随着物联网技术及集成电路产业的高速发展,无线传感器网络在各领域中得到了广泛的应用。在物联网应用中所使用的电子产品逐渐趋于低功耗、小型化,尤其是在智能安防、建筑与制造监测等不可能频繁替换电池的特殊应用场景中,对芯片的尺寸及功耗要求更为严格,因此能量供应及电池使用寿命成为限制此类电子产品性能、尺寸及生命周期的关键因素。由于室内环境中的光能较为丰富且容易获取,利用光伏能量采集实现为无线传感器网络供电是目前世界各国研究较多的方案。其中,提高室内光伏能量采集效率的最大功率点追踪(MPPT)及电源管理电路的设计具有十分重要的研究意义与应用价值。本文针对室内光照强度较弱、产生能量较低的特点,设计了一款适用于室内光伏能量采集的最大功率点追踪及电源管理芯片。为了在IC仿真工具中实现整个电路系统的仿真,首先对光伏电池进行了建模,并根据其I-V及P-V特性曲线,采用改进型开路电压比例系数法将光伏电池的开路电压控制在最大功率点处;同时,研究了适用于电路仿真的超级电容模型,以提高电路仿真的准确性;最后,通过同步整流的DC-DC变换器进行稳压处理,从而提高功率转换效率并减小能量损耗和芯片面积。本文采用Silterra 0.18μm CMOS工艺对室内光伏能量采集的最大功率点追踪及电源管理芯片的核心模块在Cadence Virtuoso软件平台下,进行了电路及版图的设计与仿真验证。设计完成后,对该芯片进行了流片与测试。光伏电池在100μA～500μA的输入电流条件下,通过MPPT控制后,光伏电池的输出功率可以达到理想最大输出功率的94.38%;MPPT控制电路的追踪精度可达93.66%～98.32%;根据提出的超级电容仿真模型得到的仿真曲线与实际的超级电容充放电测试曲线最大平均误差为1.655%;所设计的DC-DC变换器输入电压为4V～5V,输出电压为1.8V,效率可达93%;最终本文设计的芯片面积为1.669mm~2。