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目前数字电源在手机、平板电脑、音乐播放器等电子设备中的应用越来越广泛。相比模拟电源,数字电源具有功耗低、鲁棒性强、方便集成、控制算法多样、可编程等诸多优势。而在数字电源控制器中,模数转换器(Analog to Digital Converter, ADC)替代了模拟电源中的误差放大器,在数字电源中发挥关键作用。如何在保证ADC性能的前提下,降低其功耗和面积,成为一个重要课题。本论文首先介绍了数字电源与模拟电源的基本原理,并对二者进行对比,总结出数字电源相比于模拟电源的优势。然后介绍了在数字电源控制器中较为流行的几种ADC架构,进而总结出不同ADC架构的优缺点,以及数字电源系统对ADC的要求。基于数字电源系统的要求,本文提出一种新的ADC架构——脉宽调制型ADC,采用电压-时间,时间-数字两步转换的方法完成模拟电压到数字信号的转换。该ADC通过与数字脉宽调制器(Digital Pulse Width Modulator, DPWM)拙用延迟锁定环(Delay Locked Loop, DLL),节省了数字电源系统的功耗和面积。本文通过对共用DLL技术的分析,总结出了这一技术面临的难点和挑战。该ADC的设计有效位为8bit,采样频率为1 MS/s。在具体的电路设计中,重点对斜波信号发生器、比较器、时间数字转换器(Time to Digital Converter, TDC)模块进行了设计与仿真。在斜波信号发生器的设计中,通过使用电流舵技术,兼顾功耗的同时,提高了斜波线性度；比较器采用轨到轨的静态比较器,保证在规定的输入摆幅内,比较器可以保持比较固定的失调：时间数字转换器采用计数器和延迟链两步量化的结构,并通过逻辑优化,保证了粗细量化的同步与匹配；在版图设计中,重点解决了模拟数字隔离、比较器对称、天线效应等问题。芯片最终在SMIC 0.13μmCMOS工艺下流片,并制作PCB板对芯片进行测试。芯片面积仅为0.03 mm2,功耗仅为60μW；积分非线性(Integral Nonlinearity,INL)为-0.5 LSB～1 LSB,微分非线性(Differential Nonlinearity, DNL)为-1 LSB-0.5LSB,单调性良好；信号噪声失真比(Signal to Noise and Distortion Ratio, SINAD)为42.1dB,有效位6.7位。整体测试结果符合系统要求,同时也较好的实现了低功耗和低面积的设计目标,ADC与DPWM共用DLL技术得到了验证。