T = ( Ma+(M+1)b )/ a+b,这里我们发现组成小数分频使用了a个M分频和b个M+1分频的整数分频电路。 五、半整数分频 5.1 占空比50%半整数分频 对于使用小数分频法得到的,以3.5分频为例,需要使用一个四分频和一个三分频,七个周期内,输出两个1,但是信号时序难以得到保障,时钟信号的质量得不到保证。 那有没有新的方法可以优化半整数分频呢? 可以这样实现半整数分频: (1)在源时钟上升沿分别产生由 4 个和 3 个源时钟周期组成的 2 个分频时钟。 半整数分频:半整数分频是小数分频的特殊情况,之所以会拎出来单独讲,是因为根据小数分频的双模前置法做出来的波形时序较差。如果需要得50%的半整数分频怎么办? 首先做出两个上升沿和下降沿二分频信号,通过在半整数两边寻找相邻的的奇数和偶数(决定信号电平周期数),然后做逻辑运算即可以得到占空比50%的半整数分频。
偶数分频 简单,只是注意时钟翻转的条件是(N/2)还是(N/2)-1,非阻塞赋值在下一个时钟才会更新值。 2. 奇数分频 奇数分频比偶数分频复杂一些,当不要求分频的占空比时,对输入时钟clk上升沿计数,可以设置两个计数的翻转点,一个是(N-1)/2,一个是(N-1),计数到(N-1)时输出时钟翻转且将计数器清零 以7分频为例,代码如下: /******************************************** 计数器实现 7 分频 ********************* ); reg [2:0] count_p; //上升沿计数 reg [2:0] count_n; //下降沿计数 reg clk_p; //上升沿分频 小数分频 N+0.5分频,如N=3时进行3.5分频。 先将clk时钟周期的一半记作clk_half,即一个高电平或一个低电平时间。
通常我们说对原时钟进行N分频,即分频后的时钟的一个周期是原时钟周期的N倍。N可以为偶数、奇数、半整数、分数(小数)。 clk_c : clk_a; endmodule 3 半整数分频 说明:占空比非50% 网上广为流传的一种分频结果是,半分频多出来那半个周期为高电平,其余为低电平。 图4半整数分频的波形 给出Verilog设计: module for_practice( input clk, input arst, output clk_div ); parameter 参考[3] 4分数(小数)分频 此部分主要参考[1][2]. 说明:占空比非50% 比如8.7分频。 分数分频器的原理可以用下图来概括。 ? 图5分数分频的原理 用整数部分zn(=8)作为一个分频系数,zn加1(=9)作为另外一个分频系数组成一个小数分频器。
偶数分频 简单,只是注意时钟翻转的条件是(N/2)还是(N/2)-1,非阻塞赋值在下一个时钟才会更新值。 2. 奇数分频 奇数分频比偶数分频复杂一些,当不要求分频的占空比时,对输入时钟clk上升沿计数,可以设置两个计数的翻转点,一个是(N-1)/2,一个是(N-1),计数到(N-1)时输出时钟翻转且将计数器清零 以7分频为例,代码如下: /******************************************** 计数器实现 7 分频 ******************** ); reg [2:0] count_p; //上升沿计数 reg [2:0] count_n; //下降沿计数 reg clk_p; //上升沿分频 小数分频 N+0.5分频,如N=3时进行3.5分频。 先将clk时钟周期的一半记作clk_half,即一个高电平或一个低电平时间。
非整数分频模块有两种实现方法,分别为分频比交错法和累加器分频法。下面分别进行介绍。 1.分频比交错法 分频比交错法,顾名思义就是在一定时间间隔T内,由不同的分频比电路交叉着对输入信号进行分频,从而在T时间内达到小数分频的目的。 假设要实现8.666666分频,则可以以6次分频为一个周期,每个周期内进行2次9分频和4次8分频,这样,输出F_OUT均为F_IN的8.666666分频,该类分频器的程序结构如图所示。 在这种方法中,为使分频输出信号的占空比尽可能均匀,8分频和9分频应交替进行。 ? 2.累加器分频法 累加器分频法的结构如图所示,通过调整步长STEP 的值来实现不同的分频比。假设累加器位数为8,则累加器的模值N为28=256。若STEP=27,则分频比K为: ?
一、分频器 1.定义 分频器是数字系统设计中最常见的基本电路之一。所谓“分频”,就是把输入信号的频率变成成倍数地低于输入频率的输出信号。 分频器分为偶数分频器和奇数分频器,和计数器非常类似,有时候甚至可以说就是一个东西。 2.实现分频 想得到比固定时钟频率更慢的时钟,可以将固定时钟进行分频 想得到比固定时钟频率更快的时钟,可以将固定时钟进行倍频 又两种方式实现分频与倍频 ①锁相环pll ②自己编写verilog语言来实现 3.奇偶分频 偶分频:成倍数低于输入频率的输出信号有2、4、6、8分频 奇分频:成倍数低于输入频率的输出信号有3、5、7、9分频 分频就是输出信号的一个周期对应clk的6个周期 凡是时钟信号都要连接到全局时钟网络 4.实现偶分频方式 方式一:在分频之后的时钟产生的(分频) 方式二:在系统信号中产生的(降频) 其区别如下,实现的条件一个是在分频之后为条件,另外一个是在系统时钟下产生的,我们建议使用第二种方式 图片
代码核心如下: 偶数分频 偶数分频器的实现简单,用计数器在上升沿或者下降沿计数,当计数器的值等于分频系数的一半或等于分频系数时,信号翻转。 奇数分频 奇数分频器跟偶数分频器一样,当计数器的值等于分频系数(加1或者减1)的一半或等于分频系数时,时钟信号翻转。 分数分频 分数分频也叫小数分频器,比如8.7分频。 分数分频器的原理可以用下图来概括。 用整数部分zn(=8)作为一个分频系数,zn加1(=9)作为另外一个分频系数组成一个小数分频器。 小数分频是达不到50%的占空比的。
预触发器D,用于降低输入时钟的频率,然后将其送入相位/频率比较器;反馈分频器M,由于在将它送给相位比较器之前,其将VCO的输出频率进行分频,所以其充当乘法器的角色。 可以在配置时,对每个分频器进行编程,分频因子为1~128中的任意整数。 MMCM有3个输入抖动过滤器选项:低带宽、高带宽和优化模式;其中: (1)低带宽模式有最好的抖动衰减。 MMCM也有一个小数计数器,它位于反馈路径(充当乘法器)或者输出路径。小数计数器允许非整数的1/8增量。因此,增加频率合成能力8倍。 7系列FPGA中,时钟区域的宽度(水平方向)为芯片宽度的一半,而UltraScale不再有这种限制。 BUFGCE_DIV具有分频功能,对于简单的分频,相比于MMCM/PLL,BUFGCE_DIV在功耗上更具优势,而且如果分频时钟和源时钟有跨时钟域路径,那么相应的Clock Skew会更小。
数据累加输出 VL8 非整数倍数据位宽转换24to128 VL9 非整数倍数据位宽转换8to12 VL10 整数倍数据位宽转换8to16 VL11 非重叠的序列检测 VL12 重叠序列检测 VL13 时钟分频 (偶数) VL14 自动贩售机1 VL15 自动贩售机2 VL16 占空比50%的奇数分频 VL17 任意小数分频(8.7分频) VL18 无占空比要求的奇数分频 VL19 根据状态转移写状态机-三段式 7 分频,50% 占空比。 = clk_p | clk_n; endmodule VL17 任意小数分频(8.7分频) `timescale 1ns/1ns ////////////////////////////////// 下方给出的代码能够通过测试,5分频,占空比40%,简单易理解。
所以配置 D 的值为 1 ,表示分频为 1 。 ? 调整参数 M 在手册中查找 CLKOUT0 输出参数 M 的寄存器地址为0x200,默认值为0x01010A00,其中 Bit[15:8]表示的就是参数 M 整数部分值。 小数部分为 Bit[25:16] 表示参数 M 的小数部分。 ? 调整参数 O 在手册中查找 CLKOUT0 输出参数 O 的寄存器地址为0x208,默认值为0x0004000A,其中 Bit[7:0]表示的就是参数 O 整数部分值。 所以配置 M 的值为 A ,相当于分频 10 倍。小数部分为 Bit[17:8] 表示参数 O 的小数部分。 ?
如果采样率需要20kHz,可以选择1MHz、2MHz、4MHz等标准频率晶振,并通过分频器或定时器设定相应的整数分频系数。选择合适的频率可以简化硬件设计,并保证采样的精度。 在这种情况下,可以选择12MHz或更高频率的晶振,通过分频实现所需的采样率。例如,12MHz晶振可以轻松分频为48kHz或96kHz,满足音频处理的需求。 特殊频率的选择技巧如果应用中需要的采样率或时钟频率不是晶振频率的整数倍,例如需要将12.288MHz晶振分频为20kHz,会得到一个非整数的分频系数。 在这种情况下,可以考虑使用小数分频、PLL(相位锁环)或高端FPGA/MCU等复杂方案。虽然这些方案会增加系统的设计难度和硬件成本,但可以实现更灵活的频率调整和更高的精度。
设计概述 在FPGA设计中,分频器一直都担任着很重要的角色,我相信很多人都已经想到了利用计算器来计算想要使用的时钟频率,但问题是仅仅利用计数器来分频,只可以实现偶数分频,而如果我需要三分频,五分频,七分频等等奇数类分频 在这里,让我介绍一个可以实现任意整数分频的方法,这个办法也是同样利用了计数器来计算,跟偶数分频不一样的地方是任意整数分频利用了两个计数器来实现。 ? module fenpinqi(clk,rst_n,clk0); input clk; input rst_n; output reg clk0; parameter HW = 7 1ps module fenpinqi_tb(); reg clk; reg rst_n; wire clk0; parameter HW = 7; 图中我们通过数上升沿的个数可以看到输出clk0的输出为高7,低3,符合我们的设计。
时钟分频 输出时钟分布分频器被称作D0到D13,分别对应于输出通道OUT0至OUT13。每个分频器均可编程设置,精度为8位,相当于1到256之间的任意数值。 分频器的占空比校正设置为提供标称50%的占空比,即使进行奇数分频也是如此。请注意,在更改分频值后必须发出同步输出命令,以确保在通道输出处产生预期的分频比的时钟。 数字粗延迟 AD9528芯片支持通过已 VCXO分频器输出频率的半周期为增量,实现0到63个步进(6位)的可编程相位偏移。 模拟精密延迟 每个通道均配备一个4位精密模拟延迟模块,其延迟步长显著小于 VCXO分频器输出频率的半周期。 虽然分频器运行时无法调整数字粗相位偏移量,但无需关闭PLL1和PLL2即可实现所有输出信号间的相对相位调节。
设计概述 在FPGA设计中,分频器一直都担任着很重要的角色,我相信很多人都已经想到了利用计算器来计算想要使用的时钟频率,但问题是仅仅利用计数器来分频,只可以实现偶数分频,而如果我需要三分频,五分频,七分频等等奇数类分频 在这里,让我介绍一个可以实现任意整数分频的方法,这个办法也是同样利用了计数器来计算,跟偶数分频不一样的地方是任意整数分频利用了两个计数器来实现。 module fenpinqi(clk,rst_n,clk0); input clk; input rst_n; output reg clk0; parameter HW = 7 1ps module fenpinqi_tb(); reg clk; reg rst_n; wire clk0; parameter HW = 7; .rst_n(rst_n), .clk0(clk0) ); endmodule 仿真图: 图中我们通过数上升沿的个数可以看到输出clk0的输出为高7,
连载《叁芯智能fpga设计与研发-第11天》 【奇分频、偶分频】之【设计原理、verilog代码实现及示波器验证】 原创作者:紫枫术河 转载请联系群主授权,否则追究责任 这篇文章记录奇分频、偶分频的设计原理 3、50Mhz分频为10Mhz 1)、首先我们要进行5分频 5分频:分频后的周期为之前的5个周期电平。 2)、如果周期电平确定为5个,那么我们就需要2.5个周期就改变一次电平状态,才能满足5分频。 3)、实现:在FPGA中,我们没有小数,也就没法实现2.5个周期时,进行电平翻转 4、我们可以将50Mhz分2次计数 1)、上升沿计数:计数周期为5,当计数为2时,翻转电平,当计数为5时,翻转电平 2) rst_n = 0; #20; rst_n = 1; #50000000; $stop; end endmodule 7、 2)、时钟引脚 clk = PIN23 3、gpio引脚 gpio3=PIN3 gpio13 = PIN7 4、打开Pin Planner引脚分配工具,具体方法,参考我之前的博客 5、示波器验证效果
这里我们介绍一下UltraScale系列FPGA与7系列FPGA在时钟资源方面的主要差异。 7系列FPGA中,时钟区域的宽度(水平方向)为芯片宽度的一半,而UltraScale不再有这种限制。 如下图所示的UltraScale时钟区域(图片来源,ug949,figure3-37),共有6x6即36个,如果是7系列FPGA,则是2x6即12个。 ? BUFGCE_DIV具有分频功能,对于简单的分频,相比于MMCM/PLL,BUFGCE_DIV在功耗上更具优势,而且如果分频时钟和源时钟有跨时钟域路径,那么相应的Clock Skew会更小。 该时钟缓冲器也具有分频功能,也可以驱动FPGA内部其他逻辑资源。
QPLL输出为同一Quad内的每个transceiver的TX和RX时钟分频器块提供信号,该块控制PMA和PCS块使用的串行和并行时钟的生成。 反馈分频器N决定了VCO的乘法比率。QPLL的输出频率是VCO频率的一半。锁定指示块比较参考时钟和VCO反馈时钟的频率,以确定是否已经实现了频率锁定。 QPLL VCO在两个不同的频段内工作。 7系列FPGA Transceiver向导根据应用要求选择适当的频段和QPLL设置。 其中,N,M以及D表示QPLL分频器的属性,如下表: QPLL的分频属性 下面是几个通用协议的QPLL分频器属性设置值,可以自行验证: - END -
其内部TX 和 RX 时钟分频器可以单独从 QPLL 或 CPLL 中选择时钟,允许 TX和 RX 数据通道使用不同的参考时钟输入在异步频率工作。 这个单独二字表明了TX和RX可以独立的选择时钟分频器的时钟来源。 CPLL的 输出输入到 TX 和 RX 时钟分频器模块,控制 PMA 和 PCS 模块使用的串行和并行时钟的生成。 如果 TX和 RX 数据通道的运行速率是相同 VCO (压控振荡器)频率的整数倍,则可以在它们之间共享 CPLL。 7系列FPGAs Transceiver Wizard根据应用要求选择适当的CPLL设置。 在多速率配置中,为最高的线路速率选择参考时钟,并选择适当的分频器来支持较低的线路速率。 - END -
两路参考输入和VCXO路径上的数字时钟分频器分频数均为10比特,1--1023之间的任意整数分频。 VCO到鉴相器路径上有两个分频计数器(M1,N2)。M1可配置为 3,4,5 。N2为8比特计数器,支持1-256的任意整数分频。 3,SYSREF 配置 SYSREF支持三种配置模式,通过寄存器0X0403的bit[7:6]来控制,分别为,bit[7:6]: 00 = 外部输入模式。 01 = 外部输入重采样模式。 请求模式通过寄存器0X0402 的bit7来控制。 在软件控制模式下,SYSREF模式发生器始终对SYSREF模式发生器触发控制位(寄存器0x402,位[6:5])电平触发。 Out3 FPGA_MGT_REFCLK2 100.00 PLL2/divider 10 Out4 / / / / 未使用 Out5 / / / / 未使用 Out6 / / / / 未使用 Out7
RCC->CFGR = ((0 & 0xf) << 4)|(RCC->CFGR & ~(0xf << 4));//AHB不分频 72M RCC->CFGR = ((4 & 0x7) << 8)| (RCC->CFGR & ~(0x7 << 8));//APB1 二分频 36M RCC->CFGR = ((0 & 0x7) << 11)|(RCC->CFGR & ~(0x7 << 11));/ /APB2 不分频 72M PLL配置 RCC->CFGR = ((7 & 0xf) << 18)|(RCC->CFGR & ~(0xf << 18));//PLL输出9倍频 8M*9=72M 如果在系统中没有高频率的时钟,即HCLK频率较低时,闪存的访问只需半个HCLK周期(半周期的闪存访问只能在时钟频率低于8MHz时进行,使用HSI或HSE并且关闭PLL时可得到这样的频率);在闪存访问控制寄存器中有一个控制位 注意:当使用了预取缓冲器和 AHB 时钟的预分频系数不为 ’1’ 时,不能使用半周期访问方式。