低压、低功耗、多触发点低压禁止电路的设计与实现

论文摘要

本论文围绕着应用于MCU中的多电源电压监视/复位控制电路进行了设计与研究（这里又被称为低压禁止电路Low Voltage Inhibit,简称LVI）。此低压禁止电路LVI的性能直接决定着MCU的安全性、可靠性和稳定性。它的设计难点主要在于:采用0.5um标准CMOS数字工艺,在大的温度应用范围（-40°C140°C）、低的功耗要求( PLVI≤100μA)下,实现对5V、3.3V、3V、2.4V和2V五组电源电压的实时监控。论文完成了从最初的功能定义、结构选择、模拟仿真到版图制作与验证的全部设计工作。具体的研究内容如下:根据LVI电路的功能描述和设计指标,划分电路为五个具有相对独立功能的电路模块:CMOS电流参考电路模块currentref、带隙基准电压参考电路模块bandgap、阈值电压选择比较电路模块lt、输出缓冲电路模块buffer以及5组电源电压选择解码电路模块decoder;利用Mica精确Spice模拟器对电路中的各个模块进行模拟验证,调整电路结构与参数,满足设计要求;利用Nanosim快速Spice模拟器分析电路的各种功耗,验证低功耗的设计指标;利用Virtuoso工具完成了对整个LVI电路的版图设计,并分别通过Hercules和Dracula工具执行了对电路版图的DRC、ERC和LVS验证,从而最终实现了一个符合电路各方面设计要求的低压禁止电路LVI。该项目为Freescale强芯（天津）集成电路公司与天津大学ASIC设计中心的合作项目。该项目的顺利完成为确保电源设备和电子系统的可靠工作奠定了坚实的基础。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 电源电压监控电路概述
• 1.2 关于低压禁止电路（Low Voltage Inhibit）
• 第二章 工作原理及设计要求
• 2.1 总体功能及特点
• 2.2 设计要求
• 2.3 模块划分及功能描述
• 第三章 模块设计及电路结构的实现
• ref'>3.1 CMOS 电流参考电路模块current_ref
• gs)型CMOS 基准电流源的理论基础'>3.1.1 亚阈值区delta(V_gs)型CMOS 基准电流源的理论基础
• 3.1.2 实际的CMOS 电流参考电路
• 3.2 带隙基准电压参考电路模块bandgap
• 3.2.1 带隙基准电压源bandgap 结构的选择
• 3.2.2 实际的带隙基准电压参考源电路
• 3.3 阈值电压选择比较电路模块lt
• divider 模块'>3.3.1 pres_divider 模块
• 3.3.2 mux 模块
• 3.3.3 comparator 模块
• 3.3.4 lt 电路的上电控制模块
• 3.4 输出缓冲电路模块buffer
• 3.5 5 组电源电压选择解码电路模块decoder
• 第四章 电路的仿真验证
• 4.1 Mica 概述
• ref 的仿真验证'>4.2 CMOS 电流参考电路模块current_ref 的仿真验证
• 4.3 带隙基准电压参考电路模块bandgap 的仿真验证
• 4.4 阈值电压选择比较电路模块lt 的仿真验证
• 4.5 输出缓冲电路模块buffer 的仿真验证
• 4.6 低压禁止电路LVI 的总体仿真
• 4.7 Nanosim 概述
• 4.8 LVI 电路的Nanosim 功耗仿真
• 第五章 版图设计与验证
• 5.1 设计规则（Design Rules）
• 5.2 基本单元的版图设计
• 5.3 LVI 的版图设计
• 5.4 版图验证
• 第六章 总结
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 附录
• 致谢