双sim卡电源管理及传输接口专用集成电路设计.pdf

西安电子科技大学 硕士学位论文 双SIM卡电源管理及传输接口专用集成电路设计 姓名：王悬 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：代国定 20100101 摘 要 双 SIM 卡已成为移动通信市场上的一个新的热点，其中 SIM 卡供电及接 口电路是双卡的核心组件之一，广泛应用于便携式移动设备领域论文以 ISO7816 系列标准为依据，设计实现了一款双 SIM 卡电源管理及传输接口专用集 成电路——XDC32 本文提出一种新颖的 LDO 稳压器电路结构，具有 1.8V 和 3V 两种电压输出， 可满足 SIM 卡对供电电压的不同要求在芯片内将两路 LDO 进行了系统集成， 以 支持同时为双 SIM 卡供电；设计了一种新型双向动态数据传输电路，实现数据信 号在不同电源电压偏置的模块之间的高速传输，保证与 SIM 卡串行通信接口 电路数据通信的质量芯片采用低功耗设计方法，具有较低的工作电流，以延长 电池的使用时间 XDC32 电路基于 0.35μm CMOS 工艺设计实现， 采用 Cadence 软件平台完成整 体电路仿真验证及版图设计 仿真结果表明， 输出的开启与关断次序符合 ISO7816 系列标准规范，电路功能和性能指标均已达到设计要求。

所设计的芯片整体面积 为 1.2×0.9mm2，目前该芯片正在流片验证中 关键词： CMOS 电源管理 双向传输 SIM 卡 Abstract The dual SIM card cellular phone has been a new hotspot in mobile communication market. SIM card power supply and interface circuits are among the core subassemblies of dual SIM card cellular phones and have a wide range of applications in portable mobile device. According to the ISO7816 series’ criterion, this paper designs an ASIC of dual SIM card power management and transfer interface, named XDC32. This paper puts forward a novel circuit structure for LDO regulator, which can power 1.8V or 3V, thus all requirements for SIM card can be met. The two LDO regulators are integrated in the system to power dual SIM cards synchronously. The paper also discusses a new type bidirectional dynamic data signal transmission circuit to realize high-speed communication among different power supply modules in order to ensure the quality of the data communication between cellular phones and SIM card serial communication interface circuit. The chip adopts low power dissipation design with low operating current to extend battery life. The design of XDC32 is based on the 0.35μm CMOS process. The simulation and verification of the whole chip and the layout design have been completed using the Cadence. The simulation results turn out that the turn on and off sequences measure up the ISO7816 series’ criterion; all the functions have been implemented and electrical characteristics are consistent with the design specification. The chip is being tape out currently, the area of which is 1.2×0.9mm2. Keyword: CMOS Power Management Bidirectional Transfer SIM Card 西安电子科技大学西安电子科技大学 学位论文独创性（或创新性）声明学位论文独创性（或创新性）声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，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 西安电子科技大学西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明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 年解密后适用本授权书 本人签名： 日期 导师签名： 日期 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 论文背景及选题意义 在现代通信行业中，移动通信以其独有的灵活性和便捷性而备受人们的青睐， 成为当今世界上发展最快的通信领域之一，它的出现和快速发展深刻地影响人们 生活的方方面面，改变了人们传统的通信观念。

作为移动通信最重要的载体，手 机已经成为大多数人群必不可少的通信工具，无论何时何地都有各式各样的 充斥着我们的生活微电子技术的迅猛发展又给产业注入新的活力，发 展的速度与日剧增，拥有越来越广阔的市场，产品的更新换代也越来越频繁如 今产业已是通信行业中的重头戏，带动其他相关产业的发展作为世界上最 大的市场，不难想象，中国的产业必定如火如荼在由中国通信学会举办的 2007 年多媒体应用大会上，信息产业部相关官员透露，我国的用户数量 已经超过 5 亿，普及率达到 38.6l％，网络规模和用户容量均居世界第一位[1]手 机已经作为一个人们随身携带、和其生活方式紧密联系着的产品走入消费者的生 活伴随着物质水平的不断提高，人们开始追求更高的生活品质，越来越多的人 们因为各种原因而开始拥有两个号码由于在一个上频繁换卡特别麻烦， 而两个又不方便随身携带，在这种情况下，双 SIM 卡应运而生所谓双 SIM 卡，就是一部可以同时安装和使用两张 SIM 卡的，主要包括双 G 双 待和双模双待 从 2007 年在天津召开的国际产业展览会暨论坛获悉， 双卡双待已经成为国产突破的重点[2]，海尔、TCL、宇龙酷派、联想等国产手 机厂商都已加足马力，研发自己的双卡双待。

在国外，诺基亚、三星、LG 等 研发和生产厂家也都各自推出了自己的双 SIM 卡产品据估计，中国手 机市场仍将高速增长，需求量将达到全球最大规模的 7 亿台，其中会有大量 用户产生“一机多号”的需求[3]，这将极大地促进双卡双待的蓬勃发展 国内双卡双待市场的潜力巨大，整体规模正逐年快速攀升，存在较大的 利润空间根据诺盛电信咨询公司 2006 年对中国移动用户的调研发现：使用多个 号码是用户的普遍现象，双卡双待的市场前景大好相关调查也显示， 国内当前的用户中， 同时使用两张 SIM 卡以上的用户， 超过总用户的 5%， 在两年内，中国拥有两个或两个以上号码的用户将超过 6000 万[4]，双卡双待 已经开始进入黄金发展期然而，同国产 DVD 机产业一样，双卡双待红 红火火的表象难掩其缺乏核心芯片技术的尴尬，其中用于双卡双待的 SIM 卡 电源管理及传输接口技术严重脱节 SIM 卡电源管理及传输接口芯片是双卡 双待的一个主要组件，它决定着的两张 SIM 卡的待机及切换功能所谓 双 SIM 卡电源管理及传输接口专用集成电路设计 2 电源管理，是指合理地将电源分配给系统的各个不同组件，通过降低组件间闲置 时的功耗，达到节能目的。

人们常说的电源管理芯片实际上是指具有自动控制环 路和保护电路的稳压变换芯片，目前主要有线性 LDO 稳压器、无电感式开关稳压 器（亦称为电荷泵）以及传统的基于电感的开关稳压器电源管理芯片在 20 世纪 90 年代中后期问世，由于替换了大部分分立器件，使电源的整体性能得到大幅度 提高，同时降低了成本，因而显示出强大的生命力传输接口是两个电路模块之 间进行数据传输与交换的纽带，它的主要功能是把一个电路模块输出的逻辑电平 信号转变为满足另一个模块工作条件的逻辑电平信号传输接口一般可以进行双 向的数据传输与电平信号的转换，接口的速度，传输精度都会影响到数据传输的 质量电源管理芯片与传输接口芯片的简单组合在应用于 SIM 卡电路时，由于数 据电压不匹配及 SIM 卡触点的上电次序不合理等问题，可能会导致对 SIM 卡 的读写操作出现致命性错误为实现对 SIM 卡电路的正确控制，需要按照 SIM 卡 触点的电气要求将电源管理与数据传输两个模块集成到一起，统一于微控制 器的管理之下目前国外的西门子等芯片公司已经能够提供性能稳定的 SIM 卡电 源及传输接口芯片国内的 SIM 卡电源管理及传输接口芯片还主要是针对单 SIM 卡而设计的，只有一个信号通道，不适用于双卡双待。

而现有的一些为 双卡双待量身订做的 SIM 卡电源管理及传输接口芯片也由于通道转换速度太 慢，传输的数据上升时间太长，不支持独立控制两个通道的供电电压等问题，制 约着双卡双待的发展现阶段国内的双卡双待生产厂家所用的 SIM 卡供 电与接口芯片大多由国外公司提供，技术上受制于人，而且还流失了绝大部分利 润基于目前这种局面，我们开发设计了双通道 SIM 卡电源管理及传输接口芯片， 为打破国外芯片公司在这一领域的垄断地位尽一份力量 1.2 SIM 卡电路结构概述 SIM(Subscriber Identity Module)卡也称为用户身份识别卡，它是一个装有微处 理器的大规模集成电路卡 SIM 卡主要用于鉴别用户身份， 移动网络也是通过 SIM 卡来加密客户的通话信息的[5]必须装上 SIM 卡才能正常使用，SIM 卡与手 机共同构成了移动通信的终端设备从硬件逻辑功能来看，SIM 卡电路主。