随着硅基CMOS制造工艺水平的不断进步,超大规模集成电路（VLSI）的设计技术也得到了飞速发展。从上世纪70年代开始,基于人工布图进行电路设计的研发方式已完全无法满足大规模器件集成的需求,IC设计和验证的准确度和研发周期需要由成熟的计算机辅助设计技术提供更为可靠和高效的支撑。近年来,随着电子设计自动化（EDA）和人工智能（AI）技术的不断发展,采用各种优化算法的电路设计、验证和布图技术又再次成为研究热点。优秀的优化算法能够大大提升研发效率、节省设计资源及成本,同时对于IC初学者上手设计和验证电路也提供了友好的交互支持。本文提出了一种结合优化算法以同步提升低压差线性稳压（LDO）电路综合性能指标的完整半自动化优化设计框架。针对经典的LDO电路拓扑,首先对其核心功能模块的带隙基准电压源（Bandgap reference,BGR）电路进行改进设计。采用MOSFET代替传统的双极型晶体管,并利用其在亚阈值工作区的温度特性结合晶体管尺寸调整实现良好的温度补偿性能以最终实现对温度变化不敏感,即零温度系数的理想参考电压。该BGR电路基于低电源电压全MOS晶体管技术实现,适用于更低内核供准电压的基准供电,降低功耗的同时能够减小电路面积。之后对LDO的线性稳压输出级模块进行功能扩展,将输出反馈回路中基于电阻分压以确定输出电压值的可变电阻以开关电阻阵列结构进行重构设计和替代,最终实现具有步进5m V和6位可编程共64水平可选的输出基准电压。进一步,提出一种有效和易于使用的基于统计优化算法的高效率半自动电路设计框架,以实现LDO电路的多性能指标同步提升即最佳的性能折中设计。响应曲面方法（RSM）是一种集成优化建模和寻优求解的高效率算法,本研究将其作为核心算法以进一步辅助LDO的设计加速和最优性能折中,实现在温度系数（TC）和电源抑制比（PSRR）两个关键指标方面的性能权衡和同步提升。基于经典实验设计（DOE）策略,通过运行Cadence仿真首先采样提取27组设计参数与性能指标的响应数据;然后,针对采样数据进行多项式回归拟合构建表征LDO性能指标随设计参数变化的响应面模型,再经过模型的拟合度分析和判断后,最终获取对应最优性能解的设计参数组合。本研究基于标准180nm/3.3V CMOS工艺,完成了整体LDO电路的前端设计和后端物理布图,包含相关的仿真实验和物理验证等一整套设计流程。通过手调设计结合算法辅助优化,最终在实现基本的输出基准电压、电压波动性及可编程输出功能外,进一步达成了良好温度系数和电源抑制比特性的折中,并在之后的物理环节中采用对称式晶体管阵列布局完成了最终的版图设计并交付流片。经过前仿真和版图寄生提取后仿真验证,所设计的LDO的温度系数特性较优化前的48.46 ppm/℃有显著改进,可低至35.20 ppm/℃。与此同时,电源抑制比也从-59.497 d B@DC提高到-92.89 d B@DC。整体设计结果表明,本文提出的结合响应曲面算法的优化框架对于构建性能约束并提升LDO的综合性能指标是实用和有效的,该算法框架也可拓展用于其他具有多变量映射关系的、长设计周期和非线性的小规模模拟集成电路的辅助优化设计。