FPGA学习-分频器设计

分频器设计

一：分频器概念

板载时钟往往是有限个（50MHZ/100MHZ/24MHZ/60MHZ…），如果在设计中需要其他时钟时，板载时钟不满足时，需要对板载时钟进行分频/倍频，目的是用于满足设计的需求。

分频：产生比板载时钟小的时钟。

倍频：产生比板载时钟大的时钟。

二：分频器的种类

对于分频电路来说，可以分为整数分频和小数分频。

整数分频：偶数分频和奇数分频。

小数分频：半整数分频和非半整数分频。

三：分频器的思想

采用计数器的思想实现。

例子1：模10计数器

假设系统时钟sys_clk是50MHZ，对应的时钟周期Tclk=20ns，计数器每计数一次需要20ns，那么计数10次需要200ns。

1：整数分频：偶数分频（Duty：50％）

计数器计数10个持续时间为T=200ns，那么输出频率:

F=1/T=1/200ns=10^9/200HZ=5MHZ。

1MHZ=10^3KHZ=10^6HZ

通过模10计数器得到的频率为5MHZ，

占空比：高电平持续时间占整个周期比值。

50MHZ~5MHZ：10分频电路（Duty：50％）

2：整数分频：偶数分频（输出时钟高电平持续系统时钟一个周期：尖峰脉冲信号）

3：整数分频：偶数分频（Duty：60％）

根据上述偶数分频的方式，可以得出以下结论：

Fsys_clk=50MHZTsys_clk=1/Fsys_clk=20ns

如果Fclk_out=5MHZTclk_out=1/Fclk_out=200ns

以系统时钟上升沿来时，使其计数器加1，换句话说计数器计数一次需要20ns，当满足200ns持续时间时，需要让计数器计数10次。

那么计数器计数最大值cnt_max=10。

推导公式：cnt_max(计数器计数最大值)=200ns/20ns=Tclk_out/Tsys_clk=Fsys_clk/Fclk_out

4：整数分频：奇数分频

例子1：5分频电路（50MHZ---10MHZ）：Duty=3:2

测试3：5分频电路（Duty=3:2）

例子2：5分频电路（50MHZ---10MHZ）：Duty=1:1

首先需要设置两个计数器（0~4），第一个计数器以时钟上升沿计数，第二个计数器以时钟下降沿计数，都分别产生5分频电路，且占空比都为3:2，最后输出5分频电路占空比1:1就是由上述两个5分频电路相与得到的。

clk_out=clk_out1clk_out2;

如果5分频电路占空比是2:3时，最后输出5分频电路占空比1:1就是由上述两个5分频电路相或得到的。

clk_out=clk_out1|clk_out2;

测试4：5分频电路（Duty=1:1）

测试5：5分频电路（Duty=1:1）