基于I~2C总线的温度自适应实时时钟芯片的设计

基于I~2C总线的温度自适应实时时钟芯片的设计

论文摘要

实时时钟芯片具有产生秒、分、小时、日、星期、月、年的功能,并且具有闰年自动调整功能,广泛应用于手机、复费率电表、可编程时间控制器等需要微功耗和精确计时的场合。实时时钟的基本功能是保持跟踪时间及日期等信息,必要的特性是走时精确,而温度对时钟芯片所用晶振的影响难以避免,因此依据温度对时钟进行实时修调是必不可少的。本文讨论的基于I 2C总线的实时时钟芯片除了具备基本的走时功能外,还具备了主电源掉电情况下的备用电源供电和基于AD转换的集成温度补偿修调功能,无需通过外部PC即可依据当前温度及芯片所用晶体温频特性进行RTC的时钟修正,真正实现了温度“自适应”。本文的设计内容主要分为三个部分:首先进行RTC的设计,即时钟计数模块的设计,包括电源管理模块及I 2C总线控制逻辑。其次聚焦于时钟修调模块,介绍其实现“温度自适应”的原理和电路设计。最后对保证修调系统高效工作的温度传感器、AD转换器、存储器以及整个系统进行设计说明。本芯片采用CSMC 0.5um CMOS工艺,原理图的绘制、仿真及版图的绘制均基于Cadence软件完成。目前该芯片已流片成功,经测试各项结果均满足设计指标。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 目录
  • 1 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.2 课题研究内容
  • 1.3 本文的结构
  • 2 芯片系统级介绍
  • 2.1 芯片的特性及引脚含义
  • 2.2 芯片的框图及基本原理
  • 2.3 RTC 的功能指标
  • 2.4 本章小结
  • 3 RTC 模块设计
  • 3.1 本章概述
  • 3.2 RTC 芯片级框图
  • 3.3 晶振、分频及电源管理模块
  • 3.4 串行总线接口模块
  • 3.5 时钟计数模块
  • 3.6 时钟定时报警模块
  • 3.7 控制寄存器
  • 3.8 本章小结
  • 4 时钟精度数字修调系统
  • 4.1 时钟精度数字修调系统概述
  • 4.2 传统电容修调
  • 4.3 温度补偿晶体振荡器的基本原理
  • 4.4 数字修调电路的设计
  • 4.5 温度修调
  • 4.6 本章小结
  • 5 温度自适应系统模块设计
  • 5.1 本章概述
  • 5.2 温度感应模块
  • 5.3 带隙基准电路
  • 5.4 电阻分压模块
  • 5.5 比较器的实现
  • 5.6 编码器
  • 6 芯片系统仿真
  • 6.1 时钟计数及通讯
  • 6.2 报警功能及控制寄存器
  • 6.3 数字修调部分
  • 7 总结
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录 攻读硕士学位期间发表论文目录
  • 相关论文文献

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