集成电路设计中的电源管理技术

本书主要针对低压和高压电源管理电路设计进行了详细讨论。本书力求简化电路模型的数学分析，重点研究电源管理电路的功能和实现。本书中包含了大量电路示意图，以帮助读者理解电源管理电路的基本原理和工作方式。在具体内容方面，本书分章介绍了低压和高压器件、低压差线性稳压器设计、电压模式和电流模式开关电源稳压器、基于纹波的控制技术、单电感多输出转换器、基于开关的电池充电器以及能量收集系统等方面的内容。

本书内容详实、实例丰富，可作为高等院校电子科学与技术、电子信息工程、微电子、集成电路工程等专业高年级本科生和硕士研究生的课程教材，亦可作为从事集成电路、系统级设计，以及电源管理芯片设计和应用的工程技术人员的参考书籍。

目录

译者序

原书前言

致谢

作者简介

第1章引言1

11摩尔定律1

12工艺发展的影响： 05μm~28nm的电源管理芯片1

121MOSFET结构1

122晶体管的尺度效应6

123漏电流功耗8

13先进工艺产品中电源管理集成电路的挑战12

131多阈值电压工艺12

132性能优化13

133与版图有关的邻近效应16

134对电路设计的影响17

14电源管理模块中的基本定义18

141负载调整率18

142瞬态电压变化19

143传输损耗和开关损耗20

144功率转换效率21

参考文献21

第2章低压差线性（LDO）稳压器设计23

21LDO稳压器的基本结构24

211传输器件的类型26

22补偿技术28

221极点分布29

222零点分布和右半平面零点34

23LDO稳压器设计考虑36

231电压差36

232效率38

233线性/负载调整率39

234负载电流突变引起的瞬态输出电压变化40

24模拟LDO稳压器43

241主极点补偿的特性43

242无电容结构特点48

243低电压无电容LDO稳压器的设计54

244在多级无电容LDO稳压器中通过使用电流反馈补偿减少最小负载电流限制57

245具有前馈通路和动态增益调整的多级LDO稳压器65

25LDO稳压器的设计指导70

251仿真提示和结果分析71

252在交流分析仿真中打破闭环的方法72

253具有主极点补偿的LDO稳压器的仿真实例74

26数字LDO稳压器设计82

261基本数字LDO稳压器83

262具有网格异步自定时控制（LASC）技术的数字LDO稳压器85

263动态电压缩减（DVS）88

27具有模拟动态电压缩减（ADVS）技术的开关数字/模拟低压差线性（D/A-LDO）

稳压器98

271ADVS技术98

272可切换的D/A-LDO稳压器101

参考文献107

第3章开关电源稳压器的设计109

31基本概念109

32控制方法与工作原理概述112

33开关稳压器的小信号模型与补偿方法117

331电压模式开关稳压器的小信号建模117

332闭环电压模式中开关稳压器的小信号建模121

333电流模式开关稳压器的小信号建模136

参考文献153

第4章基于纹波的控制技术（第1部分）154

41基于纹波控制的基本拓扑结构154

411迟滞控制157

412导通时间控制159

413关断时间控制163

414具有峰值电压控制和波谷电压控制的恒定频率技术165

415基于纹波控制拓扑结构总结166

42导通时间控制型降压转换器的稳定标准168

421稳定性判据的推导168

422输出电容的选择179

43采用小阻值RESR的多层陶瓷电容设计技术182

431采用附加斜坡信号183

432采用额外的电流反馈通路184

433具有附加电流反馈通路的导通时间控制模式的比较232

434采用纹波整形技术补偿小阻值RESR234

435纹波整形功能的实验结果239

参考文献246

第5章基于纹波的控制技术（第2部分）247

51增强电压调整性能的设计技术247

511直流电压调整精度247

512用于纹波控制的电压二次方结构247

513采用附加斜坡或者电流反馈通路的电压二次方实时控制技术251

514采用小阻值RESR的电压二次方结构中的比较器253

515采用小阻值RESR的具有二次微分和积分技术的基于纹波控制技术261

516鲁棒性强的纹波调整器269

52对于开关频率变化降低电磁干扰的分析271

521反馈信号抗干扰能力的提高273

522旁路通路对反馈信号高频噪声的滤波273

523锁相环调制器技术275

524不同vIN、vOUT、iLOAD情况下频率变化的分析276

525用于伪恒定fSW的自适应导通时间控制器286

53用于伪恒定fSW的最优化导通时间控制器293

531导通时间控制的优化算法294

532具有等效vIN和vOUT,eq的Ⅰ型最优化导通时间控制器294

533具有等效vDUTY的Ⅱ型最优化导通时间控制器302

534频率钳位器304

535不同导通时间控制器的比较304

536最优化导通时间控制器的仿真结果305

537最优化导通时间控制器的实验结果309

参考文献313

第6章单电感多输出转换器315

61单电感多输出转换器的基本拓扑结构315

611结构316

612交叉调整316

62单电感多输出转换器的应用317

621片上系统317

622便携式电子系统318

63单电感多输出转换器的设计指导319

631能量传输通路319

632控制方法分类327

633设计目标329

64用于片上系统的单电感多输出转换器331

641电感电流控制中的叠加定理331

642双模能量传输方法333

643能量模式转换334

644自动能量旁路337

645瞬态交叉调整的消除338

646电路实现342

647实验结果351

65平板电脑应用中的单电感多输出转换器技术361

651单电感多输出转换器中的输出独立栅极驱动控制361

652单电感多输出转换器中的连续导通模式/绿色模式相对忽略能量控制369

653单电感多输出转换器中的双向动态斜率补偿378

654电路实现383

655实验结果390

参考文献404

第7章基于开关的电池充电器406

71引言406

711纯充电状态409

712直接供电状态409

713断开状态410

714充电和供电状态410

72基于开关的电池充电器的小信号分析411

73闭环等效模型416

74采用PSIM进行仿真423

75涡轮加速升压充电器428

76内置电阻对充电器系统的影响432

77设计实例：连续内建电阻监测436

771连续内建电阻监测的操作436

772连续内建电阻监测的电路实现438

773实验结果442

参考文献444

第8章能量收集系统445

81能量收集系统概述445

82能量收集源447

821振动电磁换能器449

822压电发电机451

823静电能量发生器451

824风力发电装置453

825热电式发电机454

826太阳电池456

827磁线圈457

828射频/无线460

83能量收集电路461

831能量收集电路的基本概念461

832交流电源能量收集电路464

833直流电源能量收集电路469

84最大功率点跟踪471

841最大功率点跟踪的基本概念471

842阻抗匹配471

843电阻模拟473

844最大功率点跟踪方法474

参考文献479

开　　本：16开