低功耗计数器ASIC及ATE测试平台设计

发布时间：2017-09-08 11:42

  本文关键词：低功耗计数器ASIC及ATE测试平台设计

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【摘要】：本文首先研究了CMOS电路功耗的来源和分类,在此基础上详细介绍了低电压/多电压设计、时钟门控、电源门控、动态电压和频率调整等有效的低功耗技术。同时分析了每种技术的优缺点及应用场合。然后结合工业用旋转编码器需求,设计了一个低功耗格雷码计数器ASIC。利用多级休眠、时钟门控等机制,控制数字电路平均功耗10μW以内,预期平均工作电流小于50μA,电池供电续航5-10年。针对RC时钟频率漂移,格雷码信号不稳定等问题,引入了时钟校准和码距滤波方式加以解决,增强了系统的可靠性。采用双时钟沿触发寄存器取代标准D触发器的设计,使0.25μm2.5V工艺下实现的电路,在1.8V供电条件下也可正常工作。最后,本文设计了一个基于FPGA+ARM架构的芯片测试平台ATE。ATE平台用于对待测芯片进行一系列测试,包括SPI接口测试、RAM测试、SNR测试和DFT测试等。结果表明ATE测试平台完成了各项测试任务,符合设计要求。
【关键词】：低功耗 时钟门控 编码器 格雷码 SNR DFT
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN402
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 研究背景10
• 1.2 课题来源与意义10-12
• 1.2.1 低功耗计数器10-11
• 1.2.2 计量芯片测试平台ATE11-12
• 1.3 本文结构12-14
• 2 功耗来源及分析14-20
• 2.1 动态功耗15-18
• 2.1.1 开关功耗15-16
• 2.1.2 短路功耗16-18
• 2.2 静态功耗18
• 2.3 本章小结18-20
• 3 数字电路常用低功耗设计方法20-27
• 3.1 低电压/多电压设计20-22
• 3.2 时钟门控22-24
• 3.3 电源门控24-25
• 3.4 动态电压和频率调整25
• 3.5 本章小结25-27
• 4 低功耗计数器ASIC设计27-46
• 4.1 电路结构27-29
• 4.2 低功耗设计29-33
• 4.2.1 休眠唤醒机制29-31
• 4.2.2 双时钟域选择31-32
• 4.2.3 时钟门控32-33
• 4.3 可靠性考量33-41
• 4.3.1 双沿触发器33-35
• 4.3.2 时钟精度及校准35-38
• 4.3.3 HSI开启及切换38-39
• 4.3.4 格雷码滤波39-41
• 4.4 电路综合与功能验证41-46
• 5 ATE测试平台设计46-68
• 5.1 测试需求及目的46-47
• 5.2 SPI_SLV接口47-54
• 5.2.1 SPI协议介绍47-49
• 5.2.2 电路实现49-51
• 5.2.3 SPI写操作51-52
• 5.2.4 SPI读操作52-53
• 5.2.5 SPI复用机制53-54
• 5.3 SNR测试模块54-60
• 5.3.1 SNR分析原理54-55
• 5.3.2 BUS_MUX模块55-56
• 5.3.3 SAMPLE模块56-57
• 5.3.4 FFT_TOP模块57-60
• 5.3.5 SNR计算模块60
• 5.4 DFT测试模块60-64
• 5.4.1 DFT扫描原理60-61
• 5.4.2 电路实现61-63
• 5.4.3 DFT Pattern63-64
• 5.5 FLASH接口复用机制64-65
• 5.6 本章小结65-68
• 6 总结和展望68-69
• 参考文献69-71
• 作者在硕士生期间取得的科研成果71

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本文编号：813837