（电路与系统专业论文）usb20收发器接口芯片设计.pdf

鳖堡查兰篓杰兰笙笙奎 摘要 y 5 8 1 2 0 1 u s b 2 0 ( 通用串行总线) 是目前p c 外设接口的标凇，也正是因为u s b 接口出 现，才n e t 诸如移动硬盘、闪存等一批新颖的外设。但是u s b 2 0 接1 ：3 技术在 毽蠹还是一冀奎鑫，其被霞摇i n t e l ，p h i l i p s 等少数溺强夫墼半导终厂藏占有。 无论是从市场需求，还是促进我国芯片设计能力来说，开发具有我圈完全自主知 识产权的u s b 2 0 接口芯片都是非常螅切的一个问蹶。本文收发器接口电路是 u s b 2 0 接v 1 芯冀孛懿最关键熬毫速摸羧与德合嫠号毫爨，设诗蓉予t s m c 0 2 5 u r nc m o s 混合信号工艺。 本文第章介绍了u s b 2 0 的发展现状和收发器接口芯片系统；第二章介绍 了该芯冀懿设诗滚程帮巯掺；第三章分缓了该揍1 5 1 蕊片懿葸薅镌絮骧及模块剡 分；第四章瞀蓬介绍双模发送器电路设计并给出了仿舆验证波形：接下来第五章 分析了过采样接收器的设训“并对其中的d l l ( d e l a yl o c k e dl o o p ) 模块设计进行 了详鳕茛分辑；第六章套终了本芯嚣蠹鬟静基准窀嚣滚静设诗：最鬟黯本文魏设 计个总的回顾和总结，并展望下一代u s b 的发展方向。 论文着敷点在于双模发送器结构设计、数字化模拟技术实现岗遥d l l 模块 以及提窭一耱全薪静混合镲号中复杂数字模获弱设诗方法。 双模发送器的设计，采用电压模式和电流模式实现了全速( 1 2 m b p s ) 和高速 ( 4 8 0 m b p s ) 模式的兼容，取代了传统的全速和高速发邀器分开设计的模式，大大 节省了芯片豹鬣狡。 数字化模拟技术也就是利用数字算法将大部分电路设计放在数字一边，只留 - d , 部分模拟电路。采用这样的设计，增加了d l l 媳路的稳定性，减4 , t 时钟 抖动，同时避免了模瓠宅鼹参鼗设计帮工艺控裁静滚点。 全新的混合信号中的复杂数字模块的设计方法，实现了设计赢正的自动化。 这种设计方法，不仅具裔a s i c 电路设计周期短的优点，而且获得了垒定制电路 性能优良的褥点。 本论文设计芯片已经在上海集成电路产业化基地参加m p w 流片，芯片最终 测试结果说明：本文电路结梅精巧，参数指标符台u s b 2 0 协议要求。 黧璧妻? 导师忍慧 勿龟文密 ” 浙江大学硕士学位论文 k 关键字l 通用串行总线( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) ，收发器( t r a n s c e i v e r ) ，d l l ( d e l a y e dl o c k e d l o o p ) 参考蜮( b a n d g a p ) ，双模，数字化模拟技术 ￥| 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t u s b 2 0 ( u n i v e r s a ls e r i a lb u s ) i sn o w a d a y sb e c o m i n g as t a n d a r do ft h ep e r s o n a l c o m p u t e rp e r i p h e r a li n t e r f a c e ，d u e t ot h a t ，l o t so f n o v e ld e v i c e se m e r g e d ，s u c h a s m o b i l eh a r dd i s k ，f l a s hm e m o r ye t c h o w e v e r ，t h ek e yt e c h n o l o g yo fu s b 2 ，0 i n t e r f a c ei so n l yp o s s e s s e db yaf e w c o m p a n i e s a b r o a ds u c ha si n t e l ，p h i t i p s ，w h i l e b l a n ki nc h i n a t om e e tt h em a r k e tr e q u i r e m e n ta n db o o s tt h ea b i l i t yo fi cd e s i g n ， w ea r es t r i n g e n tt od e v e l o po u ro w nu s b 2 0i n t e r f a c ec h i p t h et r a n s c e i v e ri n t e r f a c e c i r c u i ti nt h i sd i s s e r t a t i o ni st h em o s ti m p o r t a n tp a r to fu s b 2 0i n t e r f a c ew h i c hi sa h i g hs p e e dm i x e ds i g n a lc i r c u i t ，a n d i ti sr e a l i z e db yt s m c0 2 5 u mm i x e dc m o s p r o c e s st e e h n o l o g y c h a p t e ro n e i n t r o d u c e st h er e c e n t d e v e l o p m e n to fu s b 2 0 a n dt h eo v e r a l l a r c h i t e c t u r eo ft r a n s c e i v e ri n t e r f a c e c h a p t e rt w op r o p o s e st h ed e s i g nf l o wa n d d e s i g ns t y l ec h a p t e rt h r e ep r e s e n t s t h ew h o l es y s t e ma n dm o d u l ep a r t i t i o n ； c h a p t e rf o u re m p h a s i z e so nt h ed u a l m o d et r a n s m i t t e rc k c m t ，a n dg i v e so u tt h e s i m u l a t i o nw a v e f o r m s c h a p t e r f i v ef o c u s e so nt h ed e s i g no f o v e r - s a m p l i n g r e c e i v e r a n dd l l ( d e l a yl o c k e dl o o p ) m o d u l e ；c h a p t e rs i xd e s i g n st h eb a n d g a pr e f e r e n c e c i r c u i t 。i nt h ee n d ，i tc o n c l u d e st h ed e s i g n ，a n de s t i m a t e st h et r e n do f u s b 。 t h ed i s s e r t a t i o ni s e m p h a s i z e d o nd u a l - m o d et r a n s m i t t e ra r c h i t e c t u r e ， i m p l e m e n t a t i o no fh i g hs p e e dd l lu s i n gd b a ( d i g i t a l b a s e da n a l o g ) t e c h n o l o g ya n d an e w d e s i g nm e t h o d o l o g y f o rc o m p l e x d i g i t a lm o d u l e s i nm i x e d s i g n a lc i r c u i t ， t h ed u a lm o d et r a n s m i t t e rc a nb ec o n f i g u r e di n v o l t a g em o d es u p p o r t i n g 1 2 m b p sd a t ar a t eo rc u r r e n tm o d es u p p o r t i n g4 8 0 m b p sd a t a r a t e 。i tr e d u c e sg r e a t l y t h e c h i pa r e ar e s u l t i n gf r o m t h i sa r c h i t e c t u r e d b a d e s i g ni st od e s i g nt h em o s tp a r to f c i r c u i tw i t hd i g i t a la r i t h m e t i c ，l e a v i n g b e h i n daf e wa n a l o gc i r c u i t d b ad e s i g nc a l le n h a n c et h ed l lc i r c u i t sr o b u s t n e s s a n dm i m m i z et h ec l o c k j i t t e r i ta l s oa v o i d st h ed i f f i c u l t yo fa n a l o gp a r a m e t e rd e s i g n a n d p r o c e s s c o n t r 0 1 t h en e w d e s i g nm e t h o d o l o g yf o rc o m p l e xd i g i t a lm o d u l ei nm i x e ds i g n a lc i r c u i t r e a l i z e sar e a ld e s i g na u t o m a t i o n i tc a ns h o r t e nt h ed e s i g nc y c l ea n dm a k et h ec i r c u i t 拜 浙江人学硕上学位论文 h a v ea c o m p e t i t i v ep e r f o r m a n c e w i t ht h ef u l l c u s t o m e dc i r c u i t t h ec h i pi nt h i sd i s s e r t a t i o nh a sb e e nt a p e do u ti ni c c ，s h a n g h a i t h et e s tr e s u l t s r e v e a l e dt h a tt h ec i r c u i ta r c h i t e c t u r ei sr o b u s ta n da l lp a r a m e t e r sa l ei na c c o r d a n c e w i t hu s b 2 0 r e q u i r e m e n t s k e y w o r d s ：u n i v e r s a l s e r i a lb u s2 0 ，t r a n s c e i v e r ，d l l ( d e l a y e dl o c k e dl o o p ) b a n d g a p ，d u a l - m o d e ，d b a 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 立题意义、国内外技术现状与发展趋势 嚣算瓠中蠢缀多接日，魄磐谈凌整鳃i d 嚣、p c i 犊习，癸罄豹蒡掰、率繇、 u s b 接口等等。顾名恿义，外部接口主要是连接计算枧及其相关矫设的接口， 目前我们常用的外设包括扫描仪、打印机、移动硬搬、外置式刻录机、闪存等等。 作为典型外设，早期的扫描仪和打印机大都采用并l ： ，并且一直延续了很长时问。 但是现在怒个信息爆炸豹对我，串著日豹传输遮率掇本无法满足霈求，追切需 要一耱巍黧静传簸速率高使用方便静数据接目窭瑗，u s b 2 0 正是在这徉静社会 背景下应允而生。随着u s b 接口的出现，并口已缀慢慢被淘汰，u s b i e 在成为 新一代p c 的接口标准。而且正是因为u s b 接口出现，才诞生了诸如移动硬盘、 闪存等一批新颖的外设。但是u s b 2 0 接口技术在圈内还是一片空白，只被包括 i n t e l ，p h i l i p s 等少数藿乡 太羹拳导傣厂亵占骞。嚣论是鼹枣场需求，述是疆裹 我国芯片设计能力来说，开发鼷脊我国完全自主知谈产权的u s b 2 。0 梭嗣芯片都 是非常迫切的一个问题。本课题正是基于这样的背景产生。 数据的传输方式分为两种，一种是只有一条线( 或一对差分线) 用漕乏传送数 据，这穗嘲零行转输接口，馨被健数裙瓣残一事，走了蔻嚣才能走嚣灏；还有一 种燕荠行佟输接曩，将尼条线弼时用来传输数攥，邋常是餍8 条线，般说来， 并行接口嚣比串行接口快。在犁期的计算机系统上常用串口或并口涟按外围设 备，每种接口都需要占用计算机的系统资源( 如中断，i o 地址，d m a 邋j 蘑等) ， 无论是串羽述是并口都是点对点的连接，一个接嚣仪支持一个设备。蕊黩根据串 行菝猛r s 2 3 2 异步逶诿按议，在砖翰鼗蠢兹需要先游谖频率，瑟量每次蕊输豹 最大负荷仪为8 个字节，因此传输速度非常缓侵。为了解决操作不方便、速度 慢等问题，由c o m p a q 、d e c 、i b m 、i n t e l 、n e c 、微软等公司于1 9 9 4 年1 1 月 共同提出了u s b 串行总线标准，在规格文件中，u s b 被规范为低速、全速、高 速三静传羧等缀。速度分爨为1 。5 n i b p s 、1 2 m b p s 、4 8 0 m b p s 。 肽u s b 接目标准提出至今，u s b 接口标准共经历了0 9 、1 1 和2 0 三个阶段， 目前大部分的u s b 接1 ：3 都为u s b i 1 接口，它的传输速率为1 2 m b p s ( 1 5 m b s ) 。 u s b 2 0 标准是由u s b l 1 标准演变而来的，它最初的目标是将u s b l ，1 的传输速 浙江大学硕士学位论文 率提高1 0 到2 0 倍，而实际上却提高了4 0 倍达到了4 8 0 m b p s 。u s b 2 0 相对于 u s b i ，1 来说速度提升是非常显著的，不过，这都是理论值，在实际的使用中， 传输速度并没有如理论值这样令人振奋。u s b 2 0 与u s b l 1 设备可以互相兼容， 即u s b 2 0 设备可以工作在u s b l 1 接口上，反之u s b l 0 设备也可以工作在 u s b 2 0 接口上。不过，u s b l 1 设备的速度不会因为安装在u s b 2 0 接口上而有 任何提高，同样安装在u s b l 1 接口上的u s b 2 0 设备的速度也会被限制在 1 2 m b p s 以下。 虽然在1 9 9 9 年，就已经推出了u s b 2 0 的草案，但却一直没有引起人们的关 注，直到2 0 0 2 年5 月份，i n t e l 宣布在8 4 5 e 8 4 5 g 8 4 5 g l 芯片组中所使用的i c h 4 芯片支持u s b 2 0 ，它的境遇才发生峰回路转的改变，由此也可看出作为芯片业 的龙头企业，i n t e l 公司对一项新技术的影响力非常巨大。除i n t e l 之外，其他芯 片厂商也纷纷对u s b 2 0 青睐有加，n e c 公司很早就推出了独立的u s b 2 0 控制 芯片，而且被不少的主板厂商所采用，v i a 也推出支持u s b 2 0 的8 2 3 5 芯片， 矽统的9 6 2 芯片同时整合u s b 2 0 及1 3 9 4 ，扬智也表示将推出支持u s b 2 0 的5 6 2 1 芯片。 如果用户需要使用u s b 2 0 外设，那么必须具有u s b 2 0 接口，目前很多新 上市的主板都已经集成了u s b 2 0 控制芯片，将原先u s b l 1 接口的位置直接替 换为2 0 接口，对于主板上没有u s b 2 0 接口的用户来说，可以通过u s b 2 0 扩 展卡来得到同样的效果，目前市面上已经出现了不少的u s b 2 0 扩展卡，主要采 用的是n e c 的控制芯片，也有一部分采用v i a 的控制芯片，它们全部采用p c i 接口，一般都带有2 到5 个u s b 2 0 接口。为方便使用笔记本电脑的用户，最近 在市面上还出现了采用p c m c i a 接口的u s b 2 0 扩展卡。 从目前的发展来看，u s b 2 0 取代u s b l 1 已经是不争的事实，因为不仅主 板厂商已经在最新的主板上逐步淘汰u s b l 1 接口，而且很多的外设厂商也纷纷 在新推出的产品中直接采用u s b 2 0 接口，相信随着成本的逐步下降，用户将很 快转入u s b 2 0 平台。 其实真正可以与u s b 2 0 相提并论的并不是u s b l 1 ，而是1 3 9 4 接口，即俗 称的“火线”，它不仅在性能指标上同u s b 2 0 旗鼓相当，而且在使用上也同样 简单方便，在后面表中您将能看到这两种接口的详细对比。不过从如今的状况来 浙江大学硕士学位论文 看，u s b 2 0 将在p c 领域占有绝对的优势，而采用点对点模式的1 3 9 4 接口在家 庭影音娱乐市场( 音频视频领域) 已经快形成垄断之势，两者将会在很长一段时间 内并存。 接口名称并口s c s i 串口u s b l 1u s b 2 oi e e e l3 9 4 连接方式并联并联串联串联串联串联 传输速度l ( m b p s )4 0 0 0 21 24 8 04 0 0 可连接节点 11 2 8l1 2 71 2 76 3 数 节点距离1 2o 82 555 4 5 ( 米) 拓扑结构树形星形星形树形 连接方式点对点点对点点对点上下行上下行点对点 串接方式节点可桥连要l u b要h u b节点可桥 连 接口针数 2 58 09446 u s b2 0 的技术先进性是不可忽视的。新的v i a 芯片组和i n t c l 、a m d 、s i s 、a l i 都已经在新产品中加入了对u s b2 0 的支持。而且，w i n d o w sx p 已经完全支持 u s b2 0 设备，i n t e l 也已经在2 0 0 2 上半年提供支持u s b2 0 的芯片组，这样计 算机的主板以及外设接口都支持u s b 2 0 ，从而u s b 2 0 就在p c 接口方面已经形 成霸主地位。 可以预见，现在出现真正成熟支持u s b2 0 的p c ，这将给p c 制造商带来新 的机遇与挑战。另外，各种外设之间也都通过u s b 互相连通了，一架u s b 数码 照相机可以直接向u s b 打印机传输图片；一部u s b 扫描仪可以直接向显示器输 出图片，这就是所说的u s b o n t h e g o a l ，使得数据携带与传输更加方便 简洁，这也是u s b 发展的一个新方向。 浙江大学硕士学位论文 1 2u s b 2 0 收发器系统 u s b 2 0 收发器是连接u s b 2 0 主控制器( h o s tc o n t r o l l e r ) 、集线器( h u b ) 、外设 ( d e v i c e ) 的物理层接1 3 ，它的作用主要是处理来自链接层的u s b 协议控制信号， 发送或者接收u s b 总线上的串行数据并进行数据恢复。 u s b 设备都是由设备相关逻辑( d e v i c es p e c i f i cl o g i c ) 、串行接口引擎 s i e ( s e r i a li n t e r f a c ee n g i n e ) 和u s b 2 0 收发器宏单元( u b 2 0t r a n s c e i v e rm a c r o c e l l ) 三部分组成。u t m 的作用是对上行数据进行并串转换、位填充、n r z i 编码且发 送至, j u s b 电缆；对下行数据进行数据接受、r z i 解码和位剔除，串并转换。英特 尔为推动u s b 2 o # b 设的设计发布了u t m 接( u t m i ) 的详细说明书，并大力推动 它成为标准。 图1 1u t m 功能模块图 图1 1 为u t m 功能模块图，它由以下几个主要部分组成： ( 1 ) 收发器接口芯片( 上图中左边的发送器和接收器) ：负责发送数据至u s b 电缆和 接收来自u s b 电缆的数据，它分为高速和全速两个部分： ( 2 ) 高速和全速的数据恢复电路：高速d l l 和全速数据恢复电路( 6 0 m ) ； 浙江大学硕士学位论文 ( 3 ) 选择器( m u x ) ：从高速或全速数据中选择一路接收数据； ( 4 ) 链接层模块：接收数字功能( 1 ) n r z i 解码( 2 ) 位剔除( 3 ) 串行转并行 ；类似的，链接层模块发送逻辑由( 1 ) n r z i 编码( 2 ) 位填充( 3 ) 并行转串行三部分组 成。 目前市场上已有的较有竞争力的u t m 产品如下 1 p h i l i p si s p l 5 0 1 ：u s b 2 0p e r i p h e r a lt r a n s c e i v e r 2 n e cu p d 7 2 0 1 2 0u s b 2 0p h y 3 l u c e n t t e c h n o l o g i e su s b 2 0u s s 2 x 1p h yc h i p s 1 3 关于本论文 论文主要目标是设计u s b 2 0 收发器接口芯片，就是在u t m 模块中的 发送器接和接收器( 包括高速4 8 0 m b p s 和全速1 2 m b p s 两种模式) ，也就是 上一节u t m 模块中的( 1 ) 模块。该接口电路包括接收器( r e c e i v e r ) 、发送器 ( t r a n s m i t t e r ) 和相应的状态控制逻辑，设计主要遵循u t m i ( u s b 2 0 t r a n s c e i v e rm a c r oi n t e r f a c e ) 协议和u s b 2 0 协议要求。本论文设计采用t s m c o 2 5 i t mc m o s 混合信号工艺。 发送器采用双模发送器，在一个结构电路中兼容高速和全速模式，不仅大 大降低了芯片的复杂程度，而且降低了芯片面积。 接收器的结构则取决于数据恢复的方案。一般采用p l l ( p h a s e l o c k e d l o o p ) 结构进行时钟恢复，进行这种数据恢复对p l l 时钟要求过高( 通常要达到数据 传输速率的3 5 倍) ，然后对数据进行恢复( 如下图1 2 ) 。但是本设计采用对从 c a b e l 接受的数据进行过采样的设计方案，然后对多相数据进行正确的选择 恢复出原始数据，因此接收器采用d l l 来产生多相时钟( 如图1 3 ) ，此时p l l 的时钟只需要和数据传输速率相等即可。本论文不涉及数据恢复模块的设计， 但是为了给读者一个更加详细的概念，给出基于d l l 数据恢复设计的总体框 图，从而更好的理解接收器多相采样数据的意义。本设计接收器只涉及到图 1 3 中f f 的左半部分。 浙江大学硕士学位论文 接收到的 图1 2 基于p l l 的数据恢复电路结构 d u ，b a s e dd r c r c h i t e c h t u r e 图1 3 基于d l l 的数据恢复结构 高速发送电路要求在电源电压波动士1 0 ，温度从一2 0 。c 到8 5 。c 变化时， 能够正常工作，因此高速发送电路设计的关键是设计一个高精度参考电压源。 本电路内部的工作点以及电流源的大小都由该电压参考源决定，所以对于这样 一个高精度的电压源，必然要采取能隙电压源结构( b a n d - - g a p ) 。 浙江大学硕士学位论文 第二章设计流程 2 1 模拟电路经典设计流程 2 1 1 流程概要 经典模拟设计流程采用c a d e n c e 的电路原理图输入和工业界最流行的s p i c e 仿真工具( s t a r - h s p i c e 或者s p e c t r e ) ( 目结合的方法，全定制版图采用最流行的工具 c a d e n c e 推出的v i r t u o s o 。 先通过c a d e n c e 的c o m p o s e r 将原理图输入为s c h e m a t i cv i e w 格式，然后通过 a n a l o g a r t i s t 生成h s p i c e 格式网表，然后通过命令行方式启动h s p i c e 进行仿真。 当仿真结果满足s p e c 要求，我们就认为原理图设计完毕，之后可以进行物理后 端设计，形成最后可以交给f o u n d r y 的版图进行流片，然后拿回片子进行封装测 试。如果性能合格，可以进行批量生产。下面图2 1 给出一个大致的流程图，下 面的小节将s t e pb ys t e p 进行具体描述。本设计流程的最大优点在于通过e d a 工具自动形成h s p i c e 格式的网表，省去了手工编辑网表或者通过导出c d l 文件 进行改动网表的麻烦操作，并且保证网表的绝对正确性，大大提高了工作效率。 塑望查兰堡主兰垡堡苎 2 1 经典模拟电路的设计流程 2 1 2 详细步骤( s t e pb ys t e p ) 根据上述流程图，一步一步详细介绍设计流程 i ) 根据实际需求制定总系统s p e c ，进行模块划分和子模块的功能定义 h h 2 ) 对子模块分别进行管子级电路设计，并以原理图的形式在c o m p o s e r 输入，制 浙江大学硕士学位论文 作相应予彀路稚s y m b o l ，戳备上朦的电路调用。 3 ) 将所有的子电路输入到顶层电路中，形成顶层电路结构图，c h e c ka n ds a v e 确 认电路图无误。 4 ) 在c a d e n c e 环境中形成h s p i c e 格式网表，并交给h s p i e e 进行电路仿真，测试 宅貉功麓怒否满是s p e c 要求。囊子这部分内容一簸书籍涉及较少，在魏详缓费 绍一下。 首先用c o m p o s e r 打开想要形成网表的电路原理图， 在琢理图器嚣上嚣t o o l s 一 o t h e r ，然磊s i m u l a t i o n - i n i t i a l i z e ，出现下霆露翻 c l i c ko k 纛铹始纯绩真环境。 选择s i m u l a t o rn a m e 为h s p i c e ，并选择你要作仿爽静电路鹜。 然后就可以用h s p i c en e t l i s t e r 生成网表。在原理图界面 s i m u l a t i o n - n e t l i s t s i m u l a t e ，你可以看到下面的窗阴。 浙江大学硬士学位论文 关掉r u na c t i o n s 里面的s i m u l a t e 。c l i c ko k 后，你可以看到提示网袭是否生成 的提示信息。 生成网表成功后，你还需要下蕊的操作。 l 囊臻上述瓣表文传孛静m o d e l 2 加入f o u n d r y 提供的m o d e l 文件、激励向量以及控制开关等。如聚簧生成 a w a v e s 能读入的波形格式，必须在网表中加入： o p t i o np o s t 缡辑网表蕊，对逸路终相应豹傍粪，测试电路豹憋愁蹩粪满足注笈要袋，壹爨褥 到满足s p e c 的电路匿。 5 ) 根据原瑕图进行版图设计，聚用v i r t u o s o 进行版圈全定制，采用p a r a m e t e rc e l l 的办法可以大大加速版图设计的速度。 6 ) 舨图验谖，需要作d r c ，l v s 等籀关豹操作。其巾d r c 涉及的工舆；d i v a ， d r a c a u l a 。一般单元电路霹淤用d i v a 验证珑鞍方便( 交互赛嚣& 较友爵) ，毽 是较大娩横或者顶层全芯片的d r c 则必须采用d r a c u l a 。l v s 同样采用上述 办法。 浙江大学硕士学位论文 7 1 参数提取。参数提取工具可以采用d r a c u l al p e 或者m e n t t o r 公司的 x c a l i b r e 。首先要导出电路的网表c d l 文件和g d s i i 文件，然后在f o u n d r y 提供的参数提取的c o m m a n df i l e 中进行相应的参数更改和一些提取选项的选择。 必须更改的是网表和g d s i i 的名字和路径。比如： l a y o u tp r i m a r y ”r e f 2 5 7 ” l a y o u tp a t h ”n e t s a i l s p a c e u s b l 1 x i o n g i u n b g g d s ” i ，a y o ii ts y s t e mg d s i i s o u r c ep r i m a r y ”r e f 2 5 7 ” s o u r c ep a t h ”n e t s a i l s p a c e u s b i 1 x i o n g j u n n e t l s i t s o u r c es y s t e ms p i c e 运行x c a l i b r e 【o p t i o n 】c o m m a n d f i l e n a m e 就可以输出主网 表”n e t l i s t d i s t r i b u t e d ”和寄生参数网表 n e t l i s t d i s t r i b u t e d p e x ”。 8 ) 反标到主网表作后仿真，以确定寄生参数对电路时序以及逻辑功能不影响。在 主网表第一行中包括寄生网表，如下： i n c l u d e ”n e t l i s t d i s t r i b u t e d p e x ” 之后加上激励信号、仿真模型、控制开关等，就可以进行后仿真。得出的结果和 前仿真结果进行对比。 9 ) 流片。在确认后仿真结果不影响电路时序和逻辑的前提下，最后交给提供 m o d e l 和相关库文件的f o u n d r y 流片。 1 0 ) 封装测试。流片回来的芯片在已经设计好的方案下进行性能和参数测试。 2 2 混合信号中复杂数字电路设计方法 在混合信号设计过程中，尤其是随着工艺不断改进，设计规模的不断扩大， 不可避免的要碰到比较复杂的数字模块。传统全定制电路图的方法显然无法满足 设计的需求。这种设计方法正是在这种背景下蕴量而生的。 本设计方法和经典的模拟设计流程的区别主要在模拟设计前端( 这里所说的 前端是指版图设计之前的流程) ，也就是获得原理图的方法不相同。这种设计流 浙江大学硕士学位论文 程其实默认了一个前提：数字模块在混合信号电路中的作用都不是最重要，参数 不敏感。采用这种设计流程，不仅缩短了设计周期，同时获得了与全定制电路相 当的电路性能，尤其适应于工程项目。此方法涉及到不同的工具有： v c s ：s y n o p s y s 电路行为级描述仿真验证 d e s i g nc o m p i l e r ：将行为级转化为具体工艺下的电路并优化电路结构 v 2 s ：将g a t e l e v e l 的v e r i l o g 网表转化为s p i c e 网表 s p i c ev i s i o n ：将s p i c e 网表可视化的工具，并可以导出e d i f 格式的网表，以供 给c a d e n c e 用。 下面给出大致的流程图： n o s p e c p a r t i t i o n r t l ( v e r il o g ) s i m u l a t i o n c o n v e r tv e r i l o g t os p i c e s p i c ev l s i o n s c h e m a t i ce n t r y s c h e m a t i c 0 p t i m i z a t l 0 n v c s d e s i g n c o m p i l e r v 2 s s p i c e v i s i o n c o m p o s e r 2 2 混合信号中复杂数字模块的设计流程 一一_ 一 晰江人学硕士学位论文 步骤魏下： 1 ) 从s p e c 到综合这一步骤怒典型的a s i c 的设计方法，大家比较熟悉，我只对 这个设计方法的后面关键步骤进行阐述。 2 ) 综合届等出门级网表。( 并艇也傲了门级仿真验诚其正确性) 壶予我翻熬漫合信号中静邀赣裹速整窝敏感瞧，掰班鍪须全定翱。我爨褥这 种标准单元的构成转化为管予缀的网表，然后进行必要的优化。我们采厢n s d d a 公司的v 2 s 工具，它是一个将门级v e r i l o g 级描述转换为s p i c e 的工鼠，下面 的语句就w 以实现我们要的功能： v 2 s g a t e v 峭s t a n d c e l l c d l - 0t o p 。s p 扬pt o p 下露绘磁一个篱单斡倒予，大家可以看至这个转纯的过程： v e r i l o g v ： m o d u l ec o u n t e r ( p do u t ，e l k ，r e s e t ，c o n t r o lo u t ) ； o u t p u t 【3 ：0 】c o n t r o l _ o u t ； i n p u t # _ o u t ，c l k ，r e s e t ： w i r e c o n t r o l _ o u t 6 0 【2 】，c o n t r o l o u t 6 0 o 】，e o n t r 0 1 _ o u t 6 0 1 】， c o n t r o l _ o u t 6 0 3 ，n 1 5 7 ，6 c a r r y 2 】，r 6 6 e a r r y 0 】， x r 6 6 e a r r y 3 】，r 6 6 c a r r y 1 】，p e e l + 31 u 1 z _ 0 ； a d d f h x 2 h 矗6 u 1 j ( 。a ( e o n t r o l _ o u t 0 ) ，。b 6 4 c e l l 8 3 1 u i z _ 0 ) ，。镁 l + 6 6 c a r r y 0 ) - s ( ，、c o n t r o t o u t 6 0 0 ) ，c o 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