电源管理芯片设计教程廖永波 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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廖永波，鞠家欣 著

图书标签:

• 电源管理
• 芯片设计
• 模拟电路
• 开关电源
• DC-DC转换器
• LDO
• 电源系统
• 电子工程
• 嵌入式系统
• 廖永波

店铺： 诗书雅韵图书专营店

出版社： 冶金工业出版社

ISBN：9787502459222

商品编码：29664005389

包装：平装

出版时间：2012-05-01

基本信息

书名：电源管理芯片设计教程廖永波

定价：24.00元

作者：廖永波,鞠家欣

出版社：冶金工业出版社

出版日期：2012-05-01

ISBN：9787502459222

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《电源管理芯片设计教程》简要介绍了稳压电源及DC-DC变换器的发展趋势和基本原理；根据功能要求和性能指标，在简明电路总体设计的基础上，对各功能模块和整体电路进行了设计、仿真与验证的说明；此外，根据某工艺线的0.5μm工艺规则进行了版图设计和验证。本书内容包括绪论，Workview软件，DC-DC变换器的基本原理，控制电路中各子模块设计与仿真验证，整体电路仿真，工艺、版图设计和验证。
　　《电源管理芯片设计教程》适合微电子专业的大学生、研究生和从事模拟IC设计的工程师阅读参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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探寻高效能源转换的奥秘：从原理到实践的电源管理芯片设计之旅 在这个数字化浪潮席卷全球的时代，电子设备的数量呈爆炸式增长，从智能手机、笔记本电脑到新能源汽车、物联网终端，再到数据中心和人工智能服务器，每一个设备的核心都离不开能源的供给与管理。而电源管理芯片（Power Management Integrated Circuit, PMIC）正是这场能源革命中的关键驱动力，它如同大脑中的神经网络，精确调控着电能的流向与分配，确保设备在最高效、最稳定、最可靠的状态下运行。 本书旨在带领读者深入探索电源管理芯片设计的精妙世界，从最基础的能源转换原理出发，逐步构建起系统化的设计知识体系。我们将告别纸上谈兵，通过大量的实践案例和详实的电路分析，帮助读者掌握从理论到实践的全流程设计能力，最终能够独立完成高性能、低功耗、高集成度的电源管理芯片设计。 第一章：电源管理芯片设计基础——万物之源的掌控 本章将为读者构建坚实的理论基石。我们将从电能的基本概念入手，阐述不同类型的电源（如线性电源、开关电源）及其工作原理，深入分析其各自的优缺点，以及在不同应用场景下的适用性。 电能的本质与特性： 深入理解电压、电流、功率、能量等基本概念，以及它们在电路中的相互关系。 线性电源： 详细解析线性稳压器（LDO）的工作原理，包括其反馈机制、误差放大器、调整管等关键组成部分。分析LDO的压差、效率、输出噪声等关键性能指标，并介绍如何通过选择合适的器件和优化设计来提高LDO的性能。 开关电源： 引入开关电源的核心概念，包括储能元件（电感、电容）、开关器件（MOSFET、IGBT）等。深入讲解 Buck（降压）、Boost（升压）、Buck-Boost（升降压）等基本拓扑结构的工作原理，分析其占空比控制、纹波抑制、电磁兼容性（EMC）等设计挑战。 电源管理芯片的诞生： 追溯电源管理芯片的发展历程，了解其从分立元件到集成电路的演进过程，以及集成化带来的巨大优势。 典型应用场景分析： 简要介绍手机、平板电脑、穿戴设备、汽车电子等不同领域对电源管理芯片的特殊需求，为后续章节的学习奠定应用基础。 第二章：关键模块解析——构建高效能源通道 电源管理芯片并非单一的功能单元，而是由多个相互协作的模块组成。本章将逐一剖析这些核心模块的设计要点与技术难点。 电压基准源设计： 探讨高精度、低噪声、温度稳定性优良的电压基准源设计方法。介绍带隙基准源、齐纳管基准源等不同类型基准源的原理与优劣，以及如何通过内部补偿和外部器件优化来提升其性能。 误差放大器设计： 深入分析误差放大器在稳压回路中的作用，包括其增益、带宽、相位裕度等性能指标。介绍跨导运算放大器（OTA）、跨阻运算放大器（OPA）等不同类型的误差放大器，以及如何根据不同应用场景选择合适的放大器拓扑和设计补偿网络以保证系统的稳定性。 功率开关器件选择与驱动： 详细讲解MOSFET、BJT等功率开关器件的选型依据，包括耐压、导通电阻、开关速度、热阻等参数。深入研究功率开关器件的驱动电路设计，包括栅极驱动、钳位保护等，确保开关器件能够快速、可靠地导通与关断。 电流检测技术： 介绍不同类型的电流检测方法，如电流镜、采样电阻、霍尔传感器等，分析其精度、成本、功耗和集成度。探讨如何在设计中实现精确的电流检测，为过流保护、恒流控制等功能提供关键信息。 过压/欠压保护（OVP/UVP）与过流保护（OCP）： 阐述OVP、UVP、OCP等保护机制的设计原理，包括阈值设定、触发逻辑、响应时间等。分析不同保护策略的优劣，以及如何根据系统需求设计鲁棒的保护电路，确保设备安全运行。 第三章：低功耗设计策略——延长续航的秘诀 在移动设备和物联网时代，低功耗设计是电源管理芯片设计的重中之重。本章将深入探讨各种降低功耗的技术手段。 主动功耗管理： 介绍动态电压频率调整（DVFS）、负载响应速度（Load Transient Response）、智能休眠（Sleep Mode）等主动功耗管理技术，以及如何在设计中实现这些功能。 被动功耗优化： 探讨降低静态功耗的策略，如亚阈值设计（Sub-threshold Design）、漏电流抑制等。分析不同工艺技术对漏电流的影响，以及如何在版图设计和器件选择上减少漏电流。 高效能转换拓扑： 进一步深入研究具有更高效率的开关电源拓扑，如多相Buck转换器、同步整流技术、零电压开关（ZVS）/零电流开关（ZCS）等。 能量收集与储能管理： 简要介绍能量收集技术（如太阳能、热电转换）在低功耗设备中的应用，以及相关的储能管理（如电池充电管理）设计思路。 第四章：模拟与混合信号设计——精细调控的艺术 电源管理芯片的设计离不开精密的模拟电路和混合信号集成。本章将聚焦于这些关键的设计领域。 模拟电路基础： 回顾 MOS 晶体管模型、噪声分析、失配效应等模拟电路设计中的核心概念。 常用模拟模块设计： 详细讲解低压差线性稳压器（LDO）的详细设计，包括其稳定性分析、瞬态响应优化等。 开关电源控制回路设计： 深入分析电流模式控制、电压模式控制等控制策略，探讨如何通过补偿网络优化环路稳定性，提高动态响应速度。 ADC/DAC 与数字接口： 介绍电源管理芯片中常用的模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）的设计原理与应用。讲解 I2C、SPI 等数字接口的设计，以实现与主处理器的通信和控制。 电磁兼容性（EMC）设计： 强调 EMC 在电源管理芯片设计中的重要性，分析 EMI（电磁干扰）和 EMS（电磁敏感性）的来源，并提出相应的版图设计和电路设计规则以满足 EMC 要求。 第五章：电源管理芯片的先进技术与发展趋势 随着科技的不断进步，电源管理芯片的设计也在不断演进。本章将展望未来的发展方向。 高集成度与小型化： 探讨如何通过多功能集成、先进封装技术等手段实现电源管理芯片的更高集成度和更小尺寸，以满足日益严苛的设备空间限制。 智能电源管理： 介绍面向人工智能、机器学习的智能电源管理技术，如自适应功耗调节、预测性电源分配等。 宽禁带半导体（WBG）材料的应用： 探讨 GaN（氮化镓）、SiC（碳化硅）等 WBG 材料在电源管理芯片设计中的潜力，及其在高功率、高频率、高温等极端条件下的优势。 系统级封装（SiP）与多芯片模块（MCM）： 分析 SiP 和 MCM 技术在构建复杂电源管理系统中的应用，以及其带来的设计挑战与机遇。 面向新兴领域的电源管理： 探讨在自动驾驶、5G 通信、边缘计算等新兴领域的电源管理需求与设计挑战。 第六章：设计流程与工具链——从概念到流片的实践 理论学习离不开实践的检验。本章将带领读者熟悉完整的电源管理芯片设计流程和常用工具。 设计流程概览： 详细介绍从需求定义、架构设计、模块设计、仿真验证、版图设计、流片到封装测试的完整设计流程。 EDA 工具链介绍： 熟悉 Cadence, Synopsys, Mentor Graphics 等主流 EDA 工具在原理图设计、仿真、版图编辑、物理验证等环节的应用。 仿真与验证策略： 讲解各种仿真方法，如 DC 仿真、AC 仿真、瞬态仿真、噪声仿真、蒙特卡洛仿真等，以及如何进行功能验证和性能验证。 版图设计与物理验证： 强调版图设计的关键性，包括器件布局、布线规则、寄生参数提取等。介绍 LVS (Layout Versus Schematic)、DRC (Design Rule Check) 等物理验证流程，确保版图的正确性。 流片与测试： 简要介绍流片前的准备工作，以及芯片测试的常见方法和设备。 实践环节（贯穿全书）： 本书将在每个章节中穿插大量的实际设计案例。我们将以具体的应用场景为出发点，例如设计一款智能手机的电源管理芯片，或者为物联网节点设计一款超低功耗电源芯片。通过这些案例，读者将学会如何： 根据应用需求定义芯片规格。 选择合适的电路拓扑和关键器件。 进行详细的电路仿真与参数优化。 完成高质量的版图设计。 分析和解决设计中遇到的各种挑战。 本书的特色： 循序渐进，由浅入深： 从基础原理出发，逐步深入到复杂的集成设计，适合不同程度的学习者。 理论与实践紧密结合： 大量的实际案例和仿真演示，帮助读者将理论知识转化为实际设计能力。 注重细节与前沿技术： 关注电源管理芯片设计中的关键细节，并介绍最新的技术发展趋势。 提供可操作的设计指南： 旨在培养读者独立完成电源管理芯片设计的综合能力。 掌握电源管理芯片的设计精髓，意味着能够驾驭能量的流动，为现代科技的发展提供源源不断的动力。本书将是你踏上这条充满挑战与机遇的征程的理想向导。让我们一起，揭开高效能源转换的神秘面纱，共同塑造更加智能、更加绿色的未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书在内容组织上展现了一种罕见的严谨性，读起来仿佛是跟随一位经验丰富的老专家在进行一对一的指导。它并没有试图涵盖市面上所有类型的电源管理芯片，而是选择了最核心、最普遍的几类进行深挖，这使得每一章节的内容都非常充实且深入。尤其在讲述电池充电管理器的设计时，它详细解析了CC/CV（恒流/恒压）阶段的切换逻辑、温度保护机制以及与智能电池管理系统（BMS）的通信接口（如SMBus或I2C协议的底层驱动考虑）。这种对特定功能模块的极致挖掘，避免了泛泛而谈。我发现，对于一些工程界长期存在但鲜少在教材中公开讨论的“怪癖”和“陷阱”，比如电感选型对PWM占空比饱和的影响、不同工艺节点下MOS管的导通电阻变化对效率的动态影响，作者都给予了毫不保留的介绍。这种知识的透明度，对于希望快速提升工程判断力的读者来说，是巨大的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和实践指导性真是让人眼前一亮。作者在讲解电源管理芯片的各个子模块时，不仅仅停留在对基本概念的罗列上，而是深入剖析了其背后的物理原理和设计权衡。比如，在谈到开关电源的控制环路设计时，书中对环路稳定性、瞬态响应和轻载效率之间的矛盾分析得非常透彻，并且给出了多种补偿方案的优缺点对比，这对于初入该领域的设计工程师来说，是不可多得的宝贵经验。我特别欣赏作者在介绍新型拓扑结构时所展现出的前瞻性思维，他没有固守传统的固定频率或平均电流模式控制，而是探讨了如无损开关技术（ZVS/ZCS）在提升效率方面的潜力。书中的图示清晰明了，将复杂的电路波形和状态图展示得井井有条，让人能够迅速抓住核心要点。那种从器件级电特性到系统级架构设计层层递进的讲解方式，使得读者可以建立起一个完整、立体的知识体系，而不是零散的知识点堆砌。这种系统化的构建，极大地加速了我对复杂PMIC架构的理解进程。

评分☆☆☆☆☆

我发现这本书的价值体现在它能够有效地弥合理论学习与实际项目需求之间的鸿沟。它并非那种只停留在教科书层面的理论堆砌，而是更像一本“实战手册”的升级版。例如，在讨论电荷泵电路时，它不仅解释了电荷泵的工作原理，更进一步分析了在不同负载瞬态下电荷泵输出电压跌落的机理，并提供了降低该跌落的创新性驱动方案。对于数字电源和混合信号电源设计的部分，作者也触及了如何利用数字技术来校准和优化模拟模块的缺点，比如自适应死区时间控制和数字环路参数调整。这反映了现代电源芯片设计的发展趋势。总的来说，这本书的深度和广度都达到了一个很高的水准，它不仅教会了“如何做”，更重要的是教会了“为什么这样设计是最好的选择”，这是衡量一本优秀技术著作的最高标准。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的整体印象是，它非常适合有一定模拟电路基础，但想向电源管理领域转型的工程师阅读。它的叙述风格非常务实，没有太多过于学术化、脱离实际的推理，而是紧密围绕实际产品开发中会遇到的挑战展开。举个例子，书中详细阐述了在CMOS工艺下，如何处理LDO的输出噪声和PSRR指标，特别是关于低噪声基准源（Bandgap Reference）的设计部分，它细致地讨论了温度漂移的补偿技术，这在实际流片中是至关重要的考量。不同于市面上许多只关注理想模型和仿真结果的教材，这本书多次强调了版图设计对最终芯片性能的决定性影响，比如耦合电容的布局、地弹的处理等等。这种“仿真到流片”的衔接过程的讲解，极大地拓宽了我的视野，让我意识到芯片设计远不止于原理图仿真，更是一门关于物理实现的艺术。读完后，我感觉自己对如何设计一个“能用”且“好用”的电源芯片有了更接地气的认识。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的阅读体验是充满挑战性的，但这种挑战性来源于其知识的密度而非晦涩的语言。作者的文笔简洁有力，但信息承载量极大，常常需要反复阅读才能完全消化其中蕴含的设计哲学。它不适合纯粹的入门新手作为第一本教材，因为它假定读者已经掌握了半导体器件物理和基础的模拟电路知识。但对于有经验的模拟设计师而言，这本书提供了一个绝佳的“升级路径”。它系统性地梳理了从线性稳压器到高频开关转换器、再到DC-DC架构的演进脉络，并通过大量的公式推导，揭示了设计参数之间的数学关系。让我印象深刻的是，书中对集成滤波器和寄生参数的分析，这部分内容往往是仿真软件默认处理掉、但在实际设计中却可能导致灾难性后果的关键环节。这种对细节的执着和对系统全局观的坚持，使得这本书的价值远超一般的设计参考手册。