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随着蓝牙低耗能设备的不断发展,对其电源管理模块也提出了更高的要求。蓝牙设备超过90%的工作时间工作在静态模式或者关断模式,因此要求电源管理模块在轻载下有很高的效率,从而延长电池的工作时间。论文对此开展研究,设计了一款超低功耗高效率的Buck变换器,以满足系统的功耗要求。所设计的超低功耗Buck变换器采用改进型V2控制模式。这是一种基于纹波控制的变导通时间控制模式,采用双电压控制环使之同时具有高负载电压调整率和快速电源调整率,提高了输出电压直流精度和瞬态响应速度。该控制模式可以在电感电流过零时自动从PWM模式切换到PFM模式,提高了负载响应速度,降低了系统功耗;而在极轻载状态下,增加了 Burst控制模式,极大地提高了系统轻载效率。同时,芯片采用变导通时间控制模式来保证系统在不同的输入电压下具有恒定的工作频率;采用纹波补偿模块来保证系统在低ESR输出电容时工作在稳定状态。为了减少系统的静态电流,带隙基准电压源、基准电流源、PWM主比较器等模块在Burst模式下均工作在亚阈值区,此时静态电流低至445,nA。芯片内部集成补偿网络、功率管等器件,外部器件仅需电感和输出电容,最大限度地减小了 PCB面积。电路设计在Global Foundry 0.18μm工艺下完成,随后进行了版图设计。仿真结果表明,设计的芯片当输入电压为2.7V-4.7V时,输出电压为1.6V,最大负载电流可达50mA;系统电源调整率和负载调整率均为0.03%,最高效率达到90.7%,此时负载电流为15mA;当负载电流为10μA时效率高达70%以上,静态下系统电流仅为445nA。