【摘 要】
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随着物联网技术的空前发展,智能可穿戴设备和智能手机的功能越来越丰富,功耗也变得越来越高。因此延长智能设备的待机时间成为各大硬件厂商竞争的一块儿“高地”,芯片功耗的优化逐渐成为IC设计领域面临的核心问题之一。本文设计了一款带RC振荡器频率自动校准功能的实时时钟（Real Time Clo ck,RTC）芯片。该芯片设计了两种工作模式:高精度模式和低功耗模式。在低功耗模式下,芯片由功耗较低的RC振荡器
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随着物联网技术的空前发展,智能可穿戴设备和智能手机的功能越来越丰富,功耗也变得越来越高。因此延长智能设备的待机时间成为各大硬件厂商竞争的一块儿“高地”,芯片功耗的优化逐渐成为IC设计领域面临的核心问题之一。本文设计了一款带RC振荡器频率自动校准功能的实时时钟（Real Time Clo ck,RTC）芯片。该芯片设计了两种工作模式:高精度模式和低功耗模式。在低功耗模式下,芯片由功耗较低的RC振荡器提供时钟源,RC振荡器经过频率自校准后,可以提供与石英晶体振荡器接近的高精度时钟。所设计的RTC芯片主要包括万年历、看门狗定时器（Watchdog Timer,WDT）、倒计时定时器和闹钟功能,支持12/24小时进制转换、闰年自动转换、16种可编程的时钟方波输出和RC振荡器的频率自校准,选用一个四线的串行外设接口（Serial Peripheral Interface,SPI）与微控制单元（Microcontroller Unit,MCU）通信。RC振荡器的频率自校准功能是本文RTC芯片区别于普通RTC芯片的一个特色功能,该功能会定期自动开启石英晶体振荡器,RC振荡器自动校准到与石英晶体振荡器相同的频率,校准完成后关闭石英晶体振荡器。该设计在系统层面优化了电路功耗,使RTC产品在低功耗的应用场景中更加具有竞争力。另外,RTC芯片中有多处跨时钟域信号的交互,本文总结了传统的跨时钟域信号的处理方法,结合实时时钟电路的特点,设计了一种稳定性更高的跨时钟域处理专用电路。本文采用自顶向下（TOP-DOWN）的设计方法,划分子功能模块,用verilog HDL编写RTL级代码,完成数字电路部分的设计;用Modelsim仿真工具检验电路功能;最后,用ISE完成电路综合,搭建验证平台并在FPGA开发板和串口软件工具上完成电路的验证。经过验证,RTC电路完全实现了设计的功能。
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