USB前端接口设计与整体芯片验证

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着计算机系统的功能不断丰富和完善，涌现出了大量面向应用背景的计算机周边设备，这就促使人们更加关注计算机与其周边设备的通信的诸多问题，长期以来，多数周边设备均利用专用接口卡或串/井行接口与计算机实现通信。而当更多的周边设备连入计算机的时候，传统的接口通信由于系统资源占用大、扩展性差等方面的原因已远不能适应计算机与周边设备通信的需要。为此，人们利用设备插架技术发展了一种新的通信接口总线技术一一通用串行总线(USB)技术。由于USB总线技术具有诸如较高的传输速率、多个周边设备共

2、享总线、支持即插即用与热插拔等方面的优点，使得USB在计算机与其周边设备的通信中占有了重要地位。本论文的主要研究工作包括以下四部分:首先，详细分析和描述了USB1.1的体系结构，总结了USB设备所应具有的属性和功能，重点分析了其数据通信模式和协议层数据传输特性。其次，分析USB1.1协议规定的差分收发哭，依据第三方的模型采用逆向设计方法对USB差分接收器和驱动器进行了再设计，并同时利用HSPICE，依据协议叙述的负载要求对差分接收器电路和驱动器进行了静态特性、温度、功耗以及它的动态特性等方面的模拟分析。从模

3、拟的分析结果来看，电路设计完全满足USB协议规定的电气特性要求。然后，在对USB设备架构分析的基础上，提出了一种结构清晰、功能明确的USB设备串行接口引擎SIE结构，并完成了SIE的VLSI实现，同时为其向USB2.0扩展留下了设计空间。利用上华0.6umCMOS工艺库在60MHz的综合频率约束下综合得到SIE模块的门数为342517，动态功耗为52.2mW;利用TSMC0.25umcmoS工艺库综合得到SIE模块门数为363517，动态功耗为38.71mW最后，基于总线功能模型(BFM)思想，建立了USB

4、设备和I1C设备的层次化总线功能模型。在这个基础上利用模型初步建立了USB设备的验证平台，利用验证平台对USB设备做了功能验证和时序验证。并对代码覆盖率作了评估。关键词通用串行总线;串行接口引擎:差分收发器:验证哈尔滨T业大学下学硕士学位论文AbstractWiththecontinuousexpansionofperformanceinthecomputersystem,allkindsofcomputerperipheraldeviceswithdifferentfunctionspringupinla

5、rgequantities.Asaresult,thecommunicationbetweenthecomputeranditsperipheraldevicesisbecominganinterestingproblem.Withinalongtime,thespecialinterfacecardorserial-parallelinterfaceisthemaincommunicationmethodbetweenthecomputersanditsperipheraldevices.Butwhile

6、moreandmoreperipheraldevicesneedcommunicatewiththecomputerandthetraditionalinterfacecommunicationcannotmeettherequirement,anewcommunicationbustechnology-UniversalSerialBusisputforwardanddeveloped.Aswellknown,USBhasmanyadvantages,suchashightransmissionspeed

7、,peripheraldeviceshareinBus,plug-and-playandhotplug,whichimprovethecommunitionbetweentheperipheraldevicesandthecomputer.The，aintaskinthispapercanbedividedintofourparts:First,thearchitechtureofUSB1.1isdescribedandanalyzedindetail,andthecharacteristicsandfun

8、ctionsforUSBdevicearesummarized.Atthesametime,thedatacommunicationmoduleandthedatatransfercharactersareanalyzedemphastically.Next,thedifferentialtransceiverspecifiedbyUSB1.1speicificationisanalyzed.Thediferen