以太网供电(PoE)是一种在以太网线缆上同时传输数据和电力的技术,该技术节省空间和成本,方便管理,因此在IP电话,无线建网、安全防护和建筑物管理等领域得到了广泛应用。本文主要针对以太网供电系统中的受电设备(PD)提供了全套解决方案,并对芯片设计中的难点提出了独特的解决思路。本文提出了一种符合IEEE802.3af标准的受电设备控制的电路架构,该电路架构包含接口芯片和电源管理芯片。其中接口芯片负责执行与供电设备(PSE)之间的通讯,而电源管理芯片则负责正常工作时的电压转换,将供电设备提供的电能转换给终端负载使用。电压基准作为模拟电路中常用模块,在受电设备控制芯片中同样不可或缺。本文研究了高性能电压基准的设计方法,分别针对超低温漂电压基准和高电源噪声抑制(PSR)电压基准提出了相应设计方案。对于超低温漂电压基准,本文提出了一种高阶温度补偿方法,采用一个4端输入的差分运放将高阶温度项叠加到传统一阶温度补偿的带隙基准上,从而大大降低了电压基准的温度系数。对于高PSR电压基准,本文采用了一种负反馈环路用于钳制核心基准的供电电压,减少了电源噪声对电压基准的干扰,提升了电压基准的PSR特性。两款芯片均采用TSMC0.35μm CMOS工艺进行设计,测试结果表明超低温漂电压基准的温度系数低至2.1ppm/℃,高PSR电压基准的PSR为-120dB@DC,-80dB@10kHz.设计的接口芯片可以执行检测、分级、上电限流和关断功能。对于其中的检测功能,本文采用了电流比较的方案取代传统采用电压基准比较的方案,减小了芯片面积并且提升了系统检测速度。对于限流功能,本文采用了高精度的比较电路用于检测限流电阻上的小电压信号,既保证了限流精度又降低了系统功耗。该接口芯片采用了CSMC0.5μm BCD工艺进行设计,测试结果表明设计的受电设备接口芯片可以成功完成IEEE802.3af要求的检测、分级、上电限流和关断功能,达到了预期目标。受电设备工作在48V高压下,需要提供不小于12.95W的功率,因此本文为受电设备设计了一种高压高可靠性的峰值模式反激控制器用于电源管理。该控制器采用了一种新型故障保护电路,通过同时监控误差放大器(EA)的输出和峰值电流信号触发保护电路,这比传统只监控误差放大器输出的方案响应更加迅速,保证了系统的安全性。控制器采用CSMC0.5μm BCD工艺进行设计,应用于反激变换器中,测试结果表明芯片可以在故障发生时迅速启动保护电路,降低系统损耗,防止电源损坏,当故障移除后转换器仍可以恢复正常工作。反激转换器工作在34-60V,负载调整率为1.32mV/A,线性调整率为1.05mV/V,最大效率为83.5%。悬浮式buck转换器可以在使用NMOS管作为开关管的同时不需要boot-strapped电路来提升驱动电压,具有成本低的优势,并丰富了受电设备应用的场合。本文设计了一种精确的电平转换器,该电平转换器应用于悬浮式buck转换器中,可以将以输入电压为参考的反馈电压转化成一个以地为参考的电压,并与参考电压比较,从而实现对输出电压的监控。该电平转换器对电源和温度都不敏感,可以实现精确转换。该电平转换器和反激控制器集成在一起,可以实现悬浮式buck转换器的控制。测试表明电平转换器在转化时存在一个70mV左右的固定失调,可以采用修调的方式加以纠正。悬浮式buck转换器工作在18-60V,负载调整率10.5mV/A,线性调整率为1.65mV/V,最大效率为94.5%。本文最终提出了一个完整的兼容IEEE802.3af标准的受电设备解决方案。该受电设备的原型由接口和反激转换器组成,测试结果表明该受电设备可以成功完成检测、分级、上电限流和关断功能,为负载提供13W的功率,效率高达80.5%。