近年来,便携式设备如手机、平板、智能手表等的市场不断增加。而随着各种便携设备性能的不断更新换代,对电源也提出了越来越高的要求。相对于模拟控制的电源芯片,数字控制DC-DC更容易内嵌进各种SoC芯片中,从而达到高集成度的要求。在设计和使用中,数字控制DC-DC调试和监测更加灵活,并且可以显著减小控制系统分立器件的数量,改善系统可靠性。相比定频PWM控制,变工作频率的COT(Constant On Time)控制可以实现更快的响应速度,以及更高的轻负载效率,因此得到了广泛应用,但数字COT控制相对研究较少。本文设计了一种基于数字COT控制Buck变换器。在数字电源芯片的设计中,ADC是连接模拟采样和数字控制的桥梁,因此ADC架构选择和电路设计至关重要。为解决量化精度和采样范围之间的矛盾,本文提出了DAC设置基准电压,并结合PGA和差分ADC的技术方案。PGA(Programmable Gain Amplifier)的设计基于带有共模负反馈的全差分运算放大器,差分ADC采用异步SAR结构,精度为7.8125mV,最大采样率为10Msps,功耗低至9mW。本文所设计的ADC基于0.18μm CMOS工艺,集成于一款数字电源专用控制器芯片中,测试效果良好。本文所设计的数字COT控制电路,采用数字滤波器实现电流采样,并且通过数字部分的时钟来调节电流采样的精度,可以有效降低ADC的采样率,从而减小功耗。对滤波器参数近似后,将复杂的小数运算和乘法运算转换成移位运算,减少数字部分需要的位宽,减小相应部分的功耗;通过对输入输出电压的分时采样和计算,大幅度提高系统了对电源和负载的响应速度。Buck变换器在输入电压为3.3V,输出电压1.8V,开关频率1MHz下进行了仿真验证,输入电压阶跃响应时间几乎无影响,负载阶跃响应时间达到44μs/37μs,电源调整率0.28%,负载调整率0.8%。在输出电压1.8V时,输出精度达到了12mV(0.6%)。