【摘 要】
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在工业控制中,脉冲宽度调制（PWM）作为一种有效的数字信号控制模拟电路技术,被广泛用于电力电子、电机控制及机械控制等领域中。为了满足工业控制需求,需要在SoC芯片中集成PWM发生器,本课题基于SoC技术完成了符合APB总线接口标准的四相PWM IP核的设计与验证,论文的主要工作如下:针对工业控制芯片的PWM功能需求,完成了PWM核的前端设计,包括总体架构定义、模块功能划分、模块原理设计等工作,设计
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在工业控制中,脉冲宽度调制（PWM）作为一种有效的数字信号控制模拟电路技术,被广泛用于电力电子、电机控制及机械控制等领域中。为了满足工业控制需求,需要在SoC芯片中集成PWM发生器,本课题基于SoC技术完成了符合APB总线接口标准的四相PWM IP核的设计与验证,论文的主要工作如下:针对工业控制芯片的PWM功能需求,完成了PWM核的前端设计,包括总体架构定义、模块功能划分、模块原理设计等工作,设计完成后的PWM核具有输入捕获、输出比较、死区插入等丰富功能。在研究国内外PWM应用的基础上,对PWM功能进行了优化,比如使用了时钟选择电路来解决时钟切换时出现的毛刺现象;通过设置缓冲寄存器来确保寄存器配置时输出波形边界的平滑过渡;增加输出波形类别来扩展PWM核的应用场景等,这些设计提升了PWM核的功能可靠性。另外PWM核总线接口符合APB总线协议,CPU可以通过总线与其进行通信,体现了PWM核的功能灵活性。基于SMIC 0.18μm工艺和ASIC设计流程,完成了PWM核的逻辑综合和布局布线。通过综合工具DC完成了RTL代码至门级网表的转化,综合后的PWM核面积约为52000μm2、门数约为9.4 k。综合目标频率为50 MHz时,得到的slack=8.69ns,满足建立时间的时序要求。通过布局布线工具ICC完成了PWM核门级网表至数字版图的转化,目前版图已通过ICC的DRC和LVS检查,时钟偏斜为0.0934 ns,符合时序要求,功耗为2.4490 m W。基于仿真和验证工具,完成了PWM核的功能验证和形式验证。针对PWM核的模块功能点,制定了各模块的验证计划,以此完成模块级验证,并且搭建了SoC最小系统来完成系统级验证,通过分析验证结果来表明PWM核功能的正确性。另外通过RTL代码与门级网表的匹配点比较,完成了PWM核的形式验证,此过程共验证并通过了868个匹配点,证明了PWM核的门级网表与RTL代码功能一致。基于上述的研究和工作,本课题完成了PWM核的前端设计、功能验证及后端实现,可以为工业控制SoC芯片设计者提供能加速设计进度、功能多样、灵活可配置的PWM IP核。
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