在模拟与混合信号集成电路领域，电源管理芯片（PMIC）一直扮演着“幕后英雄”的角色。无论是算力狂飙的AI服务器芯片、对续航极其敏感的移动SoC，还是微瓦级功耗的物联网传感器，离开了高效、稳定、快速的电源管理模块，再精妙的数字架构也只是空中楼阁。

然而，目前学校课本里教的还是几十年前的7805线性稳压和基础Buck拓扑，或者只讲基础CMOS模拟电路（如运放、带隙基准）；而当你真正面对先进工艺节点下的片上无电容LDO、微秒级瞬态响应的RBC（基于纹波控制）转换器、或是单电感多输出（SIMO）架构时，市面上的系统性参考书却寥寥无几。

由中国台湾交通大学陈科宏（Ke-Horng Chen）教授撰写、机械工业出版社出版的《集成电路设计中的电源管理技术》（英文原书名叫Power Management Techniques for Integrated Circuit Design，由陈铖颖、张宏怡、戴澜和王兴华等几位老师翻译），正好可以填补这一空白。

陈科宏教授长期活跃于ISSCC、JSSC、TPEL等顶级芯片学术圈与工业界一线，这使本书兼具了学术的前沿性与工程的落地性。与传统电源书籍相比，它有三个非常鲜明的特质：

• 纯正的“IC视角”而非“板级视角”：从第1章开始，作者就直面摩尔定律放缓背景下，工艺从 0.5 μm 演进到 28 nm 甚至更先进节点时对功率器件的冲击。书中详细拆解了低压MOSFET、DMOS、VDMOS、LDMOS以及HVMOS在击穿电压、导通电阻与芯片面积之间的工程折中。
• 深度聚焦“瞬态响应”与“环路稳定性”：现代数字负载（如CPU/GPU核）的动态调压（DVS）要求电源具备极快的负载瞬态响应。本书花费了大量篇幅探讨零极点追踪、阻尼因子控制、以及基于纹波控制（Ripple-Based Control）的稳定性判据。
• 紧扣主流SoC与绿色能源痛点：除了传统的LDO和Buck，书中拿出了整章篇幅专门剖析高集成度SoC急需的SIMO（单电感多输出）转换器、移动设备的开关型电池充电器以及物联网领域的能量收集（Energy Harvesting）系统。

图书目录

第1章 引言（1）

1.1 摩尔定律（1）

1.2 工艺发展的影响：0.5 μm～28 nm的电源管理芯片（1）

• 1.2.1 MOSFET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）

2.1 LDO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）

2.3 LDO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）

2.5 LDO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）

• 2.7.1 ADVS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R_ESR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R_ESR（234）
• 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R_ESR的电压二次方结构中的比较器（253）
• 5.1.5 采用小阻值R_ESR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V_IN、V_OUT、I_LOAD情况下频率变化的分析（276）
• 5.2.5 用于伪恒定f_SW的自适应导通时间控制器（286）

5.3 用于伪恒定f_SW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V_IN和V_OUT,eq的Ⅰ型最优化导通时间控制器（294）
• 5.3.3 具有等效V_DUTY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）

 

 

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