现场总线通信控制器的优化设计

发布时间：2020-06-11 10:18

【摘要】：论文研究对一种现场总线介质结合单元(MAU)芯片的改进和优化问题。现场总线技术广泛应用于自动控制领域,现场总线通信控制器是总线供电型仪表中的接口电路,用于实现总线上的信号与仪表内部数字逻辑信号之间的转换。MAU芯片是设计现场总线通信控制器的关键器件,功能完善的MAU芯片几乎可以实现全部通信控制功能,因此也常被称为现场总线通信控制器芯片。MAU芯片是一种复杂的系统级混合信号芯片,由于涉及耐高压问题,设计难度较大。前期工作采用逆向与正向结合的方式设计了一种与国外芯片兼容的电路,基本可实现预期功能,但由于与原芯片工艺差距较大等原因,存在一些潜在的问题。本文根据存在的问题对若干电路模块进行了改进,包括发送电路中的电流检测放大器、启动控制电路、基准电流源模块等。对接收电路中的滤波器模块和数字控制电路进行了优化设计。新设计采用HHNECBCD350GE工艺,设计特点是充分利用了这种工艺中的高性能双极晶体管。论文给出了一种基于双极晶体管的高共模输入放大器,结合一种新的启动控制电路,实现了从总线吸取的电流和内部电源电压都能平稳建立的功能,并解决了原设计中可能出现的超耐压隐患。论文给出了一种基于HHNECBCD350GE工艺特有的高电流放大倍数PNP晶体管和负温度系数多晶电阻的低温度系数基准电流源设计方法,改善了芯片的温度特性。论文首次研究了基于CGm-技术实现现场总线MAU电路中的接收滤波器的可行性并给出了一种设计方案。本文采用正向设计的方法,对所设计的电路模块做了较详细的理论分析。设计中,充分利用了HHNECBCD350GE工艺的优势,使一些功能的实现得到简化,减小了版图面积并降低了功耗。论文对改进后的电路进行了较全面的仿真验证,结果表明改进后的电路的各个性能指标都不低于原有电路。论文中给出了对改进部分的版图设计,并通过了DRC和LVS版图验证。
【图文】：

图 1.2 现场总线通信控制器芯片结构图Fig. 1.2 Fieldbus communication controller chip structure diagram本文采用集成电路正向设计方法对现场总线通信控制器芯片的部分模块电路进进，，并使用 Modelsim、Candence 等软件对电路进行改进整理、仿真、最后绘制版图

图 2.4 简单 PTAT 电流源的直流扫描分析结果Fig. 2.4 DC scan analysis results for a simple PTAT current source实用的 PTAT 电流源是一种实用的PTAT电流源，这种结构巧妙的实现了保持两个CI
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP273;TP336

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本文编号：2707758