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基于USB2.0的高速串行通信接口电路设计技术研究

李浩亮  
【摘要】:USB2.0(通用串行总线)已经成为PC外设接口标准。但USB2.0接口芯片技术只被Intel,Philips等少数国外大型半导体厂商占有,在国内还是空白。无论从市场需求,还是从促进我国芯片设计能力来说,开发具有我国完全自主知识产权的USB2.0接口芯片都是非常迫切的一个问题。 接口芯片中高速(480Mbps)及模拟电路部分是设计的难点所在,本论文首次引入基于数字的模拟化设计技术(DBA),并成功应用到发送器电路、数据恢复电路、时钟发生电路(DLL)等关键模块的设计之中。 DBA技术的核心在于:将数字电路设计的思想渗透到模拟、混合信号电路设计中,使用数字算法将尽可能多的电路设计放在数字一边。由于采用了数字技术来实现模拟电路部分的功能,因此这种全新的设计方法可以避免模拟、混合信号电路中参数调整和工艺控制的难点,提高电路设计精度和稳定性,并降低噪音影响,是一个好的解决方案。 在发送器电路的设计中,论文在同一结构电路中兼容高速和全速两种模式,不仅降低了芯片设计复杂度,而且减少了芯片引脚处的额外电容及芯片面积;在接收器电路的设计中,论文采用了经优化的新型拓扑结构,提高了数据采样和接收精度;在数据恢复电路中,论文提出了新颖的基于5-倍DLL-过采样的数字算法和查找表技术,可省去繁杂的时钟恢复过程,同时提高了高速数据信号对相位偏移(skew)和抖动(jitter)的容忍度。 基于TSMC0.25um CMOS混合信号工艺,用于功能外设的USB2.0接口芯片采用自顶向下的设计方法。芯片的核心组成部分,即发送器、接收器电路以及能隙基准电压源已经在上海集成电路产业化基地参加MPW流片,测试结果表明:在正确的基准电压偏置下,芯片发送、接收功能参数指标符合USB2.0协议要求。 另外,Link层中新型数据处理电路、“PLL+DLL”结构的五相高精度等间距时钟产生电路也在相应的后仿真结果中得到成功验证。


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