如何正确使用FPGA的时钟资源

2020-02-24 20:36发布

本帖最后由 GoldSunMonkey 于 2013-9-5 23:23 编辑

 把握DCM、PLL、PMCD和MMCM知识是稳健可靠的时钟设计策略的基础。赛灵思在其FPGA中提供了丰富的时钟资源,大多数设计人员在他们的FPGA设计中或多或少都会用到。不过对FPGA设计新手来说,什么时候用DCM、PLL、PMCD和MMCM四大类型中的哪一种,让他们颇为困惑。赛灵思现有的FPGA中没有一款同时包含这四种资源(见表1)。 10.JPG   这四大类中的每一种都针对特定的应用。例如,数字时钟管理器(DCM)适用于实现延迟锁相环(DLL)、数字频率综合器、数字移相器或数字频谱扩展器。 DCM还是镜像、发送或再缓冲时钟信号的理想选择。另一种时钟资源相位匹配时钟分频器(PMCD)可用于实现相位匹配分配时钟或相位匹配延迟时钟。  锁相环(PLL)和混合模式时钟管理器(MMCM)处理的工作有许多是相同的,比如频率综合、内外部时钟抖动滤波、时钟去歪斜等。这两种资源也可用于镜像、发送或再缓冲时钟信号。  在深思设计实现细节时,把这些通常用法记在心里,有助于理清时钟选择的思路。对于长期产品发展规划而言,在制定合适的时钟策略时,应考虑各个器件系列之间的兼容性。下面让我们深入了解一下这些时钟资源。  您可以使用DCM将时钟源的输入时钟信号相乘,生成高频率时钟信号。与此类似,可以将来自高频率时钟源的输入时钟信号相除,生成低频率时钟信号。
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20条回答
GoldSunMonkey
2020-02-25 00:37
本帖最后由 GoldSunMonkey 于 2013-9-5 23:28 编辑

 建立时钟的镜像需要将时钟信号送出FPGA器件,然后又将它接收回来。可以使用这种方法为多种器件的板级时钟信号去歪斜。DCM能够把时钟信号从FPGA发送到另一个器件。这是因为FPGA的输入时钟信号不能直接路由到输出引脚,没有这样的路由路径可用。如果仅需要发送时钟信号,那么使用DCM将时钟信号发送到输出引脚,可以确保信号的保真度。另外也可选择在时钟信号发送之前,将DCM输出连接到ODDR触发器。当然也可以选择不使用DCM,仅使用ODDR 来发送时钟信号。往往时钟驱动器需要将时钟信号驱动到设计的多个组件。这会增大时钟驱动器的负荷,导致出现时钟歪斜及其它问题。在这种情况下,需要采用时钟缓冲来平衡负载。

  时钟可以连接到FPGA上的一系列逻辑块上。为确保时钟信号在远离时钟源的寄存器上有合适的上升和下降时间(从而将输入输出时延控制在允许的范围内),需要在时钟驱动器和负载之间插入时钟缓冲器。DCM可用作时钟输入引脚和逻辑块之间的时钟缓冲器。

  最后,还可以使用DCM将输入时钟信号转换为差分I/O标准信号。例如,DCM可以将输入的LVTTL时钟信号转换为LVDS时钟信号发送出去。

  相位匹配时钟分频器

  设计人员可使用相位匹配时钟分频器(PMCD)来生成相位匹配的分频输入时钟信号。这与分频时钟的DCM频率综合相似。PMCD还能生成设计中相位匹配但有延迟的时钟信号。在后一种情况下,PCMD能够在输入时钟信号和其它PMCD输入时钟信号之间保持边缘对齐、相位关系和歪斜。与DCM不同的是,在分频器的值可配置的情况下,赛灵思器件中现有的PMCD生成的时钟信号仅按2、4和8分频。这意味着PMCD生成的时钟信号的频率是输入时钟信号的1/2、1/4和1/8。在如Virtex-4FPGA这样的赛灵思器件中,PMCD紧邻 DCM并与其位于同一列上。每一列有两个PMCD-DCM对。因此DCM的输出可以驱动PMCD的输入。

  由于DCM还负责处理去歪斜,因此只要不需要去歪斜时钟,设计人员就可以使用不带DCM的PMCD。通过专用引脚,还可以把一列中的两个PMCD连接起来。图2是 Virtex-4器件中的PMCD原语。详细内容请参阅Virtex-4FPGA用户指南(UG070,2.6版本)。

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