电源管理类芯片在电子设备中有着十分重要的地位。其在供电电压的精确度、驱动负载的能力、电源快速响应、功率密度等方面有着绝对的优势。谷值电流模恒定导通时间(Constant On Time,COT)控制的Buck变换器由于其变频的特性,因而具有较高的轻负载效率,往往被用在很多低负载环境中。而且COT的瞬态响应速度快,过冲小。因此,本文基于双路输出的谷值电流模COT控制的Buck变换器芯片,针对其两大挑战——高开关频率和高稳定性,提出新的研究思路和解决办法。1、高开关频率方面:较高开关频率给电路设计带来了诸多挑战,而控制电路的时间延迟是其中重要影响因素之一。比较器、驱动等电路模块延迟不可避免,对高开关频率变换器的控制带来了不利的影响,然而现有小信号模型中并未对其进行分析。因此,本文针对时间延迟现象利用描述函数(Describe Function,DF)模型的方法建立相应地模型,并通过Simplis进行仿真验证并针对时间延迟对于系统环路的影响进行分析,给出高开关频率变换器的时间延迟裕度。在此模型指导下,本文基于0.18μm BCD工艺设计并实现了一款高开关频率谷值电流模Buck变换器芯片。该芯片的基准能够在全温区范围内精度达到1%,而且芯片启动上电功能、最大的带载能力以及负载阶跃能力等重要功能正常,其负载调整率小于千分之五,并且开关频率能够达到4MHz。2、高稳定性方面:双路变换器存在片上耦合路径,会造成变换器之间的交叉干扰。此外,低输出电压和低采样电阻均会造成电流斜坡斜率降低,抗噪声能力不足,引发开关信号时间抖动甚至震荡。通常解决办法是固定斜坡补偿技术。本文分析了该技术优缺点,并通过建立小信号模型分析了斜坡引入对瞬态响应的限制。为提升变换器工作的稳定性,本文提出一种自适应的斜坡补偿技术。该技术将输出电压和反馈电压信息引入环路,用于调节斜坡斜率。反馈电压和基准的差值形成电流去控制斜坡,改变瞬态时的斜率,快速调节占空比。另一方面,通过输出电压信息产生电流去调节斜坡的稳态值。本文基于这个思路,搭建了一个带有锁相环的双路输出恒定导通时间控制的Buck电路,其输入电压范围为3.6V-20V,能够同时输出相位相反的两个电压信号,且每条通路最高输出3A的电流,典型工作频率为1MHz,可调节的开关频率范围为500kHz-4MHz,工作温度在-50℃~150℃,最高效率高达96%,能够在极低负载电流条件下也拥有高效率。在0.18μm的BCD工艺下,完成子模块搭架与子模块仿真,以及整体架构的搭建和芯片的仿真验证。