現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)的發(fā)展已經(jīng)有二十多年，從最初的1200門發(fā)展到了目前數(shù)百萬(wàn)門至上千萬(wàn)門的單片F(xiàn)PGA芯片。現(xiàn)在，F(xiàn)PGA已廣泛地應(yīng)用于通信、消費(fèi)類電子和車用電子類等領(lǐng)域，但國(guó)內(nèi)市場(chǎng)基本上是國(guó)外品牌的天下。 在高密度FPGA中，芯片上時(shí)鐘分布質(zhì)量變的越來(lái)越重要，時(shí)鐘延遲和時(shí)鐘偏差已成為影響系統(tǒng)性能的重要因素。目前，為了消除FPGA芯片內(nèi)的時(shí)鐘延遲，減小時(shí)鐘偏差，主要有利用延時(shí)鎖相環(huán)(DLL)和鎖相環(huán)(PLL)兩種方法，而其各自又分為數(shù)字設(shè)計(jì)和模擬設(shè)計(jì)。雖然用模擬的方法實(shí)現(xiàn)的DLL所占用的芯片面積更小，輸出時(shí)鐘的精度更高，但從功耗、鎖定時(shí)間、設(shè)計(jì)難易程度以及可復(fù)用性等多方面考慮，我們更愿意采用數(shù)字的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本論文是以Xilinx公司Virtex-E系列FPGA為研究基礎(chǔ)，對(duì)全數(shù)字延時(shí)鎖相環(huán)(DLL)電路進(jìn)行分析研究和設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模塊電路。 本文作者在一年多的時(shí)間里，從對(duì)電路整體功能分析、邏輯電路設(shè)計(jì)、晶體管級(jí)電路設(shè)計(jì)和仿真以及最后對(duì)設(shè)計(jì)好的電路仿真分析、電路的優(yōu)化等做了大量的工作，通過(guò)比較DLL與PLL、數(shù)字DLL與模擬DLL，深入的分析了全數(shù)字DLL模塊電路組成結(jié)構(gòu)和工作原理，設(shè)計(jì)出了符合指標(biāo)要求的全數(shù)字DLL模塊電路，為開發(fā)自我知識(shí)產(chǎn)權(quán)的FPGA奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 本文先簡(jiǎn)要介紹FPGA及其時(shí)鐘管理技術(shù)的發(fā)展，然后深入分析對(duì)比了DLL和PLL兩種時(shí)鐘管理方法的優(yōu)劣。接著詳細(xì)論述了DLL模塊及各部分電路的工作原理和電路的設(shè)計(jì)考慮，給出了全數(shù)字DLL整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。最后對(duì)DLL整體電路進(jìn)行整體仿真分析，驗(yàn)證電路功能，得出應(yīng)用參數(shù)。在設(shè)計(jì)中，用Verilog-XL對(duì)部分電路進(jìn)行數(shù)字仿真，Spectre對(duì)進(jìn)行部分電路的模擬仿真，而電路的整體仿真工具是HSIM。 本設(shè)計(jì)采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫(kù)建模，設(shè)計(jì)出的DLL工作頻率范圍從25MHz到400MHz，工作電壓為1.8V，工作溫度為-55℃～125℃，最大抖動(dòng)時(shí)間為28ps，在輸入100MHz時(shí)鐘時(shí)的功耗為200MW，達(dá)到了國(guó)外同類產(chǎn)品的相應(yīng)指標(biāo)。最后完成了輸出電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘占空比調(diào)節(jié)，2倍頻，以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16時(shí)鐘分頻等時(shí)鐘頻率合成功能。
標(biāo)簽：
FPGA
全數(shù)字
延時(shí)
上傳時(shí)間：
2013-06-10
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