[FPGA]CYCCLONE IV器件PLL电路的五种反馈工作模式

前言

大三开始陆陆续续用FPGA写了一些代码。读研之后深感自己对FPGA各种内部特性了解不足,因此开始读英特尔官方的CYCCLONE IV handbook。写这篇文章记录一下自己的阅读记录。
主要参考材料除了Intel官方文档外,还有王江宏、蔡海宁等几位老师所写的《Intel FPGA/CPLD设计》系列。本人水平有限,如有错误欢迎指出。

反馈模式

Cyclone IV支持五种反馈模式,可以使PLL的输入时钟与特定的时钟信号相位对齐。这五种反馈模式分别是源同步模式(Source-Synchronous Mode),无补偿模式(No Compensation Mode),常规模式(Normal Mode),零延时缓冲模式(Zero Delay Buffer Mode)和固定延迟补偿模式(Deterministic Latency Compensation Mode)。
每一种模式都支持分频、倍频、相位和占空比的调整。另外,只有专用时钟引脚的输入作为PLL的输入,PLL才能对输出时钟做完全的补偿。在其他情况下,即便PLL输入是从全局时钟网络(GCLK Network)引入的,也无法做到完全补偿。

常规模式(Normal Mode)

PLL补偿时钟输入延时和GCLK传播延时,使得输入FPGA内部的寄存器时钟和输入PLL的参考时钟保持相位对齐。但是FPGA输出的时钟和PLL输入的时钟会有一定的相位差(这个相位差可以由timing analyzer得知)。
[FPGA]CYCCLONE IV器件PLL电路的五种反馈工作模式

源同步模式(Source-Synchronous Mode)

在源同步模式下,一个从I/O输入至PLL的时钟和从I/O输入某个寄存器A的数据,他们在进入I/O的时刻有一个相位差φ,可以保证PLL输出到寄存器A的时钟和从I/O输入到寄存器A的数据的相位差仍然为φ。
输入的时钟与数据是中间对齐的情况时,采用源同步模式可以保证具有最大的数据采样窗口。
要注意:在使用源同步模式时,对于所有由“源同步模式PLL”控制的输入寄存器,需要在quartusII中将其寄存器延时链设置为0。另外,所有的输入引脚都必须设置为“PLL COMPENSATED login”模式。

[FPGA]CYCCLONE IV器件PLL电路的五种反馈工作模式

无补偿模式(No Compensation Mode)

PLL对输出的时钟没有补偿,因为不用经过组合电路接入PLL中的PFD,因此输出时钟有最优的jitter。

[FPGA]CYCCLONE IV器件PLL电路的五种反馈工作模式

零延时缓冲模式(Zero Delay Buffer Mode)

PLL补偿时钟输入延时和时钟输出延时,使得输入和输出时钟是相位对齐的,但不能保证上述两个时钟和输入FPGA内部寄存器时钟对齐。

[FPGA]CYCCLONE IV器件PLL电路的五种反馈工作模式

确定性延迟补偿模式(Deterministic Latency Compensation Mode)

似乎是针对(CPRI)应用的反馈模式,可以补偿Tx dataout和TX clkout的不确定性延迟。不常用。