【摘 要】
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伴随着集成电路对DC-DC变换器的智能化、可配置化以及产品设计和迭代周期的快速化要求,数字开关电源受到了广泛的关注。其环路控制通过数字方式构成,具有可配置参数,设计周期短,应用环境灵活,可实时监控工作状态的优势。数字脉宽调制（DPWM）电路是数字DC-DC控制环路的关键部分。其性能决定了DC-DC输出电压的范围、精度以及纹波大小,故高精度DPWM的实现是值得关注的设计要害。本文讨论了计数器、延迟链
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伴随着集成电路对DC-DC变换器的智能化、可配置化以及产品设计和迭代周期的快速化要求,数字开关电源受到了广泛的关注。其环路控制通过数字方式构成,具有可配置参数,设计周期短,应用环境灵活,可实时监控工作状态的优势。数字脉宽调制（DPWM）电路是数字DC-DC控制环路的关键部分。其性能决定了DC-DC输出电压的范围、精度以及纹波大小,故高精度DPWM的实现是值得关注的设计要害。本文讨论了计数器、延迟链、混合型DPWM结构的特点,并对比了常见的几种高精度实现方案,为了实现高精度的同时尽可能降低系统时钟频率,最终采用了锁相环相移的方案。基于DPWM电路对锁相环的设计要求,本文分析了电荷泵锁相环环路参数的计算方法,通过行为级建模验证了一组环路参数。随后本文实现了一种基于多相位锁相环的DPWM电路,分别给出了锁相环,数字粗调模块、带隙和稳压器的设计方案。锁相环采用差分结构的环形振荡器实现16个相位的时钟信号。振荡器偏置由带负反馈的偏置产生电路产生,可以降低电源纹波的影响。电荷泵的钳位缓冲器采用了全输入范围恒定增益的轨对轨放大器使得电荷泵的工作范围扩大,不受放大器的影响。稳压器作为锁相环供电模块,通过添加电源前馈缓冲器提高了电源抑制能力。整体DPWM电路采用数模混合设计,总共两级调制分别是基于计数器的第一级粗调部分和基于锁相环16相位时钟的第二级细调部分。第一级产生脉宽分辨率为4ns的粗调脉宽调制（PWM）信号与第二级的相移信号叠加,实现亚时钟周期分辨率的PWM波。本文设计的11-bit DPWM电路基于GSMC-0.18um CMOS工艺,利用cadence、matlab等设计工具完成了电路设计,仿真以及版图。仿真结果显示压控振荡器相位噪声为104d Bc-106d Bc@1MHz。锁相环锁定时间10-13us,不同时钟相位偏差最大2ps,总抖动（P-P）113ps。基于该锁相环的DPWM电路仿真结果表明其分辨率为250ps,开关频率2MHz,占空比范围0.0024-99.95%的情况下脉宽偏差小于48.2ps。
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