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应用于无线传感器网络节点芯片的时钟系统设计

李高  
【摘要】: 无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有广泛的应用前景,作为无线传感器网络的承载基础,无线传感器网络节点技术至关重要。基于电池供电的传感器网络可能应用在恶劣甚至危险的环境之中,从而导致网络节点的电源更换或再充电等工作通常无法进行,因此,保障其安全可靠运行的低功耗电源模式和时钟系统非常关键。随着技术发展,系统时钟也由单一的外部时钟输入发展到外接晶体振荡时钟源、内部振荡时钟源。 本课题围绕一款无线传感器网络节点芯片内多模式可配置时钟系统的功耗模式设计以及时钟源电路设计展开研究。本文在研究中外文献多时钟系统、晶体振荡器和各种时钟产生电路的基础上,设计了一个模式可调的多时钟系统,通过在不同模式下控制芯片内各个模块的开关以达到省功耗的目的;设计了一个32 MHz的皮尔斯晶体振荡电路,为系统提供全速模式工作下的高精度时钟信号;设计了一个带振幅检测功能的32.768 KHz的晶体振荡电路,为系统提供低功耗慢速时钟信号;设计了高速16 MHz片内RC振荡器,使振荡器快速启动;设计了低速32.768 KHz片内RC振荡器,利用LDO加入70 nA的电流源做参考确保频率稳定。 本设计基于华虹NEC的0.25μm CMOS工艺。对电路仿真分析表明,本文设计的多时钟系统符合设计要求,通过动态时钟管理较好的达成了省功耗之目的。现已应用于一块无线传感器节点芯片,并已流片。


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