基于I2C可校准实时时钟芯片的设计

发布时间：2020-05-22 19:14

【摘要】：实时时钟芯片是高密度专用集成电路,可以提供精确的时间基准,适用于所有计时和低功耗的应用,随着消费类电子产品的疾速发展,实时时钟芯片的需求越来越大。当前实时时钟多采用精度高的石英晶体振荡电路作为时钟源,但由于晶振存在固有频率偏差以及布线寄生电容、环境温度的变化都会影响其精度。为了提高时钟芯片的计时精度,本论文设计采用:一、集成低功耗恒压电路为振荡器供电,通过提高振荡器供电电压的稳定性来提高时钟源输出频率的精度与稳定性。二、在芯片内部集成修调电容,设计可行的熔丝修调方案,通过修调晶振的负载电容,完成时钟源频率的校正,为进一步频率校准奠定基础。三、设计了一种数字校准计时精度的算法。该算法可通过一组数字校准寄存器校准分频后的计时信号,在不改变晶体振荡器输出频率情况下提高计时精度,每分钟校准一次,校准的分辨率为1.02 ppm,校准范围为±64.26ppm,可用于扩展实现时钟精度的温度补偿。本设计采用自顶向下(TOP-DOWN)的设计方法,以功耗更低占用引脚资源更少的I2C串行总线为外部通讯接口,完成了时钟芯片的设计,主要包括计时模块、定时闹铃模块、校准模块、I2C通讯接口模块、振荡电路模块。并且在集成电路设计EDA工具下进行了仿真和验证,使用的工艺是0.5 μm—5 VCMOS工艺,经验证实时时钟可完成时分秒年月日的计时,闰年的自动调整,月份的天数自动调整,24小时制与12小时制的计数方式,有两种闹铃模式:一种是对时、分的定时闹铃,一种是对星期、时、分的定时闹铃,具有可编程的方波输出功能,计时精度可调功能。最终时钟芯片版图面积为0.842*0.996 mm2。
【图文】：

示意图,写过程,主机,模式控制

后四位是模式控制位，，若模式控制位为0000表示标准读写，若模式控制位为０１００表示逡逑快速读模式。在Ｉ２Ｃ总线读取数据过程中，主机既发送数据，也读取数据，在下图中主逡逑机发送的应答信号用红色字体表示，从机发送的应答信号用黑色字体表示。如下图２．９逡逑为主机标准写操作示意图，图２．１０为主机标准读操作示意图，图２．１１为主机快速读操逡逑作示意图。逡逑读逡逑开逦控制位＾逦地址位逡逑始邋逦ｒ＼逦ｖ邋／逦ｒ＼逦ｖ逡逑［Ｉ邋＼±＼邋ｍｍｍｍｒＴｉｒＱｉｍ邋ｉｎｎｎｎ［Ｚ３［0］［ｉ］［0］ｉ邋逦ｊ逡逑—逦ａｃｋ逦ａｃｋ逡逑数据ｎ逦停逡逑：逦７逦ｎ逦＾逦／逦ｒ＼逦逦邋止逡逑’□□□□□□□□N？□□□□□□□□邋ｉ邋ｍ逡逑ＮＡＣＫ逡逑ＡＣＫ逡逑图２．９主机标准写过程逡逑１０逡逑

过程图,主机,过程,从机

写过程．？如上图２．９所示，首先主机发送起始信号（Ｓ）；然后主机寻址发送０１１００１０＋逡逑读写控制位０；从机发送应答信号；主机发送４位的子地址值＋传输模式，写的传输模逡逑式固定为００００，标准写模式；从机发送应答信号；接下来主机向从机对应寄存器写入新逡逑的数据，写完８位从机发送应答信号，寄存器的地址位自动加１，主机继续写数据，直逡逑到主机发送停止信号结束数据的传输。逡逑标准读过程：如图２．１０所示，这是标准读的过程，传输模式为００００。首先主机发送逡逑起始信号；然后主机寻址发送０１１００１０＋读写控制位０；从机芯片接收到主机发送的数据逡逑后发出应答信号；主机发送４位的子地址值＋传输模式００００；然后从机应答；主机再次逡逑发送起始信号；第二次寻址，主机发送从机地址０１１００１０＋读写控制位１，主机读取数据；逡逑从机发送应答信号；主机进入读数据状态，此时主机是接收器件，应答信号由主机发送，逡逑直到主机发送停止信号结束数据的传输。逡逑快速读过程：如图２．１１所示，是快速读的过程，传输模式为０１００。快速读模式相比逡逑
【学位授予单位】：湖北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN492

【参考文献】