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随着移动互联网及新型显示技术的发展，未来智能手机、平板电脑等移动智能终端产品越来越轻薄、电池续航时间越来越长，已成为用户的基本需求。相应地，包含核心处理器的系统芯片(SoC)集成高动态响应、多输出的电源管理单元(PMU)会成为下一代移动智能终端的必然趋势。现有的PMU内主要包括DC-DC、LDO以及电源管理通信接口，已经具有多路输出电压，但是其多输出电压下的电压调节速度和负载瞬态响应能力，都难以满足下一代要求高速动态响应的SoC的需求。因此研究PMU的动态电压调整特性和快速负载响应特性至关重要。 针对智能终端对高速动态响应PMU电源管理芯片的要求，本论文在实现多路输出电压的基础上，重点研究PMU内DC-DC变换器的高速动态电压调整速率和快速负载瞬态响应等关键技术，基于chartered0.18μmCMOS工艺，设计并实现了一款高速动态响应能力的多路输出电压PMU芯片，芯片面积仅4.5mm2，测试结果表明，该芯片采用电源管理通信接口PMBus实现了输出电压的高速动态调节及数字校准内部模拟电路的功能，满足未来PMU芯片的智能化和集成化要求。论文的主要研究工作如下: (1)提出了一种基于6MHz的开关频率、应用于宽输出电压范围的频率补偿网络，实现了DC-DC变换器的快速电压调节，并能在0.6V-3.0V的宽输出电压范围下稳定工作。芯片实测结果为:动态电压上调速率为8.8μs/V，下调速率为6μs/V，输出电压范围为0.6V-3.0V，最大输出电流为800mA，峰值转换效率为95％; (2)提出了一种高精度电感电流的检测方法，论文采用了一种消除钳位电流的方法实现宽负载范围的高精度电流检测，在负载电流50mA-400mA内，检测精度在94％以上，其中最高的检测精度达99.7％，解决宽负载范围下因电流检测不准确造成的环路控制特性不一致的问题; (3)提出了一种基于峰值电流模式控制的低环路增益、无环路大电容补偿的拓扑结构，同时采用了一种负载调整率增强技术解决了低环路增益问题，大幅提升了DC-DC开关变换器的宽输出电压范围下的负载瞬态响应能力。芯片实测结果为:输出电压范围为0.9V-1.5V，最大负载电流为400mA，在负载突变为300mA的条件下，其瞬态响应恢复时间小于8μs，峰值转换效率为92％; (4)在PMU的具体电路实现中，对DC-DC变换器之外的其他电路设计关键技术也进行了研究，其中提出了一种基于自偏置结构并采用非对称电流镜负载结构的比较器的欠压保护电路，该结构复用采样电路作为其偏置电路，测试结果表明该电路很好的实现了欠压保护的功能，迟滞电压为110mV;基于MOS管的亚阈值特性，提出了一种采用正温度特性的△VGs电压与负温度系数的VGS电压作为采样信号的过温保护电路，以抵消工艺偏差的问题。温度保护的阈值翻转点测试值的最大偏差与仿真结果相比较在正负5℃以内。