微控制器（μC）复位电路的设计

论文摘要

微控制器复位电路是应用范围极其广泛的集成电路,它具有高集成度、高性价比、最简外围电路、最佳性能指标等优点,几乎所有的微控制器都需要复位电路。使用复位IC已成为当今的设计潮流,它大大减少了系统电路的复杂性和元器件数量,并可以提高系统可靠性和精确度。现在的复位IC向着多功能系统级发展,从早期仅有的电压监测,发展到后来看门狗、数据保护、电池切换等功能也归入复位电路,广泛应用于计算机、工业控制、通信、家用电器、仪器仪表等领域。本课题的目的是设计一款多功能、低功耗微控制器（μC）复位电路芯片。它由带隙基准源、时基振荡、电压比较器、电阻分压网络等模块构成,可以提供掉电保护、上电复位、手动复位、主电源检测等多个功能,能够监控电源电压、电池故障和微控制器的工作状态。本论文完成了电路设计、仿真以及版图设计。整体电路的模拟仿真表明电路完成了功能设计,达到设计指标;在设计中,采用CMOS工艺,通过对电路的改进,设计出静态电流只有9μA的微控制器复位电路,从而实现了低功耗的要求。在设计中采用的设计方法是:确定设计要求-电路方案设计-电路仿真-版图设计-DRC/LVS验证这一自顶向下的全定制方案。使用的设计工具是Cadence公司提供的全定制IC设计平台:Hspice、Virtuoso Layout和DRACULA。本文的设计是基于上华0.5um CMOS DPDM混合信号工艺完成。对仿真结果的分析表明,本文设计的微控制器复位电路芯片完全符合设计要求,达到了预期的设计目的。文中给出了具体设计方案、仿真结果和版图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 微控制器复位电路的基本功能
• 1.3 微控制器复位电路与RC 复位电路性能比较
• 1.4 本论文的结构安排
• 第二章 微控制器复位电路的总体设计
• 2.1 总体设计和功能描述
• 2.1.1 总体设计
• 2.1.2 功能描述
• 2.2 性能指标和应用说明
• 2.2.1 性能指标及封装信息
• 2.2.2 应用说明
• 2.3 可测试性设计及其他综合考虑
• 2.3.1 可测试性设计
• 2.3.2 速度、精度和功耗的综合考虑
• 第三章 带隙基准电压源的设计
• 3.1 带隙基准电压源的工作原理
• 3.1.1 负温度系数电压
• 3.1.2 正温度系数电压
• 3.1.3 带隙基准
• 3.2 带隙基准电压源的设计和仿真结果
• 3.2.1 电路设计
• 3.2.1.1 启动电路
• 3.2.1.2 电流源电路
• 3.2.1.3 基准电压产生电路
• 3.2.2 电路模拟和仿真结果
• 第四章 其它模块电路的设计
• 4.1 电压比较器的设计
• 4.1.1 基本的原理
• 4.1.2 芯片中电压比较器电路的设计
• 4.1.3 芯片中电压比较器电路的仿真结果
• 4.2 时基振荡电路的设计
• 4.2.1 时基振荡电路的具体设计分析
• 4.2.2 芯片中时基振荡模块电路的仿真结果
• 4.3 手动复位的设计
• 4.4 全电路的整体仿真
• 第五章 版图设计
• 5.1 版图设计流程和设计方法
• 5.1.1 版图设计流程
• 5.1.2 版图设计方法
• 5.2 工艺的选择和版图设计规则
• 5.2.1 工艺的选择
• 5.2.2 版图设计规则
• 5.3 版图设计的考虑
• 5.3.1 关于保证电路对称性的问题
• 5.3.2 避免衬低噪声的措施
• 5.3.3 模拟与数字模块的隔离
• 5.3.4 避免寄生闩锁效应（latchup）的措施
• 5.3.5 双极型晶体管的设计
• 5.3.6 宽长比较大的器件的版图设计
• 5.4 各模块及整体版图的实现
• 5.4.1 芯片PAD 的考虑
• 5.4.2 带隙基准电压源的版图实现
• 5.4.3 电压比较器的版图实现
• 5.4.4 时基振荡电路的版图实现
• 5.4.5 全芯片版图实现
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果及个人简历