近几年,直流-直流转换器在高速、低压和高效率等方面的要求越来越苛刻。传统的模拟电源转换器受环境影响较大,并且控制精度难以提高。相对于模拟方式,数字化DC-DC转换器通过数字脉宽调制(DPWM)电路输出占空比可调信号,实现对输出的控制,它具有控制精度高、受环境影响小和外围元件少的特点。DPWM作为数字电源的的重要组成部分,提供数字控制反馈环路的输出,其性能决定了数字电源的好坏,因此,数字电源中的DPWM结构需要相对高的精度。本文研究了DPWM的基本原理,然后,分析了DPWM与极限环的关系,并给出了一些稳定性判据。DPWM结构通常包括计数器型DPWM、延迟链型DPWM、Σ-Δ型DPWM和抖动型DPWM。计数器类型在实现高精度时需要较高的系统工作频率;延迟链类型容易受工艺的影响;Σ-Δ型增加了结构的复杂性,进而导致面积资源的大量消耗;抖动型会给系统带来低频纹波噪声,并降低系统的响应速度。针对传统DPWM电路结构中存在的问题,本文还研究了延迟锁相环(DLL)的工作原理,提出了一种基于延迟锁相环的高精度DPWM电路,用电压比较器代替了传统延迟锁相环中的压控延迟线模块,实现了延迟功能。另外,鉴频鉴相器在传统的结构上增加了三个与非门和三个或非门,在数字信号的控制下分别用于产生不同的开关控制信号。电荷泵电路增加了电压复制电路,防止了电荷分享。两个环路滤波器分别匹配奇周期和偶周期不同脉宽的锁定。在数字模块的控制下,该延迟锁相环在奇周期锁定于10ns脉宽,在偶周期锁定于20ns脉宽,为脉宽调制提供了参考电流和参考电压,通过参考电流对电容充电产生的斜坡电压与不同的参考电压进行比较,从而实现了高精度脉宽调制。该电路采用0.18μm CMOS工艺在Cadence中进行了设计、仿真以及版图的绘制。仿真结果表明,鉴频鉴相器的共同窄脉宽为2ns。电荷泵的充放电电流大小为5μA,相对偏差为-0.70%~+0.31%。环路滤波器1中输出的电压Vres的调整范围是160mV~400mV。环路滤波器2中输出的电流Icap的调整范围是0μA~30μA。DPWM的精度为625ps,并且具有良好的线性度和稳定性。