低功耗全双工线路收发器的研究设计
发布时间：2021-07-29 14:56
随着互联网、传感器和移动终端的发展,便携式通信系统被广泛使用,如手机、智能手表等,而线路收发器是通信系统中的关键部件,能否应用于便携式通信系统尤为重要。本文旨在依据便携式通信系统的应用需求和RS-422标准,研究设计一种低功耗、全双工线路收发器芯片。本文在进行线路收发器性能指标分析和关键技术研究的基础上,给出了收发器的系统架构设计,包括发送器模块、接收器模块和保护电路模块;根据各模块功能要求,设计各模块的具体电路结构,包括输入级电路、压摆率限制电路、滞回比较器电路、输出级电路、偏置电路和静电放电保护电路;压摆率限制电路采用一种以MOS管代替电容的新型结构,简化了电路,节省了面积;通过减小直流偏置电流大小和防止逻辑电路无用空翻的方法,使芯片功耗低于市面上大部分同类型芯片;使用spectre工具,完成电路仿真和优化,仿真结果满足性能指标要求;基于华虹NEC 0.35μm BCD工艺,根据电路进行版图设计,使用Calibre工具进行版图验证,包括DRC、LVS和ERC;使用Calibre PEX工具提取版图寄生参数,替换相关网表,利用spectre工具进行版图后仿真和优化,仿真结果也满足性能...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传输线连接示意图
GND 端接地，DI 端接发送器输入，A、B 端接发送器输出，VINA、VINB 端接接收器输入，VOUT 端接接收器输出。芯片采用单电源供电，标准电源电压为+5V。图2.1 线路收发器芯片外部端口示意图线路收发器芯片的工作温度和电源电压范围如表 2.1 所示，其中温度范围是根据军用标准确定。电源电压范围是依据典型值 5V 的±25%确定。在表中规定的条件范围内，收发器芯片的性能均需满足相应的指标要求。表2.1 线路收发器工作环境最小值 典型值 最大值 单位工作温度 -55 27（常温） 125 °C电源电压 4.75 5.00 5.25 V根据 RS-422 标准的规定，发送器输入电压低于 0.8V，输入为逻辑“0”，输出信号 A< B；发送器输入电压高于 2V，输入为逻辑“1”，输出信号 A> B
而是一个近似梯形的波。如图 2.2 所示，这个输出信号波形的上升沿和下降沿的斜率就是该输出电压的压摆率。图2.2 输出信号的压摆率测量一个运放的压摆率时，可以在输入端加一个较大的阶跃信号，测量输出信号电平从最大输出量的 10%增加到 90%的时间间隔，这个时间内输出电平的变化量与时间间隔的比值即为该运放的压摆率。图 2.2 中输出信号的压摆率计算为：90% 10%90% 10%832 /0.25out out outV V V VSlewRate V sTime t t s (2-1)（2）发送器压摆率对信号的影响——反射与电磁辐射干扰首先分析压摆率对信号反射的影响：由传输线理论可知，一根均匀的传输线的特性阻抗 Z 与其单位长度上所具有的电容 C，电感 L，电阻 R 有关。它是传输线上高频信号的电压与电流的比值[4]。对于忽略电阻损耗的无损传输线，其特性阻抗为Z =LC(2-2)
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种全双工射频收发系统的设计与实现[J]. 谢作全,康超,王宇. 电脑与电信. 2017(06)
[2]一种具有反压保护功能的微功耗LDO[J]. 魏海龙,刘佑宝,廖雪. 微电子学与计算机. 2013(01)
[3]深亚微米混合信号全芯片ESD电路设计[J]. 纪宗江,李冬梅. 半导体技术. 2009(05)
[4]低压低功耗电流模CMOS带隙基准电路[J]. 孔令荣,熊立志,王振华,殷少飞. 微电子学. 2008(03)
[5]CMOS集成电路ESD设计[J]. 蒋玉贺,王爽. 微处理机. 2008(03)
[6]CMOS电路中ESD保护结构的设计[J]. 王大睿. 中国集成电路. 2007(06)
[7]一种应用于深亚微米CMOS工艺的ESD保护电路[J]. 鲍剑,王志功,李智群. 电子与封装. 2005(08)
[8]CMOS线驱动器输出信号压摆率控制的研究[J]. 刘正,游轶雄,王健,许继衡. 微电子学. 2003(04)
[9]串行通信接口标准RS-423/422/485及其应用[J]. 江正战. 电子技术应用. 1994(09)
硕士论文
[1]TopMetal2芯片中电荷灵敏放大器设计[D]. 王楷.华中师范大学 2015
[2]防误码、限摆率RS-485收发器设计[D]. 苏长江.辽宁大学 2012
[3]0.35um工艺MCU电路ESD耐量优化和保护应用[D]. 于洋.西安电子科技大学 2011
[4]LVDS四通道CMOS差分线接收器的设计[D]. 赵璟.西安电子科技大学 2009
[5]基于CMOS工艺的高速CAN总线收发器的设计与研究[D]. 詹辉辉.吉林大学 2008
[6]一种基于0.13μmCMOS工艺的CML高速串行接口电路[D]. 高长平.国防科学技术大学 2007
[7]基于电压降低的IO级联MOS的ESD结构压缩研究和设计[D]. 王大睿.上海交通大学 2007
[8]RS-232通信接口芯片在0.6um工艺下的设计与实现[D]. 吴献.浙江大学 2006
[9]基于多阈值技术的低功耗CMOS电路设计[D]. 张慧熙.浙江大学 2005
本文编号：3309536
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：114 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
传输线连接示意图
GND 端接地，DI 端接发送器输入，A、B 端接发送器输出，VINA、VINB 端接接收器输入，VOUT 端接接收器输出。芯片采用单电源供电，标准电源电压为+5V。图2.1 线路收发器芯片外部端口示意图线路收发器芯片的工作温度和电源电压范围如表 2.1 所示，其中温度范围是根据军用标准确定。电源电压范围是依据典型值 5V 的±25%确定。在表中规定的条件范围内，收发器芯片的性能均需满足相应的指标要求。表2.1 线路收发器工作环境最小值 典型值 最大值 单位工作温度 -55 27（常温） 125 °C电源电压 4.75 5.00 5.25 V根据 RS-422 标准的规定，发送器输入电压低于 0.8V，输入为逻辑“0”，输出信号 A< B；发送器输入电压高于 2V，输入为逻辑“1”，输出信号 A> B
而是一个近似梯形的波。如图 2.2 所示，这个输出信号波形的上升沿和下降沿的斜率就是该输出电压的压摆率。图2.2 输出信号的压摆率测量一个运放的压摆率时，可以在输入端加一个较大的阶跃信号，测量输出信号电平从最大输出量的 10%增加到 90%的时间间隔，这个时间内输出电平的变化量与时间间隔的比值即为该运放的压摆率。图 2.2 中输出信号的压摆率计算为：90% 10%90% 10%832 /0.25out out outV V V VSlewRate V sTime t t s (2-1)（2）发送器压摆率对信号的影响——反射与电磁辐射干扰首先分析压摆率对信号反射的影响：由传输线理论可知，一根均匀的传输线的特性阻抗 Z 与其单位长度上所具有的电容 C，电感 L，电阻 R 有关。它是传输线上高频信号的电压与电流的比值[4]。对于忽略电阻损耗的无损传输线，其特性阻抗为Z =LC(2-2)
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种全双工射频收发系统的设计与实现[J]. 谢作全,康超,王宇. 电脑与电信. 2017(06)
[2]一种具有反压保护功能的微功耗LDO[J]. 魏海龙,刘佑宝,廖雪. 微电子学与计算机. 2013(01)
[3]深亚微米混合信号全芯片ESD电路设计[J]. 纪宗江,李冬梅. 半导体技术. 2009(05)
[4]低压低功耗电流模CMOS带隙基准电路[J]. 孔令荣,熊立志,王振华,殷少飞. 微电子学. 2008(03)
[5]CMOS集成电路ESD设计[J]. 蒋玉贺,王爽. 微处理机. 2008(03)
[6]CMOS电路中ESD保护结构的设计[J]. 王大睿. 中国集成电路. 2007(06)
[7]一种应用于深亚微米CMOS工艺的ESD保护电路[J]. 鲍剑,王志功,李智群. 电子与封装. 2005(08)
[8]CMOS线驱动器输出信号压摆率控制的研究[J]. 刘正,游轶雄,王健,许继衡. 微电子学. 2003(04)
[9]串行通信接口标准RS-423/422/485及其应用[J]. 江正战. 电子技术应用. 1994(09)
硕士论文
[1]TopMetal2芯片中电荷灵敏放大器设计[D]. 王楷.华中师范大学 2015
[2]防误码、限摆率RS-485收发器设计[D]. 苏长江.辽宁大学 2012
[3]0.35um工艺MCU电路ESD耐量优化和保护应用[D]. 于洋.西安电子科技大学 2011
[4]LVDS四通道CMOS差分线接收器的设计[D]. 赵璟.西安电子科技大学 2009
[5]基于CMOS工艺的高速CAN总线收发器的设计与研究[D]. 詹辉辉.吉林大学 2008
[6]一种基于0.13μmCMOS工艺的CML高速串行接口电路[D]. 高长平.国防科学技术大学 2007
[7]基于电压降低的IO级联MOS的ESD结构压缩研究和设计[D]. 王大睿.上海交通大学 2007
[8]RS-232通信接口芯片在0.6um工艺下的设计与实现[D]. 吴献.浙江大学 2006
[9]基于多阈值技术的低功耗CMOS电路设计[D]. 张慧熙.浙江大学 2005
本文编号：3309536
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