IP核学习之PLL锁相环

IP核学习之PLL锁相环

IP核是什么Xilinx7 系列 "clocking resource "IP核实验

IP核是什么

IP核就是知识产权核或知识产权模块的意思，在EDA技术开发中具有十分重要的地位。美国著名的Dataquest咨询公司将半导体产业的IP定义为“用于ASIC或FPGA中的预先设计好的电路功能模块”。所以，IP核（Intellectual Property core）可以说是是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序。分为软核、固核和硬核。分别代表行为级的描述、结构级的描述和硬件级的描述。以下的PLL应该是结构级的，可独立综合的。

Xilinx7 系列 "clocking resource "

Artix-7芯片是xcqa35t，包含5个CMT。而每个CMT都包含一个PLL和一个MMCM。PLL和MMCM类似，唯一区别就是MMCM是可动态调整相位的，需要用到数字电路，而PLL是模拟的。

那么，PLL是什么呢？

PLL：利用外部输入的参考信号来控制环路内部震荡信号的频率和相位。

如图所示，PLL由 以下几部分组成：前置分频计数器（ D计数器 、 相位 频率 检测器 PFD Phase Frequency Detector电路 、 电荷 泵（ Charge Pump 、环路滤波器（ Loop Filter） 、 压控振荡器（ VCO Voltage Controlled Oscillator）、反馈乘法器计数器 （M计数器） 和 后置分频计数器（O1-O6计数器） 。

在工作时， PFD检测其参考频率（ FREF）和反馈信号（ Feedback 之间的相位差和频率差，控制电荷泵和环路滤波器将相位差转换为控制 电压；VCO根据不同 的控制电压产生不同的震荡频率， 从而影响 Feedback信号的相位和频率。 在 FREF和 Feedback信号 具有相同的相位和频率之后 就认为 PLL处于 锁相的状态。在反馈路径中插入 M计数器会使 VCO的 震荡频率FREF信号频率 的 M倍 , FREF信号等于输入时钟（ FIN除以预缩放计数器 D）。参考频率用以下方程描述 FREF= FIN * M/D ,VCO输出频率为 FVCO= FIN*M/D，PLL的 输出频率为( FIN * M) / (N * O）。

Xilinx提供了用于实现时钟功能的 IP核 Clocking Wizard，该 IP核能够根据用户的时钟需求自动配置器件内部的 CMT，以实现用户的时钟需求。接下来主要讲解的是如何使用该 IP核。

本次实验的参考时钟输入来自CC，即具有时钟输入能力的IO输入，从而驱动全局时钟。想要了解更多关于时钟资源的知识可以参考Xilinx的官方参考文档。

IP核实验

实验任务：

实验任务是 使用达芬奇开发板 输出4个不同时钟频率或相位的时钟， 并在 Vivado中进行仿真以验证结果，最后生成比特流文件并将下载到开发板上，使用示波器来测量时钟的频率。IP核的配置

新建一个Vivado工程，命名为ip_clk_wiz_try，芯片型号选择Artix-7，封装fgg484，速度-2，逻辑资源3.5w。具体流程如下思维导图。

注：在robei能实现顶层模块设计，但实现不了ip核的仿真。

robei上实现ip核的约束和端口定义。（顶层模块设计）