基于FPGA的時鐘設計

對于一個設計項目來說，全局時鐘是最簡單和最可預測的時鐘。在PLD／FPGA設計中最好的時鐘方案是由專用的全局時鐘輸入引腳驅動的單個主時鐘去鐘控設計項目中的每一個觸發(fā)器。只要可能就應盡量在設計項目中采用全局時鐘。PLD／FPGA都具有專門的全局時鐘引腳，它直接連到器件中的每一個寄存器。這種全局時鐘提供器件中最短的時鐘到輸出的延時。

1 全局時鐘
全局時鐘的實例如圖1所示。圖1中定時波形示出觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入D[1．．3]應遵守建立時間和保持時間的約束條件。建立和保持時間的數(shù)值在PLD數(shù)據(jù)手冊中給出，也可用軟件的定時分析器計算出來。如果在應用中不能滿足建立和保持時間的要求，則必須用時鐘同步輸入信號。

2 門控時鐘
在許多應用中，整個設計項目都采用外部的全局時鐘是不可能或不實際的。PLD具有乘積項邏輯陣列時鐘(即時鐘是由邏輯產(chǎn)生的)，允許任意函數(shù)單獨地鐘控各個觸發(fā)器。然而，當你用陣列時鐘時，應仔細地分析時鐘函數(shù)，以避免毛刺。
通常用陣列時鐘構成門控時鐘。門控時鐘常常同微處理器接口有關，用地址線去控制寫脈沖。然而，每當用組合函數(shù)鐘控觸發(fā)器時，通常都存在著門控時鐘。如果符合下述條件，門控時鐘可以象全局時鐘一樣可靠地工作，圖2所示是一個可靠的門控時鐘電路。

(1)驅動時鐘的邏輯必須只包含一個“與”門或一個“或”門。如果采用任何附加邏輯在某些工作狀態(tài)下，會出現(xiàn)競爭產(chǎn)生的毛刺。
(2)邏輯門的一個輸入作為實際的時鐘，而該邏輯門的所有其他輸入必須當成地址或控制線，它們遵守相對于時鐘的建立和保持時間的約束。
在設計中可以將門控時鐘轉換成全局時鐘以改善設計項目的可靠性。圖3示出如何用全局時鐘重新設計圖2所示的電路。地址線在控制D觸發(fā)器的使能輸入，許多PLD設計軟件，如Max+PlusⅡ軟件都提供這種帶使能端的D觸發(fā)器。當ENA為高電平時，D輸入端的值被鐘控到觸發(fā)器中：當ENA為低電平時，維持現(xiàn)在的狀態(tài)。