数字控制电源以集成度高,设计周期短等特点成为现代开关电源设计的主流趋势,被广泛应用于车载芯片,智能家居等现代工业应用中。集成电源管理电路（Power Management Integrated Circuit,PMIC）是芯片中不可或缺的一部分,通过MCU将开关电源的数字反馈回路和功率器件以全集成的方式整合来控制芯片,已经是新时代背景下PMIC芯片发展的新趋势,同时高度集成化的数字控制电源设计也同样是未来电源发展趋势中一个新的挑战。本文基于VIS150nm工艺,设计了基于PID算法的全集成数字控制DC-DC Buck电源管理芯片系统,主要工作如下:1.通过状态空间平均法对Buck功率级进行分析,对PID补偿器搭建的电压环、电流环、以及双环建模,确定系统传递函数。通过Simulink仿真器对同步整流控制模式下的功率级以及双环数字反馈环路进行仿真,通过模型仿真结果初步保证设计的理论可行性,为PID参数整定提供依据,并通过整定出的参数对环路进行补偿。2.数字模块包括增量式PID补偿器模块、DPWM模块、采样保持器S＿H模块和钳位比较器模块。增量式PID算法的补偿器只需对输出进行钳位即可解决系统超调问题,减小了数字反馈环路的设计难度。DPWM模块采用三角波调制方式,通过代码设计精确的死区时间,提高了同步整流控制模式下的效率,同时生成flag信号,配合采样保持器S＿H完成了对输出电压以及电感电流的同时采样,实现了电流环以及双环的设计,解决了双环同步采样的问题。设计了钳位比较器避免了由于数据溢出导致的超调问题。最终通过代码完成了上述模块的物理实现。3.采用瞬态增强型LDO,为数字控制芯片的反馈环路提供了快速响应的电源,其具有快速瞬态响应,低功耗,低输出纹波特性,其静态电流为61μA,建立时间为4μs,输出电压为1.8V,负载电流在1μs内由0m A跳变至20m A时,过冲电压为280m V/295m V。为了保证温度变化下电路的稳定性,采用二阶电流分段补偿的方法设计了一款高温度抑制系数的Banba型带隙基准源为LDO提供基准电平,大大降低了温度変化对电路基准电压带来的影响,其输入电压为5V,输出电压为1.2V,温度系数可达2.5ppm/℃。4.结合5V-2V低输出电压指标采用同步整流控制模式驱动开关管,将低增益高带宽的电流环作为内环,将高增益低带宽的电压环作为外环,增强了环路驱动能力。最终设计的电源管理芯片系统输入电压范围为3V-12V,输出电压为2.008V,最大带载能力为1A,1A负载时系统锁定时间为1.24ms,输出电压纹波小于12m V。最后,使用AMS仿真器在virtuoso中对电源管理系统进行数模混合仿真,按照相应工艺以及版图设计规则完成模拟部分的版图以及数字代码的后端流程。