usb2.0物理层接口芯片数字设计和芯片验证

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1、武汉理工大学硕士学位论文USB2.0物理层接口芯片的数字设计和芯片验证姓名：汪颖申请学位级别：硕士专业：物理电子学指导教师：刘金根201205摘要随着计算机技术的迅速发展，消费者对外部总线速度的要求越来越高，使得高速总线得到了广泛的应用。正是在这样的大环境下，USB设备取得了快速发展。从最初的USBl．0版本发展到后来的USB2．0版本，数据传输速率越来越快。目前，USB2．0总线凭借其具有易用、高传输速率、接口可供电、可热拔插、向下兼容USBl．1、功耗低等特点，成为个人电脑和手持设备与外设连接的互联标准。USBPHY(物理层，PhysiealLayer)作为USB2．0设备中不可缺少的

2、一部分，具有较强的通用性，它既可以作为单独的PHY芯片在整个USB系统中使用，又可以作为IP核，直接集成到大型的SOC设计中去，因此其具有广阔的市场前景和现实意义。本文主要是根据UTMI(USB2．0TransceiverMacrocellInterfaces)协议的要求，将USBPHY进行了整体的结构划分和功能模块的划分，该结构分为三大部分：模拟发送前端、锁相环和数字控制电路。论文详细阐述了数字控制电路中的寄存器配置模块、数据发送控制逻辑状态机、反转不归零编码模块、比特填充器模块、并行转串行模块的实现原理和方法。在完成设计并整合其他的模块后，对整个USBPHY模块进行了严谨的数字逻辑仿真

3、，并且针对仿真结果进行了分析。USBPHY的设计在经过中芯国际的55nm的工艺流片之后，针对该芯片进行了详细的芯片验证，验证分为三大部分：第一部分主要是针对芯片的信号完整性进行验证，利用示波器和示波器自带的USB一致性测试软件，对USBPHY芯片进行了眼图验证，通过对比测试失败眼图和测试成功通过的眼图，从而证明了本芯片可以通过信号完整性测试；第二部分是针对数字电路的基本接口控制信号时序验证，通过示波器抓取信号的相位关系，从而进行时序的验证；第三部分针对本设计内部的数字逻辑电路进行验证，在FPGA开发板中集成了测试系统，利用两块USBPHY测试子板分别进行数据的接收和发送，通过测试系统中的自

4、动比较模块，进行收发数据的对比，以达到完成验证本芯片数字逻辑电路的目的。论文最后总结了本文的研究工作，并且针对本课题提出了一些以后需要进一步改善的地方。关键词：通用串行总线(USB)，UTMI，物理层(PHY)，FPGAAbs仃actWi血therapiddevelopmentofdomesticcomputertechnology，consumersincreasinglyhighrequirementsontheextI湖aIbusspeed,theapplicationsof11i曲一speedbuscssaremoreandmore诹de．Inthisenvironment,the

5、USBdevicehasbeenrapiddevelopment，fromtheinitialversionofUSB1．0toUSB2．0version,dataratesbecomefasterandfaster．Atpresent,theUSB2．0busownsthefeaturesofeasyuse，highspeed，interface·suppliedpower，hotplug，goodcompatibility，lowpowerandSOon．The∞featuresmakeittotheinterconnectionstandardsofthePCandthemobile

6、devices．USB2．0PHY(physicallayer)hasastrongversatility嬲allindispensablepartofUSB2．0devices，eitherasaseparatechipintheUSBsystem,theycanbeusedasIPcores，integrateddirectlyintothelargetoSOCdesign．Anditwillhavewidemarketandpracticalapplications．Inthispaper,isbasedontherequirementsoftheagreementoftheUTMI

7、(uss2．0TransceiverMacrocellInterfaces)，USB2．0PHYdivisionoftheoverallstructureanditsfunctionalmodules．Thestructureisdividedintothreeparts：theanalogtosendthefrom-end,PLL，anddi酉talcontrolcircuits．Thepaperelaborated0