這是一本經(jīng)典老書（2016年版的），講的是關(guān)于功率IC?！禖hen, Ke-Horng - Power management techniques for integrated circuit design-Wiley 》

Part.01集成電路電源管理導(dǎo)論

核心知識點(diǎn)：

1. 摩爾定律的局限性

? 晶體管尺寸縮小至28納米后遇到物理極限，需引入應(yīng)變硅、HK/MG等技術(shù)提升性能。

? 擴(kuò)展：FD-SOI和FinFET技術(shù)成為延續(xù)摩爾定律的關(guān)鍵，通過3D結(jié)構(gòu)減少漏電。

2. MOSFET結(jié)構(gòu)與工藝演進(jìn)

? 低電壓MOSFET（LVT）與高壓MOSFET（HVMOS）的對比：

? LVT：小尺寸、高速度，適合低電壓場景（如28nm工藝核心電路）。

? HVMOS：對稱/非對稱結(jié)構(gòu)，耐高壓（VDS/VGS可達(dá)數(shù)十伏），用于電源開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路。

? 擴(kuò)展：LDMOS在射頻功率放大器中廣泛應(yīng)用，因其高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻。

3. 漏電功耗與解決方案

? 主要漏電源：亞閾值電流（Sub-Vth）、柵極隧穿（Gate Leakage）、GIDL效應(yīng)。

? 設(shè)計(jì)技巧：多閾值電壓（Multi-Vth）設(shè)計(jì)，低功耗模式關(guān)閉非關(guān)鍵模塊電源。

Part.02低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）設(shè)計(jì)

核心知識點(diǎn)：

1. LDO架構(gòu)類型

? 模擬LDO：主極點(diǎn)補(bǔ)償（需大輸出電容） vs. C-free結(jié)構(gòu)（米勒補(bǔ)償，無外置電容）。

? 數(shù)字LDO：數(shù)字比較器控制開關(guān)陣列，響應(yīng)快但紋波較大，適合納米級工藝集成。

2. 穩(wěn)定性補(bǔ)償技術(shù)

? 主極點(diǎn)補(bǔ)償：輸出電容（COUT）設(shè)主極點(diǎn)，需ESR生成零點(diǎn)抵消非主極點(diǎn)。

? C-free結(jié)構(gòu)：米勒電容分裂極點(diǎn)，通過緩沖級（Buffer）提升驅(qū)動(dòng)能力。

? 擴(kuò)展案例：TI的TPS7A85使用C-free結(jié)構(gòu)，僅需10nF片內(nèi)電容實(shí)現(xiàn)1A輸出。

3. 動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)（DVS）技術(shù)

? ADVS（模擬DVS）：根據(jù)負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整功率管壓差，提升輕載效率。

? 數(shù)字DVS：結(jié)合數(shù)字控制環(huán)路，實(shí)現(xiàn)納秒級電壓切換（如手機(jī)CPU供電）。

Part.03開關(guān)電源調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)

核心知識點(diǎn)：

1. 控制模式對比

? 電壓模式（VM）：簡單易補(bǔ)償，但瞬態(tài)響應(yīng)慢。

? 電流模式（CM）：內(nèi)環(huán)電流反饋，抗輸入擾動(dòng)強(qiáng)，需斜坡補(bǔ)償防止次諧波振蕩。

? 擴(kuò)展：峰值電流模式在Buck/Boost轉(zhuǎn)換器中廣泛應(yīng)用（如LM5116）。

2. 小信號建模

? 狀態(tài)空間平均法推導(dǎo)傳遞函數(shù)，確定補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（Type II/III補(bǔ)償器）。

? 設(shè)計(jì)公式：交叉頻率設(shè)為開關(guān)頻率的1/10，相位裕度>45°。

Part.04紋波控制技術(shù)（上）

核心知識點(diǎn)：

1. 紋波控制拓?fù)?/p>

? 滯環(huán)控制：無需時(shí)鐘，響應(yīng)快但頻率波動(dòng)大（如TPS62390）。

? 固定導(dǎo)通時(shí)間（COT）：利用輸出電容ESR紋波生成PWM，適合低ESR陶瓷電容。

? 擴(kuò)展案例：ADP2384使用COT控制，MLCC下效率達(dá)95%。

2. 穩(wěn)定性分析

? 紋波斜率與補(bǔ)償斜坡匹配，避免次諧波振蕩。

? ESR選擇公式：RESR ≥ (VIN - VOUT)/(2·ΔIL·fSW)。

Part.05紋波控制技術(shù)（下）

核心知識點(diǎn)：

1. 頻率抖動(dòng)抑制EMI

? 擴(kuò)頻調(diào)制（Spread Spectrum）分散諧波能量，如LTC3855的±10%頻率調(diào)制。

? 優(yōu)化技巧：自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制（如TPS548A20），維持偽恒定頻率。

2. V2結(jié)構(gòu)增強(qiáng)調(diào)節(jié)

? 直接采樣輸出電壓紋波，提升瞬態(tài)響應(yīng)（如IR3899）。

? 應(yīng)用場景：FPGA供電需快速負(fù)載跳變（0-30A/μs）。

Part.06單電感多輸出（SIMO）轉(zhuǎn)換器

核心知識點(diǎn)：

1. 交叉調(diào)節(jié)問題

? 能量分配沖突導(dǎo)致輸出電壓耦合，需時(shí)間復(fù)用或占空比控制。

? 解決方案：堆疊式（Stacked）拓?fù)洌ㄈ鏜AX77650），獨(dú)立調(diào)節(jié)各輸出。

2. 動(dòng)態(tài)能量分配

? 輕載時(shí)跳過無效周期，重載啟用CCM模式（如Dialog DA913X系列）。

? 擴(kuò)展：智能手機(jī)PMIC集成SIMO，單電感支持CPU/內(nèi)存/顯示屏多電壓域。

Part.07開關(guān)式電池充電器

核心知識點(diǎn)：

1. 充電狀態(tài)管理

? 涓流/恒流/恒壓三階段控制，防止過充（如BQ24195）。

? 擴(kuò)展：USB PD協(xié)議支持動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電壓（5-20V）。

2. 內(nèi)阻（BIR）檢測

? 脈沖負(fù)載法實(shí)時(shí)測量電池內(nèi)阻，優(yōu)化充電效率（如TI Impedance Track技術(shù)）。

Part.08能量收集系統(tǒng)

核心知識點(diǎn)：

1. 能源類型與轉(zhuǎn)換電路

? 光伏：MPPT算法跟蹤最大功率點(diǎn)（如LTC3105）。

? 振動(dòng)能量：壓電材料匹配阻抗（如ADP5091）。

? 射頻能量：整流天線（Rectenna）設(shè)計(jì)，效率可達(dá)40%（如Powercast方案）。

2. 超低功耗設(shè)計(jì)

? 冷啟動(dòng)電路（<1μW），支持能量緩沖（如MAX17710）。

? 應(yīng)用案例：無線傳感器節(jié)點(diǎn)（TI eZ430-RF2500）使用太陽能+超級電容供電。

Part.09總結(jié)與趨勢

? 工藝挑戰(zhàn)：3nm以下工藝需GAAFET結(jié)構(gòu)，電源管理IC轉(zhuǎn)向3D封裝（如TSMC的InFO）。

? 智能化趨勢：AI驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)電源管理（如NVIDIA GPU的DVFS），實(shí)時(shí)優(yōu)化能效比。

? 集成化方案：SoC內(nèi)置PMIC（如Apple M1 Ultra），減少外圍元件數(shù)量。