高精度低功耗的RTC子系统的设计及其UVM和Python验证

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随着大规模集成电路产业的高速发展,芯片的设计复杂度以及集成度不断增加,集成电路的设计和验证工作的难度也逐渐提升。芯片验证的质量和效率决定了芯片能否成功流片,因此高效便捷的验证方法对于芯片验证工作至关重要。本文设计了一个用于MCU的低功耗高精度的实时时钟(Real Time Clock,RTC)子系统,并为RTC子系统搭建了基于UVM和基于Python两种验证平台,实现了完备的功能验证。文章主要进行的工作如下:(1)首先根据RTC子系统的功能需求进行电路设计规划,RTC子系统主要包含三大功能模块:1.计时器,用于时钟的计时;2.ADC控制器,从ADC获取温度值,用于温度补偿电路,提高计时精度;3.电源管理单元,对系统的电源进行划分,并独立出RTC子系统的电源域,用于控制系统的电源状态。(2)在完成RTC子系统的设计基础上,需要对其进行功能验证。本文不但使用成熟的UVM验证方法搭建验证平台,还实现了基于Python的cocotb验证框架验证RTC子系统,实现使用高级语言验证数字电路的可能性。针对各自验证平台的特点,编写验证环境所需的验证组件,完成验证平台的设计和搭建。(3)根据验证计划构建测试用例进行仿真,并分析验证结果。结果表明,在工业温度范围-40℃~85℃之间,实时时钟的校准误差在±1ppm以内。对验证环境进行回归测试得到最终的覆盖率报告,代码覆盖率达到99%以上,断言覆盖率和功能覆盖率都达到100%。最后分析并对比了两种验证框架的优缺点,UVM验证平台的复用性更高,更有层次化,基于Python的验证平台的验证文件编写更简洁,效率更高。(4)最后使用DC工具在TSMC 40nm工艺下对设计的RTC子系统进行综合并分析其时序报告和面积报告。使用PTPX工具对低功耗的设计结果进行分析,其功耗为1.27μW,符合市场需求。该芯片已送去流片。
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