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奇数分频的Verilog实现

已有 2977 次阅读| 2017-7-9 19:43 |个人分类:数字IC|系统分类:硬件设计

从功能上来说，时钟分频电路主要分为整数分频和小数分频，而整数分频又分为奇数分频和偶数分频。小数分频笔者还没有了解透，所以这次在这里不做说明，等笔者后面熟练掌握了小数分频再补上。

下面主要讲整数分频（这里讲的整数分频的占空比都是50%）：

1、偶数分频

偶数分频是分频电路中最简单的。例如我们要进行2N（N为正整数）分频（clk_2N），对于50%的占空比来说，则表明clk_2N中有N个周期的高电平和N个周期的低电平（此处的周期是指原始时钟clk的周期）。所以在Verilog实现中主要考虑两点：

1）实现一个模N计数器

2）在模N计数器计满时，将输出时钟翻转

根据上面的两点，写出Verilog代码

always@(posedge clk or negedge rst_n) // 实现模N计数器
begin
if(rst_n)
count<=0;
else if(count==N-1)
count<=0;
else
count<=count+1;
end

always@(posedge clk or negdege rst_n) // 计数器计到(N-1)将输出时钟翻转
begin
if(!rst_n)
clk_2N<=0;
else if(count==N-1)
clk_2N<=~clk_2N;
else
clk_2N<=clk_2N;
end

2、奇数分频

当我们需要奇数（2N+1）分频，且占空比为50%时，偶数分频所采用的方法已经不适用了，因为2N+1的一半是N+0.5，单独对一个时钟计数是得不到0.5个时钟周期的，因为一个计数器只能对时钟的上升沿或者下降沿采样（不能同时采样两个边沿），所以一个周期之内只能计一次，无法得到0.5。但是我们注意到在一个时钟周期内，上升沿和下降沿之间刚好隔0.5个时钟周期。

既然一个时钟无法得到0.5的计数，而一个时钟周期的上升沿和下降沿之间刚好隔0.5个时钟周期，综合这两点，计数分频的实现思路就出来了：采用两个完全一样的时钟，然后用两个计数器分别对这两个时钟计数，其中一个计数器采用上升沿计数，另一个计数器采用下降沿计数（相当于是一个时钟，然后两个计数器分别采样上升沿和下降沿），然后利用偶数分频的办法，利用两个计数器，得到两个中间时钟变量，然后利用两个中间时钟变量进行逻辑操作，衍生出0.5个时钟周期。

所以实现2N+1的奇数分频有以下两种思路：

1）得到中间时钟clk1、clk2(周期为2N+1，N个周期的高电平，N+1个周期的低电平)，clk1、clk2的相位相差180度，也就是clk1、clk2是分别对原始时钟的上升沿和下降沿采样得到的，相隔半个时钟周期，最后将两个时钟取或，就能在各自的时钟上加上0.5个周期的高电平，实现占空比为50%的奇数分频。

2）上面的方法是将两个时钟取或，其实也可以取与，相当于在原来的高电平上减去0.5个周期的高电平，这就要求得到的clk1、clk2含有N+1个周期的高电平。

根据上面的思路，写出思路1的Verilog实现代码，思路2实现类似，不做说明。

always@(posedge clk or negedge rst_n) // 对上升沿计数
begin
if(!rst_n)
count1<=0;
else if(count1==2N)
count1<=0;
else
count1<=count1+1;
end

always@(posedge clk or negedge rst_n) // 中间时钟clk1
begin
if(!rst_n)
clk1<=0;
esle if(count1==N||count1==2N)
clk1<=~clk1;
else
clk1<=clk1;
end

assign clk_inv = ~clk; // 将原始时钟翻转

always@(posedge clk_inv or negedge rst_n) // 对下降沿计数
begin
if(!rst_n)
count2<=0;
else if(count2==2N)
count2<=0;
else
count2<=count2+1;
end

always@(posedge clk_inv or negedge rst_n) // 中间时钟clk2
begin
if(!rst_n)
clk2<=0;
esle if(count2==N||count2==2N)
clk2<=~clk2;
else
clk2<=clk2;
end

assign clk_2N+1 = clk1|clk2; // 2N+1分频时钟输出

注：由于触发器基本都是上升沿采样的，所以当我们写（negedge clk）时，综合出来的电路其实是在触发器的时钟输入端加了一级反相器，所以在上面的代码中，笔者直接采用上升沿采样，更直观的表现出最后的电路。