论文摘要
实时时钟芯片是日常生活中应用最为广泛的消费类电子产品之一。它为人们提供精确的实时时间,或者为电子系统提供精确的时间基准,目前实时时钟芯片大多采用精度较高的晶体振荡器作为时钟源。实时时钟的误差主要来源于时钟源,而晶体振荡器的频率误差主要是由于温度变化时晶体的谐振频率发生改变产生的。采用32.768Khz谐振频率的石英晶体,设计出一种基于0.35um工艺的CMOS石英晶体振荡器电路。该振荡器电路中的CMOS均工作在亚阈值区,所以大大的降低了功耗,振荡环路电流仅为70nA左右。对石英晶体振荡器误差来源进行了研究,提出了一种新型的实时时钟芯片温度误差补偿方法,它是采用误差累积补偿的方法。对温度误差补偿方法的电路级实现进行了研究,并且找到了一种比较节省版图面积的方法。该方法由芯片内部的温度传感器电路、温度误差计算电路、温度误差补偿逻辑电路完成,确保分频后的1Hz频率平均误差小于±5ppm。本芯片的温度误差补偿网络不需要片外MCU的帮助,完全由时钟芯片内部电路自动完成。石英晶体和芯片封装在一起,由于相同规格石英晶体存在个体谐振频率的差异(±20ppm),芯片出厂前需要一次测试及根据测试结果进行校正。本文数字逻辑单元电路均采用CMOS 0.35um工艺设计的,设计出超前进位加法器电路、减法器、16位乘法器电路及各种逻辑门电路,经仿真验证正确。本芯片的设计是数字、模拟混合集成电路设计,先后使用了NCVerilog、Hspice、SpectreVerilog软件。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题研究的背景概述1.2 课题研究的内容及创新点1.3 论文结构安排第2章 石英晶体振荡器频率温度误差数字补偿原理2.1 压电石英晶体2.2 晶体谐振频率的温度漂移2.3 温度误差数字补偿原理2.4 温度误差数字补偿算法的电路分析第3章 实时时钟芯片整体设计方案3.1 方案论证分析3.1.1 设计方案13.1.2 设计方案23.1.3 方案比较3.2 低成本高精度实时时钟芯片设计方案3.2.1 设计方案描述3.2.2 频率温度误差数字补偿网络第4章 压电石英晶体振荡器的研究与设计4.1 反馈振荡器的工作原理4.1.1 反馈振荡器的组成4.1.2 平衡和起振条件4.1.3 稳定条件4.1.4 反馈振荡器的分析方法4.2 石英晶体振荡器的设计4.2.1 石英晶体振荡器原理4.2.2 石英晶体振荡器设计第5章 温度误差补偿电路设计5.1 误差补偿算法电路概述5.1.1 温度误差补偿算法电路的组成5.1.2 温度误差补偿算法电路结构设计5.2 运算单元电路设计5.2.1 加法器电路5.2.2 减法器电路5.2.3 乘法器电路5.3 误差补偿数字逻辑电路设计5.3.1 计算控制电路5.3.2 误差补偿操作电路5.3.3 测试、校正方案第6章 日历、闹钟功能及数字逻辑电路设计6.1 实时时间数字电路设计6.1.1 ‘秒’钟产生数字逻辑电路6.1.2 ‘分’钟产生数字逻辑电路6.1.3 ‘时’钟产生数字逻辑电路6.1.4‘日’数据产生数字逻辑电路6.1.5 ‘月’‘年’‘星期’数据数字逻辑产生电路6.2 数字电路设计总结6.2.1 关于计数器设计的一些思考6.2.2 数字电路设计竞争冒险问题6.2.3 本节小结6.3 闹钟产生的电路设计6.3.1 闹钟逻辑电路6.3.2 闹钟功能仿真第七章 总结及展望7.1 工作总结7.2 展望及下一步的工作致谢参考文献攻读硕士期间取得的研究成果
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