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片上时钟产生电路的研究

作　者: 徐金龙
导　师: 来逢昌
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 环形振荡器时钟发生器低抖动低功耗
分类号: TN402
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 81次
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内容摘要

随着半导体技术的发展,集成电路芯片以越来越快的速度工作,这对于驱动整个电路工作的时钟信号提出了更高的要求。当时钟信号在电路板上传输时,受杂散分布电容、电感等影响,造成时钟信号发生畸变和漂移,严重影响电路的正常工作。因此,精准的时钟源设计成为必然。而环形振荡器由于其能够获得稳定度高、低抖动时钟输出信号,且易于片上集成,从而成为时钟发生器的首选。在SoC和NoC系统中对时钟信号的时序有着不同的要求。前者大多工作在同步时钟下,而后者系统中时钟则采用全局异步局部同步(GALS)的方式。基于SoC系统中对时钟产生电路要求面积小、功耗小、低抖动,以及要求时钟信号可配置,本文设计了可用于智能锂电池管理系统中的时钟产生和控制电路,主要包括以下几个功能模块:高精度4MHz时钟产生电路、时钟校正模块、工作模式控制模块和系统的时钟配置模块。其中高精度4MHz时钟产生电路采用了环形振荡器、RC振荡器和基于比较器的方波发生器三种不同的振荡器电路实现,通过对比它们的精度、功耗及芯片面积得出不同结构的优缺点,折中选取环形振荡器结构作为时钟产生电路。而对于采用GALS的NoC系统中,时钟产生电路采用VCO实现,取代了传统的PLL结构,减小了芯片的成本。本文通过在经典结构基础上改进设计了一个中心频率为625MHz、线性度良好、低抖动、低功耗的差动环形压控振荡器,满足了NoC上时钟信号源的要求。在版图设计时,合理布局,避免了闩锁效应、金属电迁移、天线效应等版图失效模式,有效地提高电路可靠性。本文电路及版图采用SMIC0.18μm混合信号工艺,并进行版图后仿真。仿真结果表明整体设计满足要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-13
  1.1 课题背景  8
  1.2 振荡器国内外研究现状  8-10
  1.3 振荡器的应用及意义  10-12
  1.4 本文的主要研究内容和论文结构  12-13
第2章振荡器的基本原理  13-22
  2.1 振荡器概述  13-17
    2.1.1 反馈理论  13-16
    2.1.2 平衡条件  16
    2.1.3 稳定条件  16-17
  2.2 压控振荡器  17-19
  2.3 时钟抖动  19-20
  2.4 相位噪声和时钟抖动的关系  20-21
  2.5 本章小结  21-22
第3章时钟产生电路的设计  22-40
  3.1 智能锂电池系统中的时钟模块  22-33
    3.1.1 4MHz的时钟产生电路  23-31
    3.1.2 系统的时钟配置  31-32
    3.1.3 时钟校正  32-33
    3.1.4 系统的工作模式控制  33
  3.2 NoC上时钟产生电路的研究  33-39
  3.3 本章小结  39-40
第4章版图的高可靠设计及验证  40-46
  4.1 版图设计注意事项及验证  40-41
    4.1.1 版图设计中的注意事项  40
    4.1.2 版图物理验证  40-41
  4.2 版图设计  41-45
    4.2.1 针对几种失效模式的版图可靠性设计  41-42
    4.2.2 振荡器版图的设计规划  42-43
    4.2.3 版图设计及后仿真  43-45
  4.3 本章小结  45-46
结论  46-47
参考文献  47-52
致谢  52

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