dpll結(jié)構(gòu)及工作原理

　　主要由鑒相器、k變模可逆計(jì)數(shù)器、脈沖加減電路和除n計(jì)數(shù)器四部分構(gòu)成。k變模計(jì)數(shù)器和脈沖加減電路的時(shí)鐘分別為mfc和2nfc。這里fc是環(huán)路中心頻率，一般情況下m和n都是2的整數(shù)冪。本設(shè)計(jì)中兩個(gè)時(shí)鐘使用相同的系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。

鑒相器

　　常用的鑒相器有兩種類型：異或門(xor)鑒相器和邊沿控制鑒相器(ecpd)，本設(shè)計(jì)中采用異或門(xor)鑒相器。異或門鑒相器比較輸入信號(hào)fin相位和輸出信號(hào)fout相位之間的相位差фe=фin-фout，并輸出誤差信號(hào)se作為k變�？赡嬗�(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向信號(hào)。環(huán)路鎖定時(shí)，se為一占空比50%的方波，此時(shí)的絕對(duì)相為差為90°。因此異或門鑒相器相位差極限為±90°。

k變�？赡嬗�(jì)數(shù)器

　　k變�？赡嬗�(jì)數(shù)器消除了鑒相器輸出的相位差信號(hào)se中的高頻成分，保證環(huán)路的性能穩(wěn)定。k變�？赡嬗�(jì)數(shù)器根據(jù)相差信號(hào)se來進(jìn)行加減運(yùn)算。當(dāng)se為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加運(yùn)算，如果相加的結(jié)果達(dá)到預(yù)設(shè)的模值，則輸出一個(gè)進(jìn)位脈沖信號(hào)carry給脈沖加減電路；當(dāng)se為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行減運(yùn)算，如果結(jié)果為零，則輸出一個(gè)借位脈沖信號(hào)borrow給脈沖加減電路。

脈沖加減電路

　　脈沖加減電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸入信號(hào)頻率和相位的跟蹤和調(diào)整，最終使輸出信號(hào)鎖定在輸入信號(hào)的頻率和信號(hào)上。

除n計(jì)數(shù)器

　　除n計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖加減電路的輸出idout再進(jìn)行n分頻，得到整個(gè)環(huán)路的輸出信號(hào)fout。同時(shí)，因?yàn)閒c=idclock/2n，因此通過改變分頻值n可以得到不同的環(huán)路中心頻率fc。

dpll部件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　了解了dpll的工作原理，我們就可以據(jù)此對(duì)dpll的各部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。dpll的四個(gè)主要部件中，異或門鑒相器和除n計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)比較簡單：異或門鑒相器就是一個(gè)異或門；除n計(jì)數(shù)器則是一個(gè)簡單的n分頻器。下面主要介紹k變�？赡嬗�(jì)數(shù)器和脈沖加減電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

k變�？赡嬗�(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

　　k變�？赡嬗�(jì)數(shù)器模塊中使用了一個(gè)可逆計(jì)數(shù)器count，當(dāng)鑒相器的輸出信號(hào)dnup為低時(shí)，進(jìn)行加法運(yùn)算，達(dá)到預(yù)設(shè)模值則輸出進(jìn)位脈沖carry；為高時(shí)，進(jìn)行減法運(yùn)算，為零時(shí)，輸出借位脈沖borrow。count的模值ktop由輸入信號(hào)kmode預(yù)設(shè)，一般為2的整數(shù)冪，這里模值的變化范圍是23-29。模值的大小決定了dpll的跟蹤步長，模值越大，跟蹤步長越小，鎖定時(shí)的相位誤差越小，但捕獲時(shí)間越長；模值越小，跟蹤步長越大，鎖定時(shí)的相位誤差越大，但捕獲時(shí)間越短。

k變�？赡嬗�(jì)數(shù)器的verilog設(shè)計(jì)代碼如下(其中作了部分注釋，用斜體表示)：
module kcounter(kclock，reset，dnup，enable， kmode，carry，borrow);
input kclock; /*系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)*/
input reset; /*全局復(fù)位信號(hào)*/
input dnup; /*鑒相器輸出的加減控制信號(hào)*/
input enable; /*可逆計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)允許信號(hào)*/
input [2:0]kmode; /*計(jì)數(shù)器模值設(shè)置信號(hào)*/
output carry; /*進(jìn)位脈沖輸出信號(hào)*/
output borrow; /*借位脈沖輸出信號(hào)*/
reg [8:0]count; /*可逆計(jì)數(shù)器*/
reg [8:0]ktop; /*預(yù)設(shè)模值寄存器*/
/*根據(jù)計(jì)數(shù)器模值設(shè)置信號(hào)kmode來設(shè)置預(yù)設(shè)模值寄存器的值*/
always @(kmode)
begin
case(kmode)
3'b001:ktop<=7;
3'b010:ktop<=15;
3'b011:ktop<=31;
3'b100:ktop<=63;
3'b101:ktop<=127;
3'b110:ktop<=255;
3'b111:ktop<=511;
default:ktop<=15;
endcase
end
/*根據(jù)鑒相器輸出的加減控制信號(hào)dnup進(jìn)行可逆計(jì)數(shù)器的加減運(yùn)算*/
always @(posedge kclock or posedge reset)
begin
if(reset)
count<=0;
else if(enable)
begin
if(!dnup)
begin
if(count==ktop)
count<=0;
else
count<=count+1;
end
else
begin
if(count==0)
count<=ktop;
else
count<=count-1;
end
end
end
/*輸出進(jìn)位脈沖carry和借位脈沖borrow*/
assign carry=enable&(!