两种CMOS串行通信接口芯片的设计

摘要

随着信息化技术的发展，计算机之间的互联及数据传送愈发频繁，多种通信协议应运而生，符合规范的接口芯片对一个性能良好的电子系统的重要性日益凸现。本文针对分别适用于两种不同接口协议的芯片进行了深入系统的研究，完成了电路设计，并采用MPW(Multi Project Wafer，多项目晶圆完成了代工流片制造。 首先，文章给出了两种目前较流行的通信接口协议的标准：RS-422和LNDS，并分析了二者的优缺点。前者的电气特性由TIA/EIA RS-422B规定，它是一种是利用差分传输方式提高通信距离和可靠性的通信标准，具有抗共模干扰能力强、传输距离远的特点，但数据传送速率相对较低。后者LVDS的全称为Low Voltage Differential Signal，即低电压差分信号。LVDS标准具有高速、低功耗、低误码率、低串扰和低辐射等特点，在对信号完整性、低抖动及共模特性要求较高的系统中得到了越来越广泛的应用。 其次，文章针对这TIA/EIA RS-422B和ANSI/TIA/EIA-644两种协议分别设计了符合规范的接口电路，其中RS-422接口芯片为四通道差分输出线驱动器，LVDS接口芯片为单通道差分输出。RS-422驱动器能够将一位CMOS信号转换为一对差分信号，差分输出电压为2.73V，传输速率可达10Mbps，具有上电复位功能和与TTL电平兼容的接口；LVDS驱动器可发送速率高达500Mbps的数据，输出电流3.4mA，差模输出电平300mV，内置高精度基准源及共模反馈电路，可将共模输出电平稳定在1.24V。 第三，在完成电路设计后，采用CSMC 6S05 DPTM-ST2100的设计规则，使用Cadence Virtuoso自主设计了芯片的版图。版图设计中特别强调了匹配性设计，将因器件失配引起的误差降到最低；通过特别添加的ESD保护使芯片具有良好的抗静电能力；精心设计的保护环与器件布局有效地避免了闩锁现象的发生。所设计的版图在通过DRC/LVS验证后，最终生成GDS Ⅱ格式的文件交付代工厂家流片。目前RS-422接口芯片已拿到样片，经测试功能基本达到了预期目标。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1串口通信协议

1.1.1串行通信的基本概念

1.1.2串行通信接口标准

1.2本论文的主要工作

1.3本论文开展的工作环境

2 RS-422接口芯片电路设计

2.1 RS-422接口工作原理及模块划分

2.2三态输出驱动电路设计

2.2.1三态驱动电路结构

2.2.2输出驱动管尺寸计算

2.2.3数字电路设计要点

2.2.4发送控制电路的设计要点

2.3使能电路设计

2.4上电复位电路设计

2.5整体电路及仿真

3 LVDS接口芯片电路设计

3.1 LVDS工作原理及整体模块划分

3.2偏置电路设计

3.2.1电路原理与尺寸计算

3.2.2电源敏感度分析

3.2.3温度相关性分析

3.2.4启动电路

3.2.5电流镜

3.3平衡驱动电路设计

3.3.1拓扑结构

3.3.2数值计算

3.4带隙基准电路设计

3.4.1带隙电路的原理

3.4.2本文设计的带隙电路的结构

3.4.3运算放大器的设计

3.4.4带隙电路的仿真

3.5共模反馈电路设计

3.6整体电路及仿真

4版图设计与验证

4.1 CSMC 0.5μm工艺简介

4.2设计工具简介

4.3版图设计

4.3.1版图设计的基本原则

4.3.2基本器件与匹配

4.3.3 ESD保护

4.3.4闩锁效应

4.4总体版图设计

4.5 DRC与LVS

5测试与展望

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢