SoC中I～2C总线收发器和USB总线收发器设计

论文题目: SoC中I～2C总线收发器和USB总线收发器设计

论文类型: 硕士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 马俊

导师: 陆生礼

关键词: 输入输出电路,通用串行总线

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: I2C和USB是两个应用非常广泛的总线标准。由于应用系统低成本、低功耗、小体积的设计要求,在SoC芯片中提供完整的I2C和USB协议功能已是大势所趋。针对嵌入式的应用,设计符合各自总线接口标准的总线收发器是实现I2C和USB在SoC芯片中集成的关键。本文分别设计了符合I2C与USB接口标准的I/O PAD电路。电路采用Top-Down的设计方法,分别进行了系统设计、电路模块设计、总体设计与参数模拟仿真和物理版图设计。在分析I/O PAD电路结构以及I2C、USB接口功能的基础上,设计了总线收发器的系统结构,并根据各自电气标准确定了系统的各项性能指标。重点优化设计与实现了各个电路模块,不但保证了电路的性能,而且有效地减小了芯片面积。采用施密特触发器有效地提高了输入电路的噪声容限;在低噪声转换速率控制输出驱动电路中,设计了独特的源极跟随电路结构,通过调整内部参照信号实现了输出转换速率的有效控制,达到了很好的噪声降低效果;增加5V输入电压保护电路可以使芯片工作在更宽的输入电压范围内。本文采用数模混合仿真方法,对各项性能指标进行了具体的模拟和分析,并最终实现了I2C快速模式总线收发器和USB全速总线收发器。文中所使用的模型参数和物理规则均按照SMIC 0.18um双电压N阱工艺进行。文中设计的I2C总线收发器版图面积为40μm x 200μm,平均功耗仅为200μW;USB总线收发器版图面积为200μm x 200μm,平均功耗为4mW。这两个电路各项性能指标均能很好的满足设计要求。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章绪论

1.1 论文背景

1.2 论文的主要工作及意义

1.3 论文结构

第二章 I/O PAD 电路基本单元设计

2.1 I/O PAD 电路的结构和主要参数

2.2 提高噪声容限与降低噪声

2.3 工艺背景

2.4 电平转换电路设计

2.5 3.3V／5V 混合电压设计

2.6 ESD 保护和闩锁效应防止

2.7 本章小结

第三章 I~2C 总线收发器电路设计

3.1 总线结构

3.2 总线的电气规范

3.3 输入通路设计

3.4 输出通路设计

3.5 电路与系统的混合仿真

3.6 电路功耗

3.7 版图设计

3.8 本章小结

第四章 USB 总线收发器电路设计

4.1 总线结构

4.2 电气标准

4.3 单端接收器设计

4.4 差分接收器设计

4.5 输出通路设计

4.6 电路与系统的混合仿真

4.7 电路功耗

4.8 版图设计

4.9 本章小结

第五章总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

作者简介

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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SoC中I～2C总线收发器和USB总线收发器设计

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