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电池管理系统提高了动力电池组的使用寿命、增加电池组系统的安全性是动力电池乃至电动汽车的关键技术。高速传输的系统架构为电池管理系统的高精度SOC的估算提供硬件基础,电池管理系统应用中复杂的电磁环境需要有较高的抗干扰能力,因此一般需要采用隔离通讯的方式来提高传输的可靠性。 在上述背景下,本文主要针对应用与电池管理系统的隔离通讯特点,对标准化隔离通讯接口芯片进行了研究,重点关注隔离通讯接口的可靠性和实用性,设计了面向隔离通讯芯片的全数字时钟数据恢复电路和基于SPI总线信号编解码协议。本文主要完成了以下工作: 1.在调研相关资料的基础上,确定了电感耦合隔离作为隔离通讯芯片的隔离方案,并采用双绞线作为传输介质,可支持总线型、菊花链型等多种网络结构。同时简要介绍了隔离通讯芯片内部各个模块和基本功能,指出时钟数据恢复电路是提高通讯可靠性的核心IP模块。 2.简要介绍了不同结构的时钟数据恢复电路的工作原理,和各自优缺点,在结合隔离通讯接口实际应用条件的基础上设计了一款不带参考时钟的全数字时钟数据恢复电路。设计了双模式鉴频鉴相器,完成同步信号和随机数据的处理;采用了改进的二进制搜索算法极大的加快了锁频进程,完成锁频后又利用抖动抑制滤波器减小输出抖动;设计了完全基于标准单元的数控振荡器,采用粗调与精调级联的结构,展宽频率调节范围的同时提高了频率分辨率,同时具有功耗低、线性度好、可移植性强等优点。 3.定义了一套编解码协议,能将SPI四线信号转化成能够用两根线传输的差分信号形式,在兼顾时钟数据恢复电路需求的基础上插入冗余脉冲,提高传输的可靠性。 4.完成了隔离通讯芯片的后端设计,采用DC+ ICC+ Calibre的后端流程,完成了芯片数字部分从综合、自动布局布线到物理验证的过程,与全定制部分拼接成整体版图,并流片。设计了用于测试的PCB版,完成了部分芯片测试工作。论文设计的隔离通讯芯片采用0.18umCMOS标准工艺实现,整体面积为1.33mm*1.45mm,其中CDR的版图面积为250um*350um。全数字时钟数据恢复电路锁定频率范围为16MHz~80MHz,能够在10us内完成频率捕获,输出峰峰抖动137.13ps,RMS抖动32.39ps,1.8V供电电压下整体功耗为1.279mW@40MHz。测试结果显示,电路基本能完成数据收发功能。