集成電路數字芯片系統設計與研究

馬肇崇 顏子涵

摘 ?要：作為信息產業的基石，集成電路在國民經濟中發揮著舉足輕重的作用。本文主要介紹了集成電路中數字芯片系統的系統分析前端設計過程和體系結構設計。 在設計中包含控制寄存器，分頻器，尋址計數器，模360加法器，ROM和頂層設計6個模塊，并基于 Synopsys DC實現了電路系統設計以及架構設計。

關鍵詞：數字集成電路;單片機系統;SPI接口

引言

數字電路通常是由簡單的單元電路組成的大規模系統，體現了“簡單”和“復雜性”的統一。制造工藝的進步對數字電路性能產生了重大影響。 采用較小特征尺寸的相同設計將大大提高各方面的性能。

1 系統分析

在應用系統設計中，通常需要精確地測量兩個物理量之間的差異，例如溫差，壓力差等。高分辨率A / D轉換器通常使用SPI接口使用微控制器在時間同步中直接讀取數據。 在單片微計算機（MCU）系統中，處理器可以具有比采樣具有更高優先級的多個任務，并且難以確保同時測量兩個采樣通道的數據，因此有必要使用接口芯片來改善數據同步。

1.1 用戶需求分析

根據用戶需求進行分析，假設兩個A / D轉換器是相同類型的芯片，轉換可以在轉換結束時同時開始。

假設兩個A/D轉換器是同型號的芯片，可同時啟動轉換，待轉換結束時

1.2 SPI接口

從概念上講，SPI端口相當于連接兩個器件中的移位寄存器， 數據在兩個2個移位寄存器中交換，時鐘由主控制器控制。SPI接口具有兩條用于全雙工通信的單向數據線。時鐘極性選擇位（CPOL）用于在器件使能后或兩字節數據傳輸間隔期間未發送數據時選擇SCK的空閑電平。時鐘相位選擇位（CPHA）用于選擇數據接收設備的采樣時刻。 可能在Idle to Active的跳變沿，也可能在Active to Idle的跳變沿。在此采樣時間，在線數據必須穩定可靠，因此數據傳輸設備應提前將數據移出數據線。 如圖2是一種典型工作時序。

2 架構設計

如圖3所示，本文設計的VLSI數字IC和模擬IC流程主要基于直接數字頻率合成（DDS）和VHDL技術， 主要分為5個部分：控制寄存器，分頻器，尋址計數器，模360加法器和ROM存儲波形。

控制存儲器的功能是將外部輸入數據轉換為幅度控制字和頻率控制字，以控制后續功能模塊。分頻器的主要功能是根據頻率控制字確定特定的分頻系數，然后輸出與頻率控制字對應的時鐘信號。然后將輸出時鐘信號發送到地址計數器。

地址計數器的功能是根據從分頻器發送的時鐘信號產生用于存儲波形的ROM的波形輸出的地址信號。這里的尋址空間是360B，因此這個尋址計數器實際上是一個模為360的計數器。

模360加法器的主要作用是用來產生120°的相移，目的是為了形成三相相差均為120°的輸出波形，由于存儲波形的 ROM的地址空間是360 B，當輸出的地址計數大于360時，需對數值進行模360計算。儲存波形的 ROM的主要功能是用來儲存各種波形數據，目的是通過尋址計數器進行尋址輸出，并通過 D/ A轉換輸出各種波形，包括方波，正弦波和鋸齒波。

結論

本文在設計中劃分了控制寄存器、分頻器、尋址計數器、模360加法器、ROM及頂層設計共6個模塊，設計中給出了應用系統示意圖以及架構設計圖，并基于Synopsys ICC完成了物理版圖的設計。

參考文獻

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[2] ?宋鐵生. ?集成電路測試技術的應用研究[J].電子測試. 2017（16）