采用开放通道技术实现低功耗的增强型I2C总线控制器设计：从RTL到GDSII

《Scientific Reports》：Low-power design and implementation of an enhanced I2C bus controller using open lane: from RTL to GDSII

　　

摘要

I2C（Inter-Integrated Circuit，集成电路间通信）协议是一种被广泛采用的双线串行通信技术。随着节能技术和微型通信技术的发展，接口控制器在嵌入式系统和物联网（IoT）领域变得越来越重要。本文介绍了一种优化后的I2C总线控制器，该控制器在保持功能不变的情况下显著降低了功耗和芯片面积。该控制器采用Verilog HDL语言进行设计，并通过Open Lane ASIC设计流程及Sky130 PDK工具进行了综合实现。它包含了一些改进措施，如高精度的时钟门控机制和优化的有限状态机设计。所推荐的控制器通过OpenLane RTL-to-GDSII转换工具以及Sky130 CMOS技术库成功地在Verilog环境中实现。该控制器支持高速I2C通信模式，并能够在几乎不需要CPU干预的情况下实现自主的主从通信功能。与传统设计相比，该方法可将综合功耗降低40.55%，芯片面积减少9.8%。通过Model Sim和Vivado工具验证了其功能准确性和时序性能，同时利用DRC、LVS和XOR检查确保了后端验证的准确性。本研究提出了一种可靠的、适用于高密度及能耗受限的VLSI器件的I2C控制器。