可實(shí)現快速鎖定的FPGA片內延時(shí)鎖相環(huán)設計

從圖2可見(jiàn)，可調延時(shí)鏈共5條，即一條主可調延時(shí)鏈(延時(shí)鏈0，256個(gè)延時(shí)單元)，4條子可調延時(shí)鏈(延時(shí)鏈1～4，各128個(gè)延時(shí)單元)。如圖2所示，4條子延時(shí)鏈，SHIFT邏輯和一個(gè)鑒相器(PD2)構成相移器。SHIFT階段，相移器工作。相移器采集第一級子延時(shí)鏈的輸入時(shí)鐘clk_ph_0和最后一級延時(shí)鏈的輸出時(shí)鐘clk_ph_360，根據鑒相結果同步調整4條子可調延時(shí)鏈的延時(shí)，直至clk_ph_O和clk_ph_360同步。經(jīng)過(guò)相移器的時(shí)鐘延時(shí)是一個(gè)周期，從而使得時(shí)鐘經(jīng)過(guò)相移器中的每個(gè)子延時(shí)鏈的輸出時(shí)鐘相移90°，對應圖2中分別為clk_ph_O，clk_ph_90，clk_ph_180，clk_ph_270，clk_ph_360。這些相移的時(shí)鐘可以根據實(shí)際的需要由時(shí)鐘生成模塊產(chǎn)生所需要分頻(CLKDV)，倍頻(CIK2X)或移相時(shí)鐘作為輸出時(shí)鐘，關(guān)于分頻和倍頻電路，如文獻。SYN邏輯用于控制將反饋時(shí)鐘和輸入時(shí)鐘調整至同步。
整個(gè)SHIFT階段和SYN階段都是在各自的控制邏輯模塊控制下工作的，以一定的工作節拍實(shí)施調整，如圖3所示。

圖2中工作節拍模塊生成工作節拍信號(SHIFT_C，SYN_C)。在工作節拍下，狀態(tài)機處于某一狀態(tài)，則根據狀態(tài)的調整要求依次進(jìn)行如下操作：鑒相，判斷出輸入時(shí)鐘和反饋時(shí)鐘的相位關(guān)系為超前或滯后(SHT_U_D)或SYN_U_D)，同時(shí)還可以指示兩時(shí)鐘是否進(jìn)入鎖定窗(SHT_WIN，SYN_WIN)，如圖l所示。鑒相器將這些信息送入控制邏輯模塊，在SHIFT階段，4條延時(shí)鏈對應各自的可逆計數器，負責控制延時(shí)鏈加減延時(shí)單元，各計數器工作在自己的時(shí)鐘域中，如圖2所示。根據鑒相的結果和所處的狀態(tài)機狀態(tài)，計數器進(jìn)行計數，計數結果作為延時(shí)鏈的譯碼地址，最后延時(shí)鏈經(jīng)過(guò)地址譯碼增加／減少一個(gè)延時(shí)單元，完成一次工作節拍調節，繼而繼續進(jìn)行下一次調整，直到狀態(tài)機進(jìn)入鎖定狀態(tài)為止。SYN階段工作方式類(lèi)似，但只對主延時(shí)鏈進(jìn)行調整。實(shí)現DLL鎖定，同步建立需滿(mǎn)足公式，如式(1)所示。
DSYN+SKEW=mult(P) (1)
式中，DSYN為主延時(shí)鏈可以提供的延時(shí)；SKEW為時(shí)鐘偏斜；muh(P)為整數個(gè)輸入時(shí)鐘周期。
1．3 抗抖動(dòng)設計
如圖2所示，控制邏輯中JF counter1和JF counter2功能模塊。用戶(hù)可以設置抗抖動(dòng)數值d1，d2，如圖1所示，從而對這兩個(gè)模塊中的計數器設定一個(gè)計數周期。在DLL鎖定之后這兩個(gè)模塊開(kāi)始工作，按照計數設定值的周期性對鎖定后的時(shí)鐘進(jìn)行檢測。即在計數器達到設定值時(shí)，對鎖定后的反饋時(shí)鐘和輸入時(shí)鐘進(jìn)行鑒相，判斷相位關(guān)系，控制可逆計數器對鎖定后的時(shí)鐘進(jìn)行周期性微調干預。如圖4所示，在系統內存在干擾時(shí)，會(huì )產(chǎn)生時(shí)鐘抖動(dòng)，若抗抖動(dòng)模塊工作檢測到反饋時(shí)鐘超前于輸入時(shí)鐘，則進(jìn)行一次微調，消除抖動(dòng)的影響?？苟秳?dòng)設計有助于減少抖動(dòng)的影響。同時(shí)由于計數周期可設，使得用戶(hù)可以在不同系統工作環(huán)境下，采用不同的抗抖動(dòng)設定值，以達到最優(yōu)的防抖效果。

2 OSDLL架構設計
以上介紹的是傳統DLL架構下的設計，其具有設計周期相對較短、工藝可移植、抗干擾能力強等特點(diǎn)。由于其控制邏輯的工作特點(diǎn)，從復位狀態(tài)開(kāi)始，延時(shí)鏈復位至O，即可逆計數器從0開(kāi)始計數。DLL按照工作節拍信號，一拍一拍地進(jìn)行調整(假設6周期一節拍)，當輸入時(shí)鐘頻率較低或者時(shí)鐘相差較大時(shí)，其鎖定時(shí)間將大大增加。取任何固定值作為延時(shí)鏈的復位值，同樣存在某一頻率段鎖定時(shí)間較長(cháng)的問(wèn)題。