电源管理芯片:设计、建模及实例

《电源管理芯片：设计、建模及实例》是一本系统介绍电源管理芯片（PMIC）设计与优化的专业书籍，重点介绍低压差线性稳压器（LDO）和开关电源（DC-DC）两大核心模块。本书主要涵盖电源管理基础、EDA工具实战、LDO设计解析与实例、开关电源关键知识及设计等。本书以理论与实践相结合为特色，融合了工业级EDA工具（Cadence Virtuoso与SIMPLIS）的操作指南，以便读者从基础学习过渡到实际工程应用。
本书适合从事电源管理芯片设计的工程师、研究人员，想要系统理解电源架构的系统工程师与项目管理者，以及微电子、集成电路等相关专业的高年级本科生、研究生等阅读。

无

第1章 电源管理系统基础001~012
1.1电源管理介绍001
1.1.1电源管理系统概述001
1.1.2稳压器概述003
1.2电源管理的原理006
1.2.1电源分配006
1.2.2电源保护006
1.2.3电源节能007
1.3电源管理的方法007
1.3.1线性调节007
1.3.2开关电源调节007
1.3.3嵌入式电源管理芯片007
1.3.4分布式电源管理系统007
1.4电源管理芯片发展现状008
参考文献012

第2章 Cadence Virtuoso电路设计软件的使用介绍013~019
2.1基本器件014
2.2电路原理图的搭建014
2.3仿真基础017
2.4搭建测试平台018
参考文献019

第3章 SIMPLIS建模软件的使用介绍020~033
3.1什么是SIMPLIS020
3.1.1SIMPLIS的背景与发展020
3.1.2SIMPLIS的主要功能020
3.1.3SIMPLIS的优势021
3.2基本模拟元器件021
3.2.1电阻（resistor）021
3.2.2电容（capacitor）021
3.2.3电感（inductor）021
3.2.4二极管（diode）022
3.2.5晶体管（transistor）022
3.3基本数字器件022
3.3.1逻辑门（logic gate）022
3.3.2触发器（flip-flop）023
3.3.3计数器（counter）023
3.3.4译码器（decoder）023
3.4SIMPLIS的仿真模型023
3.4.1预定义仿真模型023
3.4.2自定义仿真模型024
3.4.3仿真模型的管理与更新024
3.5波形的查看和测量024
3.5.1波形查看器的基本操作024
3.5.2波形测量工具024
3.5.3波形的导出与保存025
3.6模块化建模025
3.6.1模块化建模的概念025
3.6.2如何创建模块化模型025
3.6.3模块化建模的优点025
3.6.4模块化建模的实际应用026
3.7SIMPLIS实例教学026
参考文献033

第4章 低压差线性稳压器(LDO)基础034~052
4.1LDO芯片的基本原理及结构034
4.1.1LDO芯片的基本原理034
4.1.2LDO芯片中的基准电路036
4.1.3LDO中的误差放大器039
4.1.4LDO中的功率管040
4.1.5反馈网络041
4.1.6辅助电路042
4.2LDO的性能指标043
4.2.1压差043
4.2.2负载调整率044
4.2.3线性调整率045
4.2.4静态电流045
4.2.5效率046
4.2.6噪声046
4.2.7电源抑制比047
4.2.8负载瞬态响应048
4.2.9线性瞬态响应0504.3LDO的研究热点051
4.3.1无片外负载电容LDO芯片051
4.3.2高PSRR低噪声LDO芯片051
4.3.3快速瞬态响应LDO芯片052
4.3.4频率补偿方案052
参考文献052

第5章 LDO的频率补偿优化方案053~077
5.1LDO系统的环路分析053
5.1.1带片外负载电容的LDO环路分析053
5.1.2无片外负载电容的LDO环路分析056
5.2频率补偿的基础057
5.2.1稳定性的判定057
5.2.2极点和零点058
5.2.3级联运放的补偿063
5.3带片外负载电容的LDO的环路补偿方法072
5.3.1固定零点补偿072
5.3.2极点-极点追踪补偿技术072
5.3.3零点-极点追踪补偿技术074
参考文献077

第6章 LDO的输出噪声和电源噪声抑制078~092
6.1噪声对LDO性能的核心影响078
6.2LDO输出噪声的成因与量化方法079
6.3器件本征噪声物理机制079
6.4LDO噪声传递路径与输出端等效模型080
6.5PSRR机制分析082
6.5.1PSRR的定义与工程价值082
6.5.2影响PSRR的关键因素083
6.6PSRR的两种分析方法084
6.7高PSRR与低噪声设计技术087
6.7.1本征噪声抑制技术087
6.7.2PSRR提升技术对比089
参考文献092

第7章 LDO的瞬态响应093~111
7.1LDO瞬态响应的分析093
7.1.1LDO输出端过冲电压的分析093
7.1.2误差放大器输入电压范围和最大输出电流096
7.1.3第一级放大器对第二级输入管栅电容充放电分析097
7.1.4第二级放大器对其负载电容充放电分析098
7.2瞬态响应增强电路099
7.2.1摆率提升技术099
7.2.2缓冲阻抗衰减技术103
7.2.3密勒电容补偿技术106
参考文献111

第8章 LDO的设计实例112~151
8.1LDO设计基础112
8.2LDO的DC设计115
8.3LDO的稳定性分析（stb）122
8.4LDO的负载调整率130
8.5LDO的线性调整率137
8.6LDO的噪声144
8.7LDO的输出精度149
8.8LDO的PVT仿真150
参考文献151

第9章 开关电源管理的基础152~172
9.1开关电源管理的介绍152
9.1.1什么是开关电源152
9.1.2开关电源的工作原理152
9.1.3开关电源的分类153
9.2开关电源的关键元件与组件153
9.2.1开关元件153
9.2.2变压器153
9.2.3控制IC153
9.3开关电源的设计与优化154
9.3.1开关电源设计的基本步骤154
9.3.2开关电源的效率优化154
9.4伏秒平衡、电荷平衡154
9.4.1伏秒平衡154
9.4.2电荷平衡156
9.5DC-DC直流特性156
9.5.1输入电压和输出电压156
9.5.2效率157
9.5.3输出纹波157
9.5.4负载调节与线性调节158
9.5.5开关频率158
9.5.6工作模式：连续导通模式（CCM）与非连续导通模式（DCM）158
9.5.7负载与动态响应158
9.5.8控制方式160
9.6DC-DC交流小信号模型161
9.7DC-DC的电压模式控制方法162
9.7.1电压模式控制的工作过程163
9.7.2反馈环路的稳定性163
9.8DC-DC的电流模式控制方法164
9.8.1电流模式控制的基本概念164
9.8.2电流模式控制的工作原理164
9.8.3电流模式控制的优势165
9.8.4电流模式控制的挑战166
9.9DC-DC的基于纹波控制方法166
9.10环路补偿设计及K因子法168
9.10.1补偿策略169
9.10.2K因子法169
参考文献171

第10章 基于电流模的降压稳压器173~195
10.1电流模降压稳压器的小信号建模175
10.1.1线路组成175
10.1.2工作原理175
10.1.3电流模降压器的小信号建模178
10.2频率补偿方法185
10.3基于电流控制模式的降压稳压器建模实例190
10.3.1电压外环模型建立与分析190
10.3.2电流内环模型建立与分析194
参考文献195

第11章 基于纹波控制技术的降压稳压器的建模196~219
11.1纹波控制降压稳压器的小信号建模196
11.1.1迟滞控制的降压转换198
11.1.2导通时间控制的降压转换199
11.1.3恒定关断时间控制的降压转换器201
11.1.4具有峰值电压控制和波谷电压控制的恒定频率技术203
11.2频率补偿方法204
11.3基于纹波控制技术的降压稳压器建模实例211
11.3.1基本导通时间控制的DC-DC降压转换器受到RESR值的影响211
11.3.2输出电容的选择214
11.3.3采用小阻值RESR的多层陶瓷电容设计技术217
参考文献219

第12章 LDO设计报告220~232
12.1电路总体结构220
12.2过温保护部分223
12.3过流过压保护部分225
12.4启动部分226
12.5基准电路及误差放大部分228
12.6仿真电路229
12.7仿真结果229
参考文献232