MCU芯片的复位电路与多模式时钟系统设计

摘要

微控制器的应用领域相当广泛，工业过程控制、智能化仪表、环境监测、汽车电器、家用电器等都可以看到MCU的身影。对于一块MCU来说，其数字逻辑功能的实现是首要的。但是，保障其安全可靠远行的监控电路和时钟系统也非常关键。现在的系统监控电路向着多功能系统级发展，从早期仅有的电压监测，发展到后来的看门狗、数据保护等功能。系统时钟也由单一的外部时钟输入发展到外接晶体振荡时钟源、内部振荡时钟源。
　　本课题的目的就是为一款MCU芯片设计复位系统电路和多模式可配置时钟源电路。在分析中外文献片内电源监控、程序监控和各种时钟产生电路设计的基础上，设计了本文电路：
　　1.采用带隙电压比较器检测电源电压的上电复位和欠压检测电路，在电源电压达到安全工作点时，产生一个复位脉冲，为系统初始化赋值。当电源电压下降时，将系统锁定，避免错误发生。上电复位电压点和欠压检测电压点单独可调；
　　2.分时复用的看门狗、上电延时定时器和晶体振荡起振定时器，可以在编程时对看门狗定时长度在18ms-2.3s之间设定；
　　3.具备滤除干扰信号的外部复位电路，响应外部50ns以上的复位信号，并保证对内产生一个不低于200ns的复位信号；
　　4.设计了一个20MHz的皮尔斯晶体振荡电路，为系统提供高精度时钟信号；5.具备精度可以数字微调的4MHz片内RC振荡器，采用一种新颖的带隙基准
　　电压源做参考，使用PTAT电流和CTAT电流叠加的形式获得温度特性很好的电流，采用双比较器对称结构设计以消除比较器迟滞对时钟精度的影响，获得精度很高的时钟，并且在电路物理实现以后还可对频率进行微调，最终达到频率精确度在±1％以内。
　　本设计基于华晶上华的0.5μm CMOS工艺。对电路仿真分析表明，本文设计的复位系统电路和时钟源电路符合设计要求，达到了设计目的。现已应用于一块MCU芯片投片。

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第一章 引言

1.1 国内外微控制器的发展

1.3 本文主要工作

第二章 芯片的硬件监控与时钟源

2.1芯片的硬件监控技术

2.2 芯片时钟源

第三章 MCU复位系统电路设计

3. 1复位系统电路

3.2 上电复位和欠压检测电路设计

3.3 外部复位电路设计

3.4 WDT复位电路设计

3.5 PWRT电路设计

3.6 OST电路设计

3.7 WDT、PWRT和OST的整合设计

3.8 复位系统仿真分析

第四章 MCU多模式可配置时钟系统设计

4.1时钟系统的多模式架构设计

4.2 时钟系统可配置性设计

4.3 晶体振荡器时钟设计

4.4 外部RC振荡器时钟设计

4.5 INTOSC振荡器时钟设计

第五章 电路的版图设计

5.1 电路的版图设计考虑

5.2 本文电路的芯片版图

结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的成果