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屏蔽线在版图中的应用
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淘豆网网友近日为您收集整理了关于磁条卡解码芯片中编码电路的设计的文档，希望对您的工作和学习有所帮助。以下是文档介绍：西安电子科技大学硕士学位论文磁条卡解码芯片中编码电路的设计姓名:牛宜超申请学位级别:硕士专业:微电子学与固体电子学指导教师:胡辉勇摘要本文基于SPM2200磁卡解码芯片的特点与应用,研究了该芯片的系统结构,设计了该系统中编码模块的电路结构,该模块主要负责将模拟电压信号转换为二进SUF2F编码,其性能的好坏直接关系到芯片对低频小信号的处理能力,因此该模块是SPM2200磁卡解码系统中一个不可或缺的重要模块。本文依据SPM2200磁卡解码系统的特点、应用以及性能指标,提出了一种新颖的电路结构。该结构不同于其他电路中比较基准固定不变,而是比较基准能够随着输入信号的电平值实时变化,这种结构不仅能够有效地降低低频小信号的毛刺干扰,而且还提高了电路编码效率,降低了无效误码和数字解码电路的设计难度;同时,该电路紧凑的结构,有效地缩小了芯片面积,降低了芯片制造成本。基于CSMC0.5um CMOST艺库,应用仿真软件,对该模块电路性能进行了模拟仿真,结果表明完全达到了设计要求。接着,基于工艺库进行了版图设计。在版图设计过程中,对重要的模拟电路采用了对称性设计,利用“保护环”对电路与产生的衬底噪声进行了隔离,并分别使用“数字地&和“模拟地”,避免了数字模块产生的大的瞬时噪声干扰模拟模块的正常工作,对敏感信号线做“屏蔽&处理。最后,进行了流片验证,测试结果表明,在刷卡速度为10cm/S(信号频率大约为200Hz)的情况下,芯片能够正常工作,达到了设计指标。关键词:编码电路解码芯片 F2F编码AbstractBased on SPM2200 ic card decoder chip’s characteristic and application.the Papel&researches on the system structure of the chip,and designs the coder circuit ofthis chip which mainly sees to transform analog voltage signals into binary F2F signals.The capability of coder circuit module iS related to the performance of dealing with lOWfrequency small signals of the chip.SO this module is one of the necessary andimportant modules of SPM2200 ic card decoder chip.In this paper,according to the characteristic、application and performance ofSPM2200,we put forward a new structure.Ⅱ1iS structure.unlike other circuits whichhave an invariable benchmark.its benchmark is changed with the input signals.Thisstructure Can e the j alTl of glitch for low frequency small signals effectively.Atthe same time.the structure can also improve coding e伍ciency,and reduce error rate incoding and the difficulty of decoder’Sand the structure of circuit paction,which can reduce the area of chip,and depress the cost of fabrication.Based on CSMCO.5um CMOS technology,using EDA software,we simulate theperformance of this module.砀e result proved that the performance achieved therequest of the design.Consequently,pleted layout design according toCSMC0.5um CMOS technology.During our design.we mon.centroid 1ayout forsome important circuit,and used guard ring to isolate sensitive circuit against bulk noisemade by other circuit.Also,we used“digital ground’’and“analog ground’’SO as toavoid instantaneous noise created by digital circuit to interfere analog circuit.For somesensitive signal line,we shielded them.At 1ast,the design Was taped out.And the sample Was tested.The test resultsproved that if we moved the card at the speed of 1 Ocm/S(signal frequency is about200Hz),the chip worked wonderful and fulfilled the request of the design.Keywords:coder circuit decoder IC F2F coding西安电子科技大学学位论文独创性(或创新性)声明秉承学校严谨的学分和优良的科学道德,本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切的法律责任。本人签名:日期型掣鲫西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证,毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。(保密的论文在解密后遵守此规定)本学位论文属于保密,在一年解密后适用本授权书。本人签名:导师签名:第一章绪论第一章绪论弟一早珀T匕1.1 CMOS模拟集成电路的发展在1930年,金属一氧化物一半导体场效应管开始出现。然而,由于制造技术的限制,MOS技术一直未能走向实用阶段。直到20世纪60年代初期,市场才开始出现MOS器件产品,早期的产品是n型的。20世纪60年代中期,互补MOS(CMOS)器件出现,随即引发了半导体工业的一场革命。CMOS器件的优势在于尺寸可以按比例缩小,同时功耗较低,制造成本低廉。具备这些优势的CMOS器件迅速占领了数字电路的市场。CMOS器件用于模拟电路设计是CMOS技术的一大进步。然而,这一进步并不是一帆风顺,CMOS器件本身的缺点限制了它在模拟技术中的应用。这些缺点主要是指MOS管的速度慢,噪声相当大。然而,MOS器件也具有双极器件无法抗衡的巨大优势——器件尺寸可以按比例缩小,这一优势为MOS器件的发展带来巨大的推动力,并不断提高MOSFET器件的速度。现在,MOS管器件的速度已经可以与双极器件的速度相比较。于是,模拟电路设计师开始考虑用CMOS技术制造模拟电路。随着CMOS制造技术的发展,S技术制造模拟电路和数字电路显现出极强的吸引力:电路的整体性能得到改善,封装成本降低,制造成本也具有竞争优势。CMOS技术也因此在模拟领域占据主导地位。在现实世界中,模拟电路并没有像许多专家预言的那样逐步消失,反而迅猛发展。尽管信号的处理早已转向数字领域,然而,模拟电路在许多复杂系统中的作用依然不可替代。在许多高性能系统中,模拟电路技术甚至是必须的。例如,自然界的信号都是模拟量,而这些信号最终大多以数字方式进行处理,模一数转换器(ADC)和数字信号处理器(DSP)在这样的系统中都是必须的。同时,这些信号很微弱,通常很难直接进行数字化,而且它们极容易受到有害的、频带外的干扰。这样,一个用来增强信号电平的前置高性能放大器和一个模拟滤波器也是必要的。一个典型的结构如图1.1所示:图1.1自然信号处理系统日DSP磁条卡解码芯片中编码电路的设计这样的例子还有很多,如数字通信中接收器的设计、磁盘读写信道集成电路的设计以及无线接收器、光接收器和传感器等等。这些都说明在现代IT行业中模拟电路被广泛应用。模拟电路在现代IT行业中有自己的一片独立天地,而且这也是数字电路无能为力的一片天地。1.2磁条卡和F2F编码电路的发展磁条卡是一种卡片状的磁性记录介质,与各种读卡器配合使用。磁卡利用磁性载体记录了一些信息,用来标识身份或其它用途。视使用基材的不同,磁卡可分为PET卡、PVC卡和纸卡三种;视磁层构造的不同,又可分为磁条卡和全涂磁卡两种。T脚瞳I-rme垃l躺够0弘l辩a靠&蛾抽哟图1.2磁条卡与磁道磁卡的使用已经有很长的历史了。由于磁卡成本低廉,易于使用,便于管理,且具有一定的安全特性,因此它的发展得到了很多世界知名公司,特别各国政府部门几十年的鼎立支持,使得磁卡的应用非常普及,遍布国民生活的方方面面:打电话可以用磁卡,坐飞机检票可以用磁卡,股票市场可以用磁卡。值得一提的是银行系统几十年的普遍推广使用使得磁卡的普及率得到了很大的发展。在美国等一些发达国家,由于磁卡广泛应用于银行、证券等系统,磁卡的应用系统非常完善,如果将已有的这些磁卡应用系统,包括Visa卡/MasterCard卡应用系统在内,全部换成正在日益成熟的智能卡系统,那么每年的投入至少上千亿美元,并且将严重影响国民的生活使用习惯以及应用系统的正常运转等。这也是智能卡系统在美国的发展远比欧洲国家要慢的原因所在。在未来很长的一段时间内特别是像美国这样一个银行磁卡应用系统高度发达的国家,银行磁卡应用系统将同智能卡应用系统以互补方式共同存在。智能卡的总体安全保密性比磁卡的确要好,但是非常完善的磁卡应用系统(例如银行系统)弥补了磁卡在其安全保密特性上所存在的不足。磁卡上的数据记录是按照IS0781 l的标准规定。在一条磁道中,每5个bit组成一个byte的数据,pl,c4,c3,c2,c1,其中p1表示奇偶校验位,e1一e4第一章绪论表示数据位,一共可以表示16种字符.在这些字符当中含有lO个阿拉伯数字和6个其他字符。磁道上的数据是逻辑取反的,即磁道上取到的为1的数据,实际表示逻辑0。将取反后得到数据的低四位再加上0X30可以取到相应ASIC码。磁道上的数据可以大体分为6个部分(见图1.3),磁道开始有一些冗余数据,紧接着是起始标志位,再者是数据区,后是结束标志位。在这之后是LRC(纵向冗余校验位),最后又是冗余数据区。二磁道从开始标志位到结束标志位一共最多可以有40个数据。l冗象数据区l歼始铄港位l数霭蘧 l笼廉赫志塑|王一托e l咒寐敷薅区 l图1.3 Track2数据信息磁卡的读写都是由磁头完成。为了将数据信息写入磁卡,首先要对信息进行编码,可采用的编码方式有:调频制(FM)、调相制(PM),改进调频￥1](MFM,F2F)等。将经过编码的信号电流通人写磁头,并且使写磁头与磁卡磁性面贴近,写磁头与磁卡间以一定的速度进行相对运动,磁轨被磁化,信息即被写入到磁卡磁轨之上。在调频制记录方式中,信息的写入是依靠写入电流频率的变化来实现的。F2F制编码是在FM调频制的基础上改进的一种编码方式,其编码规则是:记录“1”时,写电流在位周期中间改变方向;记录“0”时,写电流不改变方向;写电流在每次位周期边界改变方向。磁头读入信号与相应F2F编码示意图如图1.4所示。O 1 0 1 1 O图1.4 F2F编码磁条卡解码芯片中编码电路的设计磁卡数据的读出是写入的反向过程,是将磁轨上的磁信号转变成电信号,通过二进制编码转化成二进制信号。最后将二进制信号转变成源信号。实际操作是将磁轨贴近磁路间隙,且磁轨以一定的速度通过磁头,使磁头磁路有磁通变化.根据电磁感应定律,磁头线圈产生感应电势,即磁轨上的磁信号转变成电信号,磁头线圈两端产生电压信号,通过二进制译码磁卡上的信息被读出。在信号处理过程中,首先需要将从磁头来的电流信号进行放大,然后进行编码,最后送交解码电路解码。理想条件下,在编码过程中,只需要在电压信号达到峰值后及时准确地给出一个电平跳变信号即可。在实际处理中可能面临的困难是:磁条卡多是由人工刷卡,刷卡速度不固定。根据观察,起始刷卡速度一般较慢,然后逐渐加速。这样带来的问题是,初始信号频率较低,毛刺多,信号峰值不明显,给编码电路带来困难;信号位周期逐渐变短,对数字解码部分的算法要求高。对解码芯片性能的提高主要集中在两个方向。一是通过提高数字处理部分的性能,主要的方法有:改进算法,降低对编码时钟周期的精度要求,并提高对错误编码的纠错能力;内建RAM,将所有数据一次读入,集中处理。这样必然造成芯片面积增大,更糟糕的是这样并未从根本上解决问题。二是提高信号放大部分和编码部分的性能,主要的方法是对信号放大器进行失调修正和提高编码电路的编码精度。根据目前市场主流产品的性能,此类芯片的主要性能应该满足:(1)工作电压:DC 3.3—5.0V(2)工作温度:.3卜100℃(3)刷卡速度:lOcm/S--150cm/S(4) 数据处理速度:300--1 5000bps/track(5)工作电流:3.5mA/DC 3.3V一4.5mA/DC 5.0V(6)处理信号幅度:30mV二-300 mV1.3论文的主要内容和章节安排本文针对SPM2200磁卡解码芯片的特点与应用,研究了该芯片的系统结构,设计了该系统中编码模块的电路结构,该模块主要负责将模拟电压信号转换为二进制F2F编码,其性能的好坏直接关系到芯片对低频小信号的处理能力,因此该模块是SPM2200磁卡解码系统中一个不可或缺的重要模块。本文主要进行了以下几个方面的工作:(1)分析了磁条卡解码器中编码电路的系统框图,给出了一个新颖的系统结构,该结构能够很好地提高芯片解码效率。第一章绪论(2)具体设计了编码电路,并进行了模拟仿真。(3)讨论了版图设计的共用规则,并进行了编码电路的版图设计工作。论文共分为六章。第一章是绪论部分,主要阐述了模拟电路的发展及磁卡的信息记录方式和编码原理;第二章主要阐述了编码电路的主要结构与这些结构的优缺点,并讨论了模拟电路的设计流程;第三章是F2F编码电路的具体设计;第四章给出了对电路的仿真与参数优化过程;第五章主要阐述了版图的设计过程,主要包括版图设计的通用法则以及我在版图设计中重点器件和单元的版图结构和芯片的整体布局布线。第六章分析了芯片的测试结果,第七章对论文的工作做了总结。第二章F2F编码电路原理第二章F2F编码电路系统设计本章主要结合电路设计的流程分析了F2F编码电路的原理,比较了几种不同结构的优缺点。2.1系统设计流程本项目按照以下顺序进行相应的电路设计:(1) 功能定义(2) 系统与电路设计(3) 仿真与模型化(4) 版图设计(5) 提取版图寄生参数后的仿真即后仿真(6) 加工制造(7) 测试和验证在功能定义阶段,将整个系统和其子系统看成是一个个只有输入输出关系的“黑盒子&,不仅要对其中每一个进行功能定义,而且还要提出时序、功耗、面积、信噪比等性能参数的范围要求。通过对芯片需要完成的功能进行分析,将电路划分为三大部分:模拟信号放大部分、编码部分、数字解码部分。解码芯片(单通道)的主要系统结构如图2.1所示:图2.1单通道解码芯片系统框图播放器加载中，请稍候...
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西安电子科技大学硕士学位论文磁条卡解码芯片中编码电路的设计姓名:牛宜超申请学位级别:硕士专业:微电子学与固体电子学指导教师:胡辉勇摘要本文基于SPM2200磁卡解码芯片的特点与应用,研究了该芯片的系统结构,设计了该系统中编码模块的电路结构,该模块主要负责将模拟电压信号转换为二进SUF2F编码,其性能的好坏直接关...
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