，一个是过采样技术，一个是噪声整形技术。这两个技术不仅可以和现代的CMOS工艺相互兼容，而且在设计高分辨率的模数转换器时，还能降低模拟电路的复杂度。最终通过以速度换精度的方法，提高了模数转换器的信噪比，减少了调制器内部产生的噪声。因此在音频，电子测量和语音通信等领域Sigma-Delta模数转换器能够得到广泛的应用。本论文在深入研究Sigma-Delta调制器原理的基础上，对影响调制器性能的非理想因素（如MOS管的非线性，时钟抖动，开关电容噪声以及元器件的失配性等）进行了分析，完成了四阶级联结构的Sigma-Delta调制器的行为级建模。然后对行为级模型中的积分器模块，时钟模块，量化器模块和数字抵消单元模块分别进行了仿真。行为级仿真满足设计要求后，对四阶级联结构的Sigma-Delta调制器进行了电路级设计。在过采样率为256，输入信号频率为20KHz，电源电压为5V的条件下，利用0.5μm CMOS工艺对MASH结构的Sigma-Delta调制器进行了电路级仿真，最终得到电路的SNR为103.5dB，分辨率超过了16bit，达到了本论文的设计要求。