【摘 要】
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时钟电路是现代电子产品的重要组成部分,它为系统提供稳定、精确的时钟基准。随着集成电路技术的发展,集成化的时钟芯片也成为时钟电路的主流。但温度变化会影响集成电路的性
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时钟电路是现代电子产品的重要组成部分,它为系统提供稳定、精确的时钟基准。随着集成电路技术的发展,集成化的时钟芯片也成为时钟电路的主流。但温度变化会影响集成电路的性能,时钟芯片也存在这样的问题。本文采用HHNEC 2.5um CMOS工艺,设计了一款采用石英晶体做为振荡元件,具有高精度和高稳定性的温度补偿时钟芯片。本文完成了温补时钟芯片的完整设计流程,包括方案设计、电路设计、测试和调试。首先,本文从需求角度分析并确定了项目中时钟芯片的核心参数,进而给出芯片的架构设计。从系统层面上将芯片分为RTC功能模块和温度补偿模块,并将温度补偿模块作为本文的重点内容。其次,本文对RTC功能模块进行了详细的介绍,这包括振荡器、总线接口及协议、以各类寄存器为核心的计时、闹钟和定时器模块。该部分还包括了低压检测、振荡波检测和POR等辅助电路。再次,本文介绍了数字温度补偿机制。文章从分析石英晶体谐振频率的温度特性入手,确定了通过调节振荡器负载电容来稳定振荡器谐振频率的数字温度补偿方案。根据该温补方案,提出了温度补偿模块中的几个模拟电路的设计方法,包括:温度检测电路、基准电路和SAR ADC。最后,文章给出了流片后的样片调试和测试结果,其中温补时钟的调试方法也是论文的重点。基于大量样片的测试结果,文章做了总结,并得出了影响样片成品率的主要原因在于封装对石英晶体的损伤。虽然样片没能达到商用要求,但文章仍然总结出了一个完整的温补时钟设计流程。样片在不考虑商用性的情况下可以保证精度在?10ppm以内,并保证较高的成品率。
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