数模转换器是连接现实的模拟世界和虚拟的数字世界之间的桥梁，而精度就是衡量数模转换器性能的重要指标。随着电子产品的普及，人们对DAC精度的要求也越来越高。与传统的Nyquist采样DAC相比，Sigma-Delta DAC能够以较低的硬件消耗获得较好的精度。因此，Sigma-Delta DAC成为数模混合领域研究的一大热点。本文首先介绍了课题来源、Sigma-Delta DAC的发展及国内外研究现状，然后详细阐述了DAC的工作原理和各个主要模块的MATLAB行为级建模仿真，确定了各模块的基本架构。通过对不同结构的调制器结构的对比和分析，最终采用一位量化的五阶全前馈结构Sigma-Delta调制器；通过对信噪比传递函数的分析，最终确定了128倍的过采样率并确定了三级数字FIR滤波器级联来实现高倍插值的目的；通过对不同类型的模拟滤波器传递函数的仿真结果对比，最终决定选用六阶贝赛尔模拟低通滤波器。调制器是Verilog代码来描述，而模拟低通滤波器采用CMOS模拟开关电容电路来实现。最终确定的系统指标为：输入信号带宽100kHz，过采样率128，时钟采样频率25.6MHz。Sigma-Delta DAC采用GF0.35μm CMOS工艺，数字部分使用该工艺进行逻辑综合和自动布局布线，模拟部分则是在该工艺条件下进行的电路设计和手动版图设计。其中数字部分主要是数字插值滤波器和调制器，模拟部分包括单双短转换电路、1位D/A、两相不交叠时钟、基准电路及运算放大器等五个小模块。电路设计完成后进行整体仿真，仿真结果表明：当输入信号为-6dB时，Sigma-Delta DAC具有98.26dB的信噪比。