随着地震勘探的不断发展,浅层的资源越来越少,人们开始对深部地质资源进行勘探和开发,这对地震采集数据的分辨率要求越来越高。地震勘探仪器作为数据采集的关键设备,直接影响着地震数据的好坏,而传统的模拟检波器已不足以满足要求。近年来,由于微电子技术的巨大发展,基于MEMS(Micro-Electric Mechanical System,微机电系统)技术的第六代全数字地震检波器成为发展趋势。相比之下,MEMS地震检波器对地震信号的响应特性,如动态范围大、失真小、噪声低以及频带宽是其主要优势。Sigma-Delta(Σ-Δ)型模数转换器(Analog-Digital-Converter,ADC)具有可实现高分辨率的特性而广泛应用于MEMS地震检波器中。Σ-ΔADC由模拟模块的调制器和数字模块的滤波器构成,其分辨率由调制器决定。因此,衡量Σ-ΔADC的性能好坏,关键在于其中的调制器性能,调制器的核心技术是过采样和噪声整形。本论文针对应用于MEMS地震检波器的Σ-ΔADC中的调制器模块展开研究与设计。通过对Σ-Δ调制器的不同结构进行研究,考虑稳定性和对噪声的抑制情况,本文采用一种自带斩波器的1位四阶Σ-Δ调制器系统结构,其采用前馈通路与反馈通路并用的混合通路技术。通过对系统级设计研究,选择合适的前馈和反馈系数,有效抑制带内量化噪声。由于电路存在的非理想因素,因此理论信噪比会和电路系统设计有一定偏差。从电路设计角度考虑,通过电路改进来抑制非理想因素对调制器的性能干扰。电路设计的主要创新在于对第一级积分器的改进,一是采用斩波技术,用以消除积分器低频1/f噪声;二是采用一种AB类运算跨导放大器,其具有AB类输入级、非线性电流回收结构、增益自举结构,大幅度增加了第一级积分器的速度和精度。本论文在Cadence EDA工具下,基于SMIC018工艺对调制器各个子电路及版图进行设计、仿真验证及优化,通过DRC、LVS、ERC检查及后仿真验证后,最终进行芯片流片。本论文设计的Σ-Δ调制器的信号带宽为2KHz,采样时钟为512KHz,过采样率为128,功耗小于5m W,芯片有效面积为1.765×1.752mm~2。调制器的仿真信噪比为101d B,有效位数为16.4位;调制器芯片的测试信噪比为66.25d B,有效位数为10.7位。