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墀款夏
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1 Appplication Note V1.00 产品应用笔记文件信息类别关键词摘要 PLL 频率相位内容介绍如何使用 ProASIC3/E 的静态 PLL 广州致远电子有限公司

2 修订历史版本日期原因 V /06/24 创建文档产品应用手册 V1.00

3 目录 1. 适用范围 Static PLL 概述概述功能特点 Static PLL 的配置简单应用实例特别注意事项 PLL 的输入引脚频率范围总结参考资料免责声明销售与服务网络...12 i

4 1. 适用范围此应用笔记适用于 Actel Flash 结构的 ProASIC3/E 系列的 FPGA, 适用 Libero 7.3 和 Libero 8.0 IDE 开发环境 1/15

5 2. Static PLL 概述 2.1 概述 ProASIC3/E 器件中的 PLL 分静态和动态两种, 这两种主要的区别是动态的 PLL 中含有一个用户可使用的移位寄存器, 通过这个移位寄存器可以在程序运行的过程中对 PLL 的配置参数进行动态的修改动态 PLL 详见 Dynamic PLL 应用笔记文档 ProASIC3/E 器件中的静态 PLL 包含一个 PLL 核延时模块时钟分频模块 PLL 的内嵌复位信号 ( 不需要外部控制这个复位信号 ) 全局引脚还有其他的逻辑, 其中 PLL 核是由鉴相器 L.P. 低通滤波器以及一个 4 相位可调的 VCO 组成其功能包括时钟相位调整延时处理频率合成等 2.2 功能特点 (1) 可选的多种时钟输入源 :Hard-wired I/O( 固定的全局引脚 ) External I/O( 任意的引脚 ) Core Logic( 内部的信号 ), 输入频率范围 1.5MHz~350MHz; (2) 有 5 个输出引脚,GLA GLB YB GLC YC, 其中 GLA GLB GLC 可以输出至全局时钟网, 可使抖动和偏斜最小,YB YC 直接输出到内核信号, 输出频率范围 0.75MHz~350MHz; (3) 三个相位调整模块, 可实现度的相位调整 ; (4) 一个固定的延时模块和 6 个可编程的延时模块, 延时调整范围 0~6.735ns, 步进 200ps, 延时模块可以调整输出时钟的偏斜 ; (5) PLL 有多种反馈信号输入, 可以是 VCO 不带延时的输出或者带延时的输出外部自定义的信号, 具体见表 1 说明 ; (6) 具有 Powerdown 模式, 可以关断 PLL, 在关断模式,PLL 的消耗电流将只有 100uA, 输出全为 0 2/15

6 3. Static PLL 的配置说明图 1 为 Static PLL 在 SmartGen 软件中生成时的配置界面, 配置参数的含义介绍见表 1 图 1 表 1 Static PLL 配置界面 Static PLL 参数含义标号名称含义 1 CLKA PLL 的输入, 根据标号为 3 的选择不同, 输入的信号有所不同 2 时钟输入频率输入的时钟频率范围是 1.5MHz~350MHz 3 输入引脚类型有三种输入类型 : Hardwired I/O: 只能是固定的全局引脚输入, 而且必须是有 PLL 的 CCC 的全局 A[0:2] 引脚, 例如 :ProASIC3 只有一个 PLL, 只有 I/O 的引脚命名为 GFA0 GFA1 GFA2 才能作为输入 ; External I/O: 外部的任意引脚输入 ; Internal Logic: 内核的信号输入 ; 4 PWRDWN PLL 关断控制信号, 关断模式 PLL 消耗电流将只有 100uA, 输出全为 0 5 EXTFB 外部的反馈信号, 可以使用外部的信号来与输入信号的相位进行检测 6 固定反馈延时模块可以控制反馈信号的延时, 可选 0 或者 2.29ns 3/15

7 续表 1 7 反馈信号的选择通过这个 MUX 可以选择 PLL 不同的反馈信号, 可以选择不带延时单元或带延时单元的 VCO 输入外部的信号输入 8 反馈信号延时模块可以设定 VCO 的反馈信号的延时, 从 0.535~6.735ns, 步进为 200ps 9 VCO 输出这是 PLL 内部 VCO( 压控振荡器 ) 输出, 它的范围是 24~350MHz 10 GLA 的信号源选择这个 MUX 可以选择 GLA 的三个来源, 直接从 CLKA( 旁路 PLL) 不 MUX 带有延时的 VCO 输出带延时单元的 VCO 输出 11 GLB 和 GLC 的信号分别选择 GLB 和 GLC 的输出源, 可以是不带有延时的 VCO 输出带源选择 MUX 延时单元的 VCO 输出 12 输出信号频率设定输出的频率, 频率的范围是 0.75MHz~350MHz, 注意一点, 由于分频因子只能是整数形式, 所以有些时候所设置的频率并非刚好整数分频, 软件会自动算出一个最接近的频率, 也就是在这个频率后面蓝色的那个频率 13 输出的相位这里可以设置四个相位, 这个框的后面蓝色部分显示的是实际的相位和延时 14 全局输出信号的延时模块可以设定 GLA GLB GLC 的输出延时, 从 0~~6.735ns, 步进为 200ps 15 YB YC 输出信号的延时模块可以设定 YB YC 的输出延时, 从 0.535~6.735ns, 步进为 200ps 16 LOCK 当 PLL 相位锁定后,LOCK 信号变得有效, 有效电平可以设置为高或低 17 总的输出延时总的输出延时 = 输出信号延时 + 输入输出固定延时 - 反馈延时 - 固定反馈延时, 用图中的标号表示为 :17= 输入输出固定延时 CLKA 到输出的固定走线延时 19 PLL 的输出引脚 GLA GLB GLC 可以上到全局时钟网络, 可以驱动全局时钟引脚, 有最小的抖动和偏斜 ;YB YC 回到 FPGA 内部, 供内核信号使用 20 Generate 点击可生成 PLL 模块, 注意, 不能取名为 PLL, 另取其他名字 21 Reset 复位 PLL 的配置参数, 回到默认设置 4/15

4. 简单应用实例 (1) 打开 SmartGen 软件, 然后选择 Clock Conditioning/PLL, 双击图 2 中的

0 将该软件嵌在 Libreo 界面里面, 可以直接调用里面的模块, 图 2 就是两者类似的界面 Libero 7.3 Libero 8.

把所有的输出都用上, 输出的频率设置为 100MHz, 并设置不同的延时, 在仿真的时候观察这些延时的准确性, 这些延时分别为 :GLA :1.

8 4. 简单应用实例 (1) 打开 SmartGen 软件, 然后选择 Clock Conditioning/PLL, 双击图 2 中的 Static PLL 注意 : 在 Libero 7.3 中是独立调用的 SmartGen 软件, 而 Libero 8.0 将该软件嵌在 Libreo 界面里面, 可以直接调用里面的模块, 图 2 就是两者类似的界面 Libero 7.3 Libero 8.0 图 2 Static PLL 选择界面 (2) 配置 Static PLL 配置的界面如图 3 所示, 设置输入频率为 10MHz, 把所有的输出都用上, 输出的频率设置为 100MHz, 并设置不同的延时, 在仿真的时候观察这些延时的准确性, 这些延时分别为 :GLA :1.16ns,GLB:3.095ns,YB:6.880ns,GLC:4.895ns,YC:8.080ns, 相位都为 0,VCO 反馈延时为 0.535ns 图 3 配置 PLL 5/15

9 (3) 回到 Libero 软件, 查看 HDL 代码图 4 Static PLL 的 HDL 代码 (4) 点击 WaveFormer 软件, 生成测试文件 WaveFormer 的具体如何使用参考 Libero 快速入门, 设置 CLKA 的时钟为 10MHz, POWERDOWM 一直为高, 不关闭 PLL, 其他的都是输出信号, 不用关心 (5) 点击 ModelSim 仿真图 5 仿真测试文件生成 ModelSim 具体如何使用参考 Libero 快速入门, 仿真的波形如图 6 所示 : 图 6 仿真波形 6/15

10 结果分析 : 从图中可以看出, 当 LOCK 为高有效以后, 时钟才会有输出, 这里的延时差别就是在配置的时候所设置的,CLKA 为输入时钟, 从图中读出,GLA 的延时为 1160ps, GLB 的延时为 =3095ps,GLC 的延时为 =4895ps,YB 的延时为 =6880ps,YC 的延时为 =8080ps, 从这些延时的结果与图 3PLL 的设置进行对比, 所有的延时都符合我们的先前的设置 7/15

11 5. 特别注意事项 5.1 PLL 的输入引脚 Actel FPGA 的 PLL 输入引脚有三种类型 :Hardwired I/O External I/O Internal Logic, 如果使用 Hardwired I/O, 则 PLL 的输入只能使用固定的引脚 ProASIC3 只有一个 CCC 带有 PLL, 所以只能使用芯片西边的 CCC 上的全局输入引脚, 而且只能是全局 A[2:0] 的引脚, 也就是管脚命名为 GFA0,GFA1,GFA2 的三个引脚, 如果是 ProASIC3E 系列器件则有 6 个 PLL( 除 PQ208 封装 ), 每个 CCC 上的带 A 的全局引脚都可以作为输入, 总共有 18 个, 这些引脚的限制在管脚约束的时候可以看到, 如果选择了 Hardwired I/O, 那只能够有这几个引脚可以选择 External I/O Internal Logic 这两种都可以由任意的 I/O 输入 5.2 频率范围 PLL 的输入频率范围只能是 1.5MHz 到 350MHz, 输出的频率范围是 0.75MHz 到 350MHz, 由于 VCO 的输入输出频率限制, 有效除法器范围和倍频之间的相互依从关系, 所以并不是所有情况您要求的 PLL 输出频率值都可以达到此时,SmartGen 软件根据输入和输出频率来自动选择最合理的倍频和分频因子, 计算出最接近的一个频率, 这个频率在输出频率设置框的后面显示, 为蓝色字体, 如图 1 所示, 所以最后实际的频率应该是这个频率而不是我们所设置的频率 8/15

12 6. 总结本文档主要是介绍静态 PLL 一些功能及简单使用情况, 目的是让用户能够尽快掌握 Actel FPGA 的内部资源, 由于编者水平有限, 文档中难免有错漏的地方, 敬请谅解如果您在使用的过程中有不明白的或者发现有错漏的地方, 请与本公司联系, 我们将会竭尽全力为您解决问题如果您有更好的方法或见解, 也欢迎您和我们联系, 共同探讨 9/15

13 7. 参考资料 Actel,PA3E_DS,pdf,2005.7; Actel,SmartGen Cores Reference Guide,2007.1; 10/15

14 8. 免责声明广州致远电子有限公司随附提供的软件或文档资料旨在提供给您 ( 本公司的客户 ) 使用, 仅限于且只能在本公司制造或销售的产品上使用该软件或文档资料为本公司和 / 或其供应商所有, 并受适用的版权法保护版权所有如有违反, 将面临相关适用法律的刑事制裁, 并承担违背此许可的条款和条件的民事责任本公司保留在不通知读者的情况下, 修改文档或软件相关内容的权利, 对于使用中所出现的任何效果, 本公司不承担任何责任该软件或文档资料按现状提供不提供保证, 无论是明示的暗示的还是法定的保证这些保证包括 ( 但不限于 ) 对出于某一特定目的应用此文档的适销性和适用性默示的保证在任何情况下, 公司不会对任何原因造成的特别的偶然的或间接的损害负责公司 : 广州致远电子有限公司测控事业部地址 : 广州市天河区车陂路黄洲工业区七栋二楼 ( 研发部 ) 邮编 : 网址 : 销售电话 :+86 (020) 技术支持 :+86 (020) 传真 :+86 (020) /15

9. 销售与服务网络广州致远电子有限公司地址 : 广州市天河区车陂路黄洲工业区 3 栋 2 楼邮编 :510660 电话 : (020) 22644249 28872524 22644399 28872342 28872349 28872569 28872573 传真 : (020) 38601859 网站 :http://www.embedtools.com http://www.

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15 9. 销售与服务网络广州致远电子有限公司地址 : 广州市天河区车陂路黄洲工业区 3 栋 2 楼邮编 : 电话 : (020) 传真 : (020) 网站 : 广州周立功单片机发展有限公司地址 : 广州市天河北路 689 号光大银行大厦 15 楼 F1 邮编 : 电话 :(020) 传真 :(020) 网址 : 广州专卖店地址 : 广州市天河区新赛格电子城室邮编 : 电话 :(020) 传真 :(020) guangzhou@zlgmcu.com 北京周立功地址 : 北京市海淀区知春路 113 号银网中心 712 室邮编 : 电话 :(010) 传真 :(010) beijing@zlgmcu.com 杭州周立功地址 : 杭州市登云路 428 号浙江时代电子商城 205 号邮编 : 电话 :(0571) 传真 :(0571) hangzhou@zlgmcu.com 深圳周立功地址 : 深圳市深南中路 2070 号电子科技大厦 A 座 24 楼 2403 室邮编 : 电话 :(0755) 传真 :(0755) shenzhen@zlgmcu.com 上海周立功地址 : 上海市北京东路 668 号科技京城东座 7E 室邮编 : 电话 :(021) 传真 :(021) shanghai@zlgmcu.com 南京周立功地址 : 南京市珠江路 280 号珠江大厦 2006 室邮编 : 电话 :(025) 传真 :(025) nanjing@zlgmcu.com 重庆周立功地址 : 重庆市九龙坡区石桥铺科园一路二号大西洋国际大厦 ( 赛格电子市场 ) 1611 室邮编 : 电话 :(023) chongqing@zlgmcu.com 成都周立功地址 : 成都市一环路南一段 57 号金城大厦 612 室邮编 : 电话 :(028) 传真 :(028) chengdu@zlgmcu.com 武汉周立功地址 : 武汉市洪山区广埠屯珞瑜路 158 号室 ( 华中电脑数码市场 ) 邮编 : 电话 :(027) 传真 :(027) wuhan@zlgmcu.com 西安办事处地址 : 西安市长安北路 54 号太平洋大厦 1201 室邮编 : 电话 :(029) 传真 :(029) XAagent@zlgmcu.com 12/15

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