片上时钟产生电路的研究

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随着半导体技术的发展,集成电路芯片以越来越快的速度工作,这对于驱动整个电路工作的时钟信号提出了更高的要求。当时钟信号在电路板上传输时,受杂散分布电容、电感等影响,造成时钟信号发生畸变和漂移,严重影响电路的正常工作。因此,精准的时钟源设计成为必然。而环形振荡器由于其能够获得稳定度高、低抖动时钟输出信号,且易于片上集成,从而成为时钟发生器的首选。在SoC和NoC系统中对时钟信号的时序有着不同的要求。前者大多工作在同步时钟下,而后者系统中时钟则采用全局异步局部同步(GALS)的方式。基于SoC系统中对时钟产生电路要求面积小、功耗小、低抖动,以及要求时钟信号可配置,本文设计了可用于智能锂电池管理系统中的时钟产生和控制电路,主要包括以下几个功能模块:高精度4MHz时钟产生电路、时钟校正模块、工作模式控制模块和系统的时钟配置模块。其中高精度4MHz时钟产生电路采用了环形振荡器、RC振荡器和基于比较器的方波发生器三种不同的振荡器电路实现,通过对比它们的精度、功耗及芯片面积得出不同结构的优缺点,折中选取环形振荡器结构作为时钟产生电路。而对于采用GALS的NoC系统中,时钟产生电路采用VCO实现,取代了传统的PLL结构,减小了芯片的成本。本文通过在经典结构基础上改进设计了一个中心频率为625MHz、线性度良好、低抖动、低功耗的差动环形压控振荡器,满足了NoC上时钟信号源的要求。在版图设计时,合理布局,避免了闩锁效应、金属电迁移、天线效应等版图失效模式,有效地提高电路可靠性。本文电路及版图采用SMIC0.18μm混合信号工艺,并进行版图后仿真。仿真结果表明整体设计满足要求。
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