Xilinx系列FPGA全局时钟网络结构

2013-11-26 11:50 来源:电子信息网 作者:和静


FPGA 设计中,消除时钟的传输延迟,实现高扇出最简单的方法就是用DLL,把CLK0 与CLKFB相连即可。利用一个DLL可以实现2倍频输出,如图5所示。利用两个DLL 就可以实现4倍频输出,如图6所示。


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2)数字频率合成器

DFS 可以为系统产生丰富的频率合成时钟信号,输出信号为CLKFB和CLKFX180,可提供输入时钟频率分数倍或整数倍的时钟输出频率方案,输出频率范围为 1.5~320 MHz(不同芯片的输出频率范围是不同的)。这些频率基于用户自定义的两个整数比值,一个是乘因子(CLKFX_ MULTIPLY),另外一个是除因子(CLKFX_ DIVIDE),输入频率和输出频率之间的关系为:


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比如取CLKFX_MULTIPLY = 3,CLKFX_DIVIDE = 1,PCB上源时钟为100 MHz,通过DCM 3倍频后,就能驱动时钟频率在300 MHz的FPGA,从而减少了板上的时钟路径,简化板子的设计,提供更好的信号完整性。

3) 数字移相器

DCM 具有移动时钟信号相位的能力,因此能够调整I/O信号的建立和保持时间,能支持对其输出时钟进行0度、90度、180度、270度的相移粗调和相移细调。其中,相移细调对相位的控制可以达到1%输入时钟周期的精度(或者50 ps),并且具有补偿电压和温度漂移的动态相位调节能力。对DCM输出时钟的相位调整需要通过属性控制PHASE_SHIFT来设置。PS设置范围为 -255到 255,比如输入时钟为200 MHz,需要将输出时钟调整 0.9 ns的话,PS =(0.9ns/ 5ns)?56 = 46。如果PHASE_ SHIFT值是一个负数,则表示时钟输出应该相对于CLKIN向后进行相位移动;如果PHASE_SHIFT是一个正值,则表示时钟输出应该相对于 CLKIN向前进行相位移动。

移相用法的原理图与倍频用法的原理图很类似,只用把CLK2X输出端的输出缓存移到CLK90、CLK180或者CLK270端即可。利用原时钟和移相时钟与计数器相配合也可以产生相应的倍频。

4) 数字频谱合成器

Xilinx 公司第一个提出利用创新的扩频时钟技术来减少电磁干扰(EMI)噪声辐射的可编程解决方案。最先在FPGA中实现电磁兼容的EMIControl技术,是利用数字扩频技术(DSS)通过扩展输出时钟频率的频谱来降低电磁干扰,减少用户在电磁屏蔽上的投资。数字扩频(DSS)技术通过展宽输出时钟的频谱,来减少EMI和达到FCC要求。这一特点使设计者可极大地降低系统成本,使电路板重新设计的可能性降到最小,并不再需要昂贵的屏蔽,从而缩短了设计周期。

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FPGA Xilinx 时钟网络

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