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论文针对开关电源管理芯片的效率受其调制模式和负载变化限制的问题，设计了一款宽负载、多模式的同步降压型(Buck)开关式DC-DC转换器，使得DC-DC转换器在整个负载范围内都能获得高效率。由于低压差线性稳压器(LDO)输出范围和压差对其效率的影响，本文利用开关DC-DC转换器为LDO的输出功率管供电，使得LDO在较大的输出范围内保持恒定的输出压差和较高的效率。 为了使开关DC-DC转换器在全负载范围内都能获得高效率，脉冲宽度调制(PWM)、脉冲跳跃调制(PSM)和脉冲频率调制(PFM)被同时集成在一个同步降压DC-DC转换器上;片上高精度电流检测电路被设计用来检测芯片的负载;利用检测到的芯片负载信息，本文设计的动态模式选择电路可以根据其负载状态动态的在PWM、PSM和PFM之间选择合适的调制模式。为了使DC-DC转换器在电流模式PWM占空比大于50％时保持稳定，本文提出了一种新颖的占空比自适应斜波补偿电路，可以提高由于传统补偿而降低的芯片负载能力。论文提出设计了开关宽度动态控制电路，根据负载的大小动态的选择最优的开关宽度和对应的开关驱动器，以减小DC-DC转换器在高频率、轻负载时的转换损耗。 论文将BuckDC-DC转换器和LDO集成在一起，利用Buck的输出作为LDO输出功率管的电源，使得LDO的输出电压能跟随Buck的输出电压;利用Buck输出电压的平均采样电压作为LDO的内部参考电压，可以使得LDO的输出电压在跟踪Buck输出电压的同时，保持电路预设的输出压差。因此，实现了LDO的可变输出范围和恒定输出压差，从而使得LDO的效率不再受其输出电压的限制。芯片为LDO设计了低输出阻抗的buffer，LDO的环路采用了内部补偿的方式，芯片在整个负载范围内具有良好的稳定性和瞬态响应。为了得到Buck输出采样电压的平均电压，论文设计了专用的平均电压电路。 论文的Buck和LDO芯片内部电路的偏置电流采用了与温度无关的偏置方法。为了避免芯片启动阶段过冲电流对电路功率器件损毁，一种软启动电路被集成在芯片上。为了确保系统更加安全和稳定，芯片集成了欠压保护、过温保护等多种保护电路。 论文对Buck和LDO芯片的主要子电路模块进行了电路原理分析与结构设计，并运用EDA工具仿真验证。芯片的仿真和流片都采用了商用0.35um标准CMOS工艺。测试结果显示，多模式Buck芯片的负载为0.1～1000mA范围内效率在79％以上，最高可达91％;在输出压差为200mV时，LDO的输出范围为1～2.5V，在负载大于100mA时，LDO的效率在80％以上。