可實(shí)現(xiàn)快速鎖定的FPGA片內(nèi)延時(shí)鎖相環(huán)設(shè)計(jì)

從圖2可見，可調(diào)延時(shí)鏈共5條，即一條主可調(diào)延時(shí)鏈(延時(shí)鏈0，256個(gè)延時(shí)單元)，4條子可調(diào)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(gòu)成相移器。SHIFT階段，相移器工作。相移器采集第一級(jí)子延時(shí)鏈的輸入時(shí)鐘clk_ph_0和最后一級(jí)延時(shí)鏈的輸出時(shí)鐘clk_ph_360，根據(jù)鑒相結(jié)果同步調(diào)整4條子可調(diào)延時(shí)鏈的延時(shí)，直至clk_ph_O和clk_ph_360同步。經(jīng)過相移器的時(shí)鐘延時(shí)是一個(gè)周期，從而使得時(shí)鐘經(jīng)過相移器中的每個(gè)子延時(shí)鏈的輸出時(shí)鐘相移90°，對(duì)應(yīng)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(jù)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(xiàn)。SYN邏輯用于控制將反饋時(shí)鐘和輸入時(shí)鐘調(diào)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(jié)拍實(shí)施調(diào)整，如圖3所示。

圖2中工作節(jié)拍模塊生成工作節(jié)拍信號(hào)(SHIFT_C，SYN_C)。在工作節(jié)拍下，狀態(tài)機(jī)處于某一狀態(tài)，則根據(jù)狀態(tài)的調(diào)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(duì)應(yīng)各自的可逆計(jì)數(shù)器，負(fù)責(zé)控制延時(shí)鏈加減延時(shí)單元，各計(jì)數(shù)器工作在自己的時(shí)鐘域中，如圖2所示。根據(jù)鑒相的結(jié)果和所處的狀態(tài)機(jī)狀態(tài)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果作為延時(shí)鏈的譯碼地址，最后延時(shí)鏈經(jīng)過地址譯碼增加／減少一個(gè)延時(shí)單元，完成一次工作節(jié)拍調(diào)節(jié)，繼而繼續(xù)進(jìn)行下一次調(diào)整，直到狀態(tài)機(jī)進(jìn)入鎖定狀態(tài)為止。SYN階段工作方式類似，但只對(duì)主延時(shí)鏈進(jìn)行調(diào)整。實(shí)現(xiàn)DLL鎖定，同步建立需滿足公式，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(shù)個(gè)輸入時(shí)鐘周期。
1．3 抗抖動(dòng)設(shè)計(jì)
如圖2所示，控制邏輯中JF counter1和JF counter2功能模塊。用戶可以設(shè)置抗抖動(dòng)數(shù)值d1，d2，如圖1所示，從而對(duì)這兩個(gè)模塊中的計(jì)數(shù)器設(shè)定一個(gè)計(jì)數(shù)周期。在DLL鎖定之后這兩個(gè)模塊開始工作，按照計(jì)數(shù)設(shè)定值的周期性對(duì)鎖定后的時(shí)鐘進(jìn)行檢測。即在計(jì)數(shù)器達(dá)到設(shè)定值時(shí)，對(duì)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(jì)數(shù)器對(duì)鎖定后的時(shí)鐘進(jìn)行周期性微調(diào)干預(yù)。如圖4所示，在系統(tǒng)內(nèi)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(diào)，消除抖動(dòng)的影響?？苟秳?dòng)設(shè)計(jì)有助于減少抖動(dòng)的影響。同時(shí)由于計(jì)數(shù)周期可設(shè)，使得用戶可以在不同系統(tǒng)工作環(huán)境下，采用不同的抗抖動(dòng)設(shè)定值，以達(dá)到最優(yōu)的防抖效果。

2 OSDLL架構(gòu)設(shè)計(jì)
以上介紹的是傳統(tǒng)DLL架構(gòu)下的設(shè)計(jì)，其具有設(shè)計(jì)周期相對(duì)較短、工藝可移植、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。由于其控制邏輯的工作特點(diǎn)，從復(fù)位狀態(tài)開始，延時(shí)鏈復(fù)位至O，即可逆計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)。DLL按照工作節(jié)拍信號(hào)，一拍一拍地進(jìn)行調(diào)整(假設(shè)6周期一節(jié)拍)，當(dāng)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(fù)位值，同樣存在某一頻率段鎖定時(shí)間較長的問題。