随着科学技术的进步,便携式的移动终端产品逐渐成为大众生活的必需品,这要求电源拥有更持久的续航,因此电源芯片的低功耗特性变得尤为重要。传统的电源芯片往往采用低效率的线性转换器,这完全不能再满足当今智能移动终端产品的特性需求,所以具有较高转换效率的DC-DC转换器越来越受到集成电路设计者的青睐。本文简单描述了电源芯片的研究现状以及各种开关型转换器的架构类型,分析线性电源和开关型电源的特点及适用范围。根据研究方向和应用要求,确定低功耗降压型转换器的控制方式和调制方式。本文对低功耗的关键技术进行原理分析,并设计了低功耗电路模块。然后对转换器进行整体的仿真,根据仿真结果不断地调试电路,实现电路功能以及性能的要求,最后完成对转换器的版图设计、流片和样片测试。本文研究并设计了峰值电流模式控制的低功耗降压型DC-DC转换器,着力研究了低功耗的关键技术和电路结构,主要的工作内容如下:1.优化电路结构以降低转换器的损耗。该转换器全部采用载流子迁移率更大的N型功率管,减小功率管的面积并降低开关损耗;运用同步整流技术降低功耗,同时增加死区控制电路,防止两个开关管同时导通,造成能量的损失;增加过零检测电路,防止电感电流反向倒灌而产生多余的功耗。2.低功耗电流采样电路的设计。本文抛弃了传统的低效率和不精准的电阻采样的方法,利用较小的采样比例实现低功耗的设计,实现近1/20000电流采样比例。另外采样精准度仅受匹配度的影响,不受温度和工作电压的影响。3.省电模式的低功耗控制电路。当输出负载电流低于200mA时,转换器自动进入省电模式。在省电模式下,关闭功率管降低开关损耗和导通损耗,同时关闭大部分不需要工作的模块,降低轻负载时的静态功耗。省电模式控制电路并未采用传统的箝位电路和比较器电路,而是采用时钟信号来判断是否进入省电模式。这种省电模式控制方法减小了控制模块数量,降低了系统整体的功耗。4.本文设计了台阶式软启动控制电路。通过使误差放大器的输入电压台阶式上升,避免转换器启动时产生浪涌电流。5.设计一种片内频率补偿的电路结构。通过在误差放大器的输入和输出之间搭建电容电阻网络,实现转换器的环路频率补偿,消除了输出负载变化对系统稳定性的影响。通过片内的环路补偿减少了转换器芯片的引脚,节约PCB的面积。低功耗降压型转换器的电路设计基于华润上华CSMC 0.18μm 80V BCD工艺,分别利用Cadence EDA软件和Spectre仿真工具进行电路的设计和仿真验证,使用Cadence版图设计软件绘制版图,并完成流片,最后对芯片样品进行实测验证,测试结果表明转换器的各项功能正常,并且满足设计的性能指标,最大的转换效率高达93%。