通用异步收发器,通常称为UART,采用串行数据总线,作为一种异步收发传输器,被用于异步系统之间的通信。该总线为双向通信,可以实现全双工数据传输。因其传输线少、传输距离远、可靠性高、成本低等优点,被广泛应用于计算机、工业控制等通信系统。新一代的计算机系统采用高端处理器,大大提升了数据处理速度,可以在短时间内处理大量任务。这些处理器的工作电压通常是3.3V、2.5V或者1.8V。因此,与CPU相连接的UART也必须随之改进设计,以进一步降低CPU的开销,提升整体系统的性能。而实现高性能的UART,必须将波特率、FIFO深度、供电电压、功耗等特性指标考虑在内。本文采用SMIC 0.13μm CMOS工艺,在3.3V PAD供电电压和1.2V Core供电电压下,基于低分辨率时钟预比例器结构,设计了一款波特率可达5 Mbps的双通道UART。采用低分辨率时钟预比例器结构,利用有理数分频来取代整数分频,可以很大程度上扩宽波特率的范围,提高UART性能和传输精度。同时,多通道设计可使多个通道同时收发数据,大大提高了数据传输速度。为了降低CPU的开销,本文为发送模块和接收模块各自设计了一个64字节大小的FIFO,在DMA操作的配合下可实现字符块传输。同时,本文设计了一种包含4级中断的中断模式,包括发送器中断、接收器中断、接收线状态中断、调制解调器中断等,大大降低了CPU的访问次数,使CPU可以处理更多的任务。为了便于调试,实现片内诊断功能,本文还设计了回写模式。此外,本文还为每个通道设计了14个内部寄存器,通过配置寄存器实现UART的不同模式,可通过地址线进行选择。为了降低系统的功耗,设计中采用门控时钟来降低时钟信号的翻转率,操作数分离使某一单元保持静态等策略来降低动态功耗。版图设计在SMIC1P6M工艺下完成。经验证,在系统时钟80MHz下波特率5Mbps,静态功耗为45.32mW,core版图面积为0.238mm2。本文与现有相似功能结构的芯片相比,在FIFO深度上有所增加,功耗和面积等指标方面大大减小。