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随着集成电路工艺的技术快速发展,半导体工艺线宽逐年减小。16/14nm线宽的工艺技术已经成熟,芯片也已进入量产阶段。下一阶段工艺线宽将突破10nm。低线宽高集成度使得芯片能量消耗密度急剧增加,这将带来诸如散热、稳定性等问题。同时数码产品小型化、便携化的发展趋势限制了电池的供电时间,数字电路的能量消耗直接决定了数码产品的续航能力。因此研究低能耗电源管理技术以降低数字电路的能耗已经成为一个重要课题。本文着眼于降低数字负载能耗,提出了一种新的电源管理策略——一种带数字负载最小能量点追踪的自适应电压调节方法。论文在阐述自适应电压调节技术(Adaptive Voltage Scaling,AVS)和最小能量点追踪技术(Minimum Energy Point Tracking,MEPT)的工作原理及其节能特性的基础上,基于PSM(Pulse Skipping Mode)模式Buck DC-DC变换器,将MEPT技术与AVS技术有机结合,设计了一种带数字负载最小能量点追踪的自适应电压调节器。该电路基于关键路径复制,使用延迟检测来反映数字负载的当前的工作状态,并自适应地调节功率变换器电压以满足数字负载的需求。自适应电压调节器调压结束后,MEPT搜索算法开始对数字负载电路的最小能量点进行搜索追踪,搜索到最小能量点后,再通过MEPT环路调节变换器的输出电压到最小能量点对应的工作电压,在此电压之下数字负载电路消耗的能量最小。论文针对所提出的带数字负载最小能量点追踪的自适应电压调节器,首先对AVS和MEPT两种技术相结合的切入点进行了分析,并在此基础上确定了AVS和MEPT系统的转换逻辑;然后搭建了整个系统的框架,并阐述了其工作原理;进而对整个系统中关键子模块的具体电路以及仿真结果进行了详细的介绍;最后完成了整个系统的电路仿真和版图设计、确定了芯片封装方案并完成了芯片测试。本文所设计的带数字负载最小能量点追踪的自适应电压调节器输入电压范围为2.7V-4.2V,输出电压为0.2V-1V,对应数字负载的工作频率变化范围为68KHz-70MHz,最大节省动态能耗91%。通过将两种技术相结合,最大程度地降低了数字负载的能耗,实现了数字电路低压低能耗工作。