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无磁计量SoC芯片数字模块设计与实现

作　者: 严新文
导　师: 赵毅强
学　校: 天津大学
专　业: 微电子与固体电子学
关键词: 无磁计量 SoC 统一编址 SRAM 宏单元
分类号: TN47
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 19次
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内容摘要

由于传统的有磁计量容易受到磁场、水质、温度等因素的影响,本文设计了一款用于流量仪表的无磁计量 SoC芯片,该芯片用于各类旋转运动的检测。该芯片内部集成了无磁传感器激励电路、模拟信号提取处理电路、算法逻辑全定制电路、八位低功耗嵌入式微控制器、随机存取存储器、可电擦写只读存储器、十位低功模数转换器和通用IO接口电路等模块。该芯片可以外接2～4个无磁传感器,探测到90度的转动,并能将转动信息转化成数字信号。它具有计量方法先进、精度高、功耗低、工作方式灵活、单片化等特点。本文重点介绍了该流量仪表用SoC芯片中数字模块的设计流程。系统设计中采用了寄存器统一编址的技术,使得微控制器内核可以直接控制其他外设,提高了系统性能。文中使用了一款8位低功耗的微控制器软IP开展SoC芯片设计,实现了微控制器与外部的通讯接口、无磁算法模块和模拟控制模块等的设计,同时文中深入探讨了基于synopsys的Memory Builder的SRAM 宏单元设计方法。在各单元模块完成后采用Chartered 0.35μm EEPROM CMOS Logic工艺进行了带IP的后端设计并流片。测试结果表明,该SoC芯片数字模块工作正常。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-11
  1.1 流量计量的意义  8-9
  1.2 无磁计量的发展现状  9
  1.3 课题介绍及研究重点  9-10
  1.4 论文结构  10-11
第二章 SoC 芯片的系统架构设计  11-25
  2.1 无磁计量技术原理简介  11-12
  2.2 SoC 芯片的系统架构设计  12-13
  2.3 SoC 芯片的性能指标  13-14
  2.4 SoC 芯片的封装  14-15
  2.5 SoC 芯片主要子模块简介  15-25
    2.5.1 32K 低频起振电路  15-16
    2.5.2 激励产生电路  16-17
    2.5.3 迟滞比较器  17-18
    2.5.4 算法单元  18
    2.5.5 10 位低功耗SAR 模数转换器  18-19
    2.5.6 存储单元  19-21
    2.5.7 通讯接口  21-22
    2.5.8 微控制器单元  22-25
第三章数字电路的RTL 设计  25-44
  3.1 数字系统架构设计  25
  3.2 微控制器模块设计  25-28
  3.3 通信接口控制模块  28-39
    3.3.1 I~2C 总线  28-34
    3.3.2 UART 总线  34-39
  3.4 无磁数字模块  39-42
    3.4.1 无磁整体时序  39
    3.4.2 无磁计量算法  39
    3.4.3 无磁寄存器定义  39-40
    3.4.4 无磁数字模块RTL 实现及仿真  40-42
  3.5 模拟控制模块  42-44
    3.5.1 采样时序  42
    3.5.2 数据读出时序  42-43
    3.5.3 仿真  43-44
第四章数字电路的综合及布局布线  44-67
  4.1 SRAM IP 的产生  44-46
  4.2 RTL 设计的综合  46-51
    4.2.1 指定库文件  46-47
    4.2.2 读入设计  47
    4.2.3 定义工作环境  47-49
    4.2.4 设置约束条件  49
    4.2.5 输出相关数据  49-50
    4.2.6 综合结果  50-51
  4.3 形式验证  51-52
    4.3.1 设置Reference Design  51
    4.3.2 设置Implementation Design  51
    4.3.3 验证  51-52
  4.4 数字电路的布局布线  52-65
    4.4.1 数据准备  53-57
    4.4.2 布局规划  57-61
    4.4.3 布局及其优化  61
    4.4.4 插入时钟树  61-62
    4.4.5 布线  62-63
    4.4.6 生产预设计  63-64
    4.4.7 文件输出  64-65
  4.5 后仿  65-67
    4.5.1 MCU仿真  65
    4.5.2 I~2C仿真  65-66
    4.5.3 无磁仿真  66-67
第五章 SoC 芯片数字模块测试方案及结果分析  67-74
  5.1 微控制器模块测试  67-71
    5.1.1 微控制器模块的测试方案的设计  67-69
    5.1.2 微控制器的测试结果分析  69-71
  5.2 无磁模块测试  71-74
    5.2.1 无磁模块测试方案  71-72
    5.2.2 无磁模块测试结果分析  72-74
第六章总结  74-75
参考文献  75-77
发表论文和参加科研情况说明  77-78
致谢  78

无磁计量SoC芯片数字模块设计与实现

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