1 工作简介

         ——基于4个飞电容的高效能连续转换比开关电容电压转换器

高效率、高密度供电是数据中心与高性能计算系统发展的关键需求。传统电感型供电转换器存在功率密度较低的问题，而传统的开关电容供电转换器（SCVR）尽管功率密度更高，却通常仅在特定标称电压转换比下才能实现高效率，难以进行连续输出调压，这在很大程度上限制了其在相关场景下的供电性能。近年来，Intel 提出的连续转换比开关电容架构（CSCR）在一定程度上缓解了上述矛盾，但其要实现高效运行，必须依赖数量众多的电容（通常超过30 个），这不仅高度依赖于先进工艺与特殊器件的片上集成能力，也使得成本更低、更易获取的片外电容方案难以实施，从而制约了该技术的实际应用。

针对上述挑战，澳门大学微电子研究院黄沫教授课题组提出一种创新的混合CSCR架构。该架构仅使用4个片外电容，在保持高效率的同时，有效突破了传统CSCR架构中的约束，实现了92.5%的峰值效率和单相1.52 W的最大输出功率。

该研究的核心突破源于三大技术创新：首先，采用前置开关电容级结构生成中间电压轨，将飞电容电压摆幅钳位至原始范围的1/4，显著抑制电荷共享损耗；其次，提出半错相控制（half-outphasing）技术，通过重构电压步进模式，在仅使用4个飞电容的条件下仍能维持宽电压转换比内的高效率；此外，引入前级开关电容和CSCR级间错相（stage outphasing）技术，进一步分裂飞电容电压台阶，优化效率。与Intel提出的业界最高功率密度架构（12.7 W/mm²）相比，本设计将飞电容数量减少70%、开关数量减少80%，开关闲置率降低50%，且无需依赖高密度片上电容，显著降低了对先进工艺和特殊器件的依赖性。

本成果的学术价值在于重新定义了CSCR的设计范式：通过电压摆幅钳位与拓扑重构，打破了“高效率=高飞电容数量”的约束。其技术路径可扩展至2.5D/3D先进封装，支持更高功率密度需求。在应用层面，该研究尤其适用于近负载电源供电场景（如数据中心供电、边缘计算设备），有望大幅降低供电损耗与封装成本。

相关成果荣获2025年IEEE Custom Integrated Circuits Conference（‌CICC）会议唯一最佳常规论文奖（Best Regular Paper），并获邀发表于IEEE Journal of Solid-State Circuits期刊。论文第一作者为澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室王远飞博士后；通讯作者为黄沫教授。该工作获得澳门科学技术发展基金等项目的支持。

图1. 本设计从拓扑、版图和布局与Intel提出的业界最高功率密度架构（12.7 W/mm²）对比。

图2. 芯片与封装照片。

2 主要作者简介

第一作者

王远飞 ，澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室博士后。

本科与博士毕业于电子科技大学，博士后期间先后在中国科学技术大学与珠海澳大科技研究联合工作站、澳门大学、香港科技大学从事研究工作。个人在集成电路领域累计发表17篇高水平论文，包括3篇IEEE ISSCC会议论文，2篇IEEE JSSC期刊论文，并荣获2025 IEEE CICC最佳常规论文奖。研究方向为高性能电源管理集成电路、能量采集系统等。

合作作者

Rui P. Martins，澳门大学副校长、讲座教授，IEEE 终身会士。

于1992年在葡萄牙里斯本大学高等理工学院电气与计算机工程系获得电气工程与计算机博士学位。自1980年10月起，他任职于里斯本大学高等理工学院电气与计算机工程系，现为正教授。自1992年起，他借调至里斯本大学与中国澳门大学科技学院电气与计算机工程系工作，并于2013年8月起在澳门大学担任讲座教授。他曾于2011年至2022年担任澳门大学模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室创始主任，目前任微电子研究院院长和澳门大学副校长。2010年7月，他当选里斯本科学院院士。Martins教授曾于2023年获得国际固态电路会议（ISSCC）70周年“作者贡献奖”（累计发表论文超过50篇），并于1999年、2001年及2021年三次获澳门特区政府颁授勋章。

通讯作者

黄沫，澳门大学副教授。

于2014年在中山大学微电子学与固体电子学专业获得博士学位。2008至2014年，在广晟微电子有限公司，作为项目经理参与了TD-LTE，TD-SCDMA等多款商用芯片的研发设计。2014年12月至2016年9月，在澳门大学从事博士后。2016年10月至2019年8月，加入华南理工大学电子与信息学院。2019年9月至今，加入澳门大学，现任副教授。主要研究方向为电源管理和能量IC设计。共发表30篇ISSCC+JSSC论文。获授权23项中国发明专利，2项美国专利。黄沫博士获得了ISSCC2017营野卓雄远东杰出论文奖（中国大陆和港澳地区首次），CICC2025最佳论文奖等多个奖项。指导的博士生获得SSCS博士成就奖（2人次）、海外优青（1人次）、优青（1人次）。现担任ISSCC和CICC的TPC成员，以及JoS青年编委，MEJ副主编。

3 原文传递

https://ieeexplore.ieee.org/document/11230332