DCDC电路，模拟ic设计，集成电路设计，tsmc0.18um工艺，正向设计，PWM+PFM混合调制

DCDC电路，模拟ic设计，集成电路设计，tsmc0.18um工艺，正向设计，PWM+PFM混合调制。 有比较详细的设计仿真报告，重载PWM，轻载PFM。 输入电压1.6-1.8V，输出电压0.4-1.2V。 有基准电流模块，基准电压模块，PWM模块，PFM模块，振荡器，比较器，误差放大器，零电流检测电路，斜坡补偿电路等等模块。

最近在TSMC 0.18um工艺上折腾了个有意思的DCDC电路，输入电压最低能到1.6V（两节干电池快没电的状态），输出却要稳定在0.4-1.2V可调。这玩意儿最让人头秃的就是如何在重载和轻载时自动切换PWM和PFM模式——就像给电路装了个智能节油开关，负载重时猛踩油门，负载轻时挂空挡滑行。

先说基准模块，这相当于整个系统的定海神针。用了个改进型beta-multiplier结构做基准电流源，关键代码长这样：

// Beta-multiplier核心代码
MN1 3 3 0 0 NMOS W=2u L=0.5u
MN2 4 3 0 0 NMOS W=20u L=0.5u
R1 3 4 10k

这个结构的巧妙之处在于利用电阻R1和MOS管尺寸差异生成稳定电流。仿真时发现温度系数能做到±25ppm/°C，比某些商业IP还稳。不过要注意TSMC18工艺的栅氧漏电问题，尤其在高温下需要加个补偿电流镜。

斜坡补偿是PWM模式的灵魂伴侣。传统三角波发生器容易受工艺角影响，这里用了电流饥饿型振荡器配合动态镜像：

Vctrl 7 0 DC=0.8V 
Mcap 7 8 9 9 PMOS W=4u L=0.18u
Cramp 8 0 2p
Icharge 9 0 10u

这个电路生成的斜坡电压斜率与Vctrl成反比，实测在1.6V输入时斜率变化范围刚好覆盖负载突变需求。有个坑爹的发现：当PFM模式激活时，必须给斜坡电容加隔离开关，否则轻载时斜坡电压会像漏气的气球一样掉下来。

零电流检测电路用了三级动态比较器链，前两级做失调校准，最后一级上动态锁存器。关键参数是这个：

.param I_zcd_thresh = 50nA

当电感电流低于50nA时触发关断，实测能把轻载效率从72%拉到89%。不过要小心比较器的传播延迟，在layout阶段必须把检测电阻到比较器的路径缩到最短，否则延迟会让实际关断电流变成负数——别问我怎么知道的，烧过两个芯片才明白。

混合控制逻辑用了个状态机，核心判断条件很简单：

always_comb begin
    if (load_current > 20mA) mode = PWM;
    else if (vout_error > 30mV) mode = PWM;
    else mode = PFM;
end

但实际操作中发现纯电流阈值判断会有乒乓效应，后来加了滞回比较：切换到PFM需要负载持续低于15mA超过5个时钟周期。这招把模式切换时的输出电压纹波压住了3mV左右。

测试阶段最魔幻的是效率曲线——在10mA负载时PFM模式效率82%，当负载升到25mA切PWM后效率反而飙到91%。这说明两种模式的效率交叉点选择比找对象还讲究，得盯着仿真波形反复调教切换阈值。

最后流片回来实测数据：1.8V输入下输出1.0V/50mA时，峰值效率93.7%；待机功耗做到720nA，拿在手里芯片都不发热。不过有个未解之谜：每次上电时误差放大器都会先抖三抖，后来发现是基准电压启动时的毛刺在作妖，加了个软启动电容才搞定。

这项目让我明白，混合调制就像川菜里的麻辣平衡——PWM是辣椒，PFM是花椒，调得好是水煮牛肉，调不好就是工业酒精勾兑。下次打算试试在PFM模式里加入burst模式，看看能不能把轻载效率再顶上去两个点。