应用于SoC的全数字锁相环设计的中期报告1.引言在现代数字系统中，时钟是整个系统的重要组成部分。时钟频率越高，系统性能通常越好，但也会增加功耗和噪声。为了控制时钟频率，锁相环（PLL）广泛用于数字设计中。PLL的主要目的是将输入时钟信号转换为输出时钟信号，并在输出时钟上提供可调节的频率和相位。全数字锁相环（ADPLL）是一种以数字电路为基础的PLL，在数字系统中的应用越来越广泛，因为它可以提供高精度、可编程和可重构的时钟系统。它通常由数字时钟生成器、数字频率分频器、数字相位检测器和数字控制器组成。本文旨在介绍ADPLL的设计和实现过程。其中，包括该ADPLL的结构、设计流程、IP核实现和仿真分析等方面的内容。最终实现的ADPLL可以用于各种数字系统中，例如SoC、DSP等数字系统。2.设计流程该ADPLL采用VerilogHDL进行设计和实现。其设计流程如下：2.1系统设计在该ADPLL的系统设计中，可分为三个部分：数字时钟生成器、数字频率分频器和数字相位检测器。数字时钟生成器是ADPLL的核心部分，主要用于生成与参考时钟频率相同的时钟信号。数字时钟生成器首先生成比参考时钟频率低的信号，然后使用锁相环的负反馈机制来平稳调整输出时钟频率，从而实现最终输出的时钟信号。数字频率分频器是用于将输入时钟信号频率除以固定因子来获得所需的时钟频率。它是实现ADPLL空间效率的关键因素。常用的数字频率分频器包括整数频率分频器和开关锁相环分频器等。数字相位检测器通常用于比较输入和输出时钟之间的相位差异，并为数字控制器提供反馈信号。同时，恒状态数字滤波器可以作为数字相位检测器加以实现。2.2电路实现在该ADPLL的电路实现中，可以分为三个模块：数字时钟生成器、数字频率分频器和数字相位检测器。数字时钟生成器主要由可编程交错延迟线（PDL）和可编程环形振荡器（PRO）组成。PDL可以实现多种分频比，它通过变化延迟单元的数量来实现频率变化。PRO是一种可编程环形振荡器，其中变频器的输出极为复杂且频率可编程。在该设计中，PRO被用作PDL和数字频率分频器之间的交叉锁定反馈。数字频率分频器采用简单的整数分频器，用于将输入时钟频率除以预定的因子。数字相位检测器采用前沿检测器和中值计数器进行设计。前沿检测器可以快速检测输入和输出时钟之间的相位差，而中值计数器则可以帮助输出端产生平稳的时钟频率。2.3RTL设计在ADPLL的RTL设计中，采用VerilogHDL完成模块的顶层设计和实现。采用分层设计的方式，从高层次到低层次完成设计的过程，最后将所有模块集成到一个完整的系统中。3.IP核实现将RTL设计中的模块进行调试和验证后，将其转化为IP核。该IP核包括数字时钟生成器、数字频率分频器和数字相位检测器等模块。可以通过不同的参数和配置进行定制化的设计。4.仿真分析通过使用ModelSim等仿真工具，对ADPLL进行验证和测试。在仿真过程中，测试了PLL的锁定时间、稳态误差以及抖动等性能指标，确保ADPLL在不同的工作环境下都具有良好的性能表现。5.结论本文介绍了在SoC中应用的ADPLL的设计和实现过程。通过设计数字时钟生成器、数字频率分频器和数字相位检测器等模块，实现了可编程和可重构的数字时钟系统。进一步将其付诸IP核的形式，可以在不同的数字系统中得到广泛应用。