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目前,在国内的消费类电子市场中,电子手表芯片是不可忽视的一个重要部分。本文中,作者结合在深圳集成微电子公司的实习工作,对现有手表芯片技术进行了分析,完成了多功能手表芯片S7431的设计。
本文设计的S7431芯片是一款提供模拟/数字双重时间显示的多功能手表芯片。其中,模拟部分设计为两指针驱动,数字部分为6位数字LCD显示。该芯片在功能上实现了多时区、多功能模拟、数字显示及背光控制的三合一,同时还包括秒表计时、闹钟提示等手表常用功能,功能上非常全面,并进行了多处低功耗设计。目前,国内市场,还没有同类的自主研发的手表芯片。
本文总结了手表芯片的不同实现方法,提出了S7431芯片的实现方案和整体架构,并进行了功能模块划分。芯片内部电路分为模拟电路部分和数字电路部分。根据功能模块划分,模拟电路部分主要包括:上电复位电路、晶振电路、基准电压源电路、背光电路和倍压电路。本文完成了各部分模拟电路的设计,并对实现原理、电路结构以及技术要点进行了详细分析。其中,晶振电路是手表电路的设计难点,文中对该电路的快速起振、电容匹配、仿真方法等关键问题进行了进一步分析。数字电路部分主要包括:分频电路、按键扫描、状态转换、闹铃唤醒、计数电路、跑表电路、LCD显示译码、模拟指针驱动等。本文完成了上述电路的设计,通过modelsim仿真实现了各部分功能,并针对其中的设计要点进行了讨论。在完成单元模块设计后,通过下载FPGA的方法验证了整个数字逻辑电路的功能。对手表电路设计的两个关键问题——功耗和逻辑可靠性,本文进行了详细的总结,从原理、一般的解决途径到在S7431电路中具体应用进行了分析和讨论。最后,介绍了S7431的版图实现、版图验证和整个芯片的测试方法。
S7431芯片已经成功流片,测试结果显示各项功能和参数符合要求,目前已进入批量生产阶段。