4.1混合信号电路的规划流程
图4.1.1是混合信号VLSI的top-down具体规划流程。关于前端（Front-end）规划，有全定制、半定制和根据标准单元这三种首要规划办法。根据标准单元的规划办法中，需求先对模块进行完好明晰的界说，然后进行RTL编码和可测性规划，再对整个芯片规划进行验证。选用逻辑归纳器，将RTL描绘转化成门级描绘，而门级描绘与所选工艺的标准单元库密切相关。为了越过这个归纳规划阶段，能够从电路结构规划开端，选用SPICE模仿以确认推迟和功耗在预算之内，然后发生一个门级网表来完结后处理使命（如刺进扫描测验缓冲器来调整时钟偏差等），再接下来的整个规划流程和归纳规划中的类似。
需求指出的是，在IC行为级模型阶段，模仿电路单元需求考虑四种要素：行为、电路结构、模型和功用。考虑功用的意图在于查看包括模仿单元在内的体系的衔接性，行为考虑则对功用规划验证有协助，事实上，行为要素只是需求在剖析瞬态模型中，它只对稍大电路模块的验证有用，所以并不需求DC或AC模型。在上述要素中，SPICE级的电路结构代表了电路实在功用，而行为描绘只给出了单元的功用特色。
从整个晶体管级描绘到终究地图生成，是后端规划（Back-end）所包容的内容，即后端归纳和布线优化。这个规划阶段也被称为物理规划阶段，广义地这个阶段包括物理规划、模仿和验证。在混合信号规划中，能够分为两个规划流程：数字规划流程和模仿规划流程。
模仿规划流程需求地图规划、规划规矩查看、电学规矩查看和LVS比较。
通过LVS查看后，还要进行后地图验证，此刻地图提取将考虑寄生效应所发生的寄生电阻、电容和电感等参数影响。后地图模仿对时序、功耗的验证很重要，对整个芯片验证也是不行缺的一步。
能够将后端规划中的数字部分视为模仿地图规划的一个附加进程。在通过地图规划后，和模仿部分一同进行整个芯片的Back-end验证。Back-end规划的终究一个阶段中，便是在地图中参加I/O pad，维护环等。
图4.1.1中还给出了在规划各阶段所需求用到的规划软件。本章所触及的是电路的规划部分，而功用、功用验证和地图规划都将鄙人一章评论。
4.2操控电路规划
4.2.1操控电路
操控模块中，要害是是状况转化信号的生成，这其间有表明作业状况的逻辑信号输出，还有操控内部模块的功耗操控信号。明显，前者是由体系有限状况机所决议，而后者是由第三章所提出的功耗办理状况机所决议。下面，就这两方面别离加以论述。
1有限状况机模型
体系有限状况机（FSM）如图4.2.1所示。
从图中能够看出，在相应条件下，体系能输出规划所要求的状况信号，操控CO及DO输出端信号。影响状况改动的参数如下：一是电压检测信号，有过充电电压检测信号V CU、过充电电压开释信号V CL、过放电电压检测信号VDU和过放电电压开释信号VDL；二是VM端过流检测信号，包括过流1检测电压VIOV1、过流2检测电压VIOV2、负载短路检测电压VSHORT和非正常充电检测电压VCHA；三则是延时时刻参数，有过充检测推迟时刻tCU、过放延时tDL、过流1延时tIOV1、过流2延时tIOV2等。
在如图4.2.1所示的各个状况下，输出端CO、DO信号为：
①正常状况：DO=CO=1
②过充状况：DO=1；CO=0
③过放状况：DO=0；CO=1；VM→V DD
④放电过流状况：DO=0；CO=1；VM→V SS
⑤非正常充电电流状况：DO=1；CO=0；
⑥零伏电池充电按捺：DO=0；CO=0；
⑦Power Down状况：DO=0；CO=1；I DD =I PDN
2操控逻辑规划
操控逻辑（Control Logic）电路是芯片的要害部分之一，电路的延时和相应的逻辑操控都在这部分完结，功耗办理的操控逻辑也包括在这个模块中。
1）模块I/O端口阐明图4.2.2给出了逻辑操控模块的框图，表4.1和表4.2给出了模块的功用阐明以及各端口的界说。
2）延时信号规划
从前面体系功用剖析可知，芯片的操控精度不只取决于检测电压精度，还和延时操控密切相关。维护功用完结进程中，需求过充、过流2、过流1和过放这四种不同的延时操控，四种延时信号的挑选原理如图4.2.3所示。
图4.2.3中，当计数器触发作业后，输出周期不同的接连方波信号。方波前半个周期为延时时刻，延时完毕后计数器输出端由“0”跳变为“1”，该跳变信号为有用的延时操控信号。计数器延时输出到图中的坚持电路Hold后，通过Hold电路将跳变信号确定，然后能够使电路通过延时后，到达操控DO或CO端翻转的意图。图中，别离与Hold相接的NOR5～NOR8可看作具有置位端B的反相器，其效果是挑选有用信号将其从A端传到Y端，而屏蔽无关信号，避免误动作。
在整个电路中，Hold起确定延时操控信号的效果。图4.2.4为Hold电路的内部原理图和电路符号表明。
图4.2.4中，电路输入端为A，RB，输出端为Y、YB.电路输入和输出的逻辑联系如下：当RB=0时，Y=0、YB=1，Y、YB与A无关；当RB=1时，只需输入端A为高电平，Y即可输出安稳的高电平，YB输出安稳的低电平。即信号确定后，Y、YB与信号A无关。
3）维护功用完结
①过放电维护操控
过放电维护操控逻辑电路如图4.2.5所示。
当体系由正常状况转化为过放电状况时，过放电比较器的输出COMP_OD由高电平转化为低电平，此刻NOR6的输出Y能跟从输入端A的改变而改变。
COMP_OD还通过NAND8使NOR10的输出端Y由“1”跳变为“0”，由于Y与COUNTER的R端直接相连，因而R也变为“0”，发动COUNTER；此刻INV7输出端由“0”跳变为“1”，发动H6，在H6和计数器一起效果下，H2~H5开端作业。当过放延时完结后，H3将QB9的上升沿反相确定并输出到NOR6的A端，NOR6的输出Y经NOR3、NAND1使NOR4的Y端（也即CTRL_DO端）由“1”
跳变为“0”；再通过后续的两级反相使DO由“1”跳变为“0”，然后起过放维护效果。
当COMP_OD由“1”转化为“0”时，它还通过INV9使NOR13的输入端B变为“1”，这样就确保NOR13的输出不会在过放电时变为“1”，M2也就不会导通，就不会使放电回路堵截。
②过放电滞后信号发生和免除
一旦过放电延时时刻完毕，过放电维护就开端起效果，CTRL_M1由“1”变为“0”。此刻，假如非正常充电电流检测电路的输出OUT_CDCB为“0”，CTRL_OD_REFB由“0”变为“1”，即发生过放电滞后信号，电路由图4.2.6给出。
当过放电状况完毕时，CTRL_M1变为“1”，CTRL_OD_REFB变为“0”，过放电滞后免除；当充电器检测电路的输出由OUT_CDCB为“1”，即便在过放电维护起效果时，CTRL_OD_REFB也为“0”，过放电滞后免除。
③过充电维护操控
当体系发生过充电时，过充电比较器的输出COMP_OC由“1”跳变为“0”，它通过NAND9、NAND2使INV4的输出端Y由“1”跳变到“0”，操控逻辑如图4.2.7所示。
I一方面，NV4的输出信号通过INV10、INV11、INV12反相使NOR5的B端由“1”变为“0”，此刻NOR5的Y端能随A端的改变；一起，INV12的输出也输入到NAND5、NAND6的B端，使体系在过充电状况下，制止过流1和过流2维护起效果。
另一方面，NV4的输出信号输入NOR10，使NOR10输出端由“1”变为“0”，和过放电类似，发动H6、COUNTER开端作业。当过充延时完结的时分，H2将QB12的上升沿反相确定后输出给NOR5，NOR5的Y端由“0”跳变为“1”，通过INV3、NAND4使过充延时信号DELAY_OC由“1”变为“0”、IN_LCB由“1”变为“0”，再通过INV6使IN_LC由“0”变为“1”，IN_LC、IN_LCB信号送电平移位电路处理后操控CO引脚输出适宜的低电平，然后完结过充电维护。
④非正常充电电流维护
当充电电流过大，充电检测电路通过VM端检测到后，输出OUT_CDCB由“0”变为“1”，NAND10的输出端由“1”变为“0”，NAND9的输出由“0”变为“1”，尔后就和过充电维护进程相同，终究操控CO输出适宜的低电平，以堵截充电回路，起维护效果，操控电路见图4.2.7.在过放电维护起效果时，需求制止非正常充电电流维护，所以还将CTRL_DO的信号送入NAND10的A端。这样，在CTRL_DO由“1”变为“0”时，使NAND10的Y端信号不受充电器检测电路输出OUT_CDCB的影响。
⑤过充电滞后信号的发生和免除
一旦过充电延时时刻完结，过充电维护便开端起效果，IN_LC由“1”变为“0”。此刻，假如过流1比较器的输出COMP_OCT1为“1”，CTRL_OC_REFB则由“0”变为“1”，这便是过充电滞后信号；当过充电状况完毕时，IN_LC变为“1”，CTRL_OC_REFB变为“0”，过充电滞后免除。图4.2.8是过充电滞后信号的组合逻辑电路图。
别的，当过流1比较器的输出COMP_OCT1为“0”时，即便在过充电维护起效果时，CTRL_OC_REFB也为“0”，过充电滞后免除。
⑥过流1维护操控
当过流1比较器的输出端COMP_OCT1由“1”变为“0”时，如图4.2.9所示，信号通过INV8、NAND5后，将NOR8的B端置为“0”，此刻NOR8的Y端将跟从A端改变；一起，NAND5的输出将NAND8输出置为“1”，和前面剖析类似，通过NOR10发动计数器。当过流1的延时完结时，H5的延时信号送入NOR8的A端，NOR8输出端由“0”变为“1”，再通过NOR3、NAND1、NOR4使CTRL_DO由“1”变为“0”，然后操控DO由“1”跳变为“0”，起过流1维护效果。
别的由图4.2.5可知，只需体系不是过放电状况，NOR13的B端一直为“0”，而呈现过流1时的A（CTRL_DO）端将由“1”变为“0”，所以Y端（CTRL_M2B）将由“0”变为“1”，操控M2导通，使过放电流从M2流走。
⑦过流2维护操控
当过流2比较器的输出COMP_OCTB2由“0”变为“1”时，如图4.2.10所示，通过NAND6，使NOR7的B端由“1”变为“0”，NOR7的输出Y与输入A成为反相联系。由于过流2的发生之前必定现已有了过流1，因而计数器现已发动，延时的计时从过流1算起。
假如过流1发生后在2ms之内进入过流2，则过流2延时2ms；由于过流1延时为8ms，假如过流1发生后在2ms之后8ms之前进入过流2，则过流2延时2ms与8ms之间。当过流2延时完结，NOR7的Y端由“0”变为“1”，相同通过NOR3、NAND1、NOR4使CTRL_DO从“1”变为“0”，操控DO由“1”跳变为“0”，起过流2维护效果。
4）功耗办理信号规划
①动态功耗办理操控
图4.2.11（a）和（b）给出了发生动态功耗办理操控信号的组合逻辑图，其间，图（a）输出信号PM_ODB用来操控过放电压取样电路，而（b）中输出信号PM_OCB用来操控过放电压取样电路。
图4.2.11（a）的电路作业原理如下：COMP_VM是负载检测比较器输出信号，其值为“1”时代表所接负载为充电器，此刻NAND11输出信号完全由过放延时输出DELAY_ODB决议。正常作业时，DELAY_ODB为“0”，则通过两次反相后，PM_ODB输出也为“0”，操控过放电压取样电路能正常作业；当呈现了过放，在延时完毕后，DELAY_ODB由“0”跳变为“1”，则对应PM_ODB也输出“1”，关断过放电电压取样电路。而在COMP_VM输出“0”时，代表所接负载为放电负载，此刻DELAY_ODB不再起效果，PM_ODB一直为“0”，确保能进行过放电电压取样。
图4.2.11（b）中，当所接负载为充电器时，COMP_VM输出为“1”，经INV18反相后输入NAND12，则此刻NAND12的输出与过充延时信号DELAY_OC无关，一直为“1”，则反相后PM_OCB一直为“0”，过充电电压采样不受影响。
可是在接上负载放电时，COMP_VM跳变为“0”，此刻NAND12输出信号完全由过充延时输出DELAY_OC决议。和前面剖析类似，在放电情况下，正常作业时，DELAY_OC输出为“1”，经三级反相后PM_OCB输出为“0”，过充电电压采样电路能正常作业；而当过充电发生而且延时完毕后，DELAY_OC跳变为“0”，反相后PM_OCB输出为“1”堵截采样通路。
②Power Down状况操控Power Down状况完结图见图4.2.12.当过放延时完毕后，过放延时信号DELAY_ODB由“0”跳变到“1”，经INV2反相后CTRL_M1由“1”跳变为“0”，此刻NOR2输出状况（POWERDB）由输入端B（OUT_LS）来决议。CTRL_M1为低电平时，P1导通，将VM端电位升高，一旦VM电压值升到比V DD低1.3V时，OUT_LS将变为低电平，因而POWERDB由“0”跳变到“1”，POWERD由“1”跳变为“0”，然后使振荡器、一切的比较器停止作业，体系进入低功耗状况，也便是Power Down状况。
从上述进程可知，Power Down状况的完结有赖于VM电位的升高。尽管仅从进入Power Down状况的视点来看，完全能够把DELAY_ODB端作为POWERDB直接输出，可是此处着重进入Power Down状况还要受VM操控，一个重要的原因是为了完结Power Down状况的退出。由于一旦电路进入PowerDown状况今后，过放比较器已停止作业，DELAY_ODB信号将坚持不变。为了退出Power Down状况，需对电池进行充电，充电后VM电位下降，OUT_LS电位升高，POWERDB能够由“1”跳变为“0”，于是就完结了Power Down状况的开释。
