全数字延时锁相环设计：FPGA时钟管理技术新突破

"FPGA内全数字延时锁相环的设计" 本文主要探讨了在FPGA（现场可编程门阵列）中全数字延时锁相环（DLL）的设计与实现，作者李兆静在其硕士论文中针对这一主题进行了深入的研究。随着FPGA技术的发展，时钟管理成为影响系统性能的关键因素，特别是对于高密度FPGA，时钟延迟和偏差的控制至关重要。文章对比了延时锁相环和锁相环（PLL）两种时钟管理技术，指出虽然模拟DLL在面积和精度上有优势，但考虑到功耗、锁定时间、设计复杂性和可复用性，数字DLL更为优选。 研究基于Xilinx公司的Virtex-E系列FPGA，作者设计并实现了全数字DLL电路，该电路具有自主知识产权。在一年多的时间里，作者进行了大量的工作，包括电路功能分析、逻辑和晶体管级电路设计、仿真以及电路优化。通过对DLL与PLL、数字DLL与模拟DLL的比较，深入解析了全数字DLL的结构和工作原理，最终设计出满足指标要求的DLL模块，为自主研发的FPGA提供了基础。 文章首先概述了FPGA及其时钟管理技术的历史发展，然后详细讨论了DLL和PLL的优缺点。DLL模块的各个部分，包括其工作原理和设计考量，都在文中得到了详尽阐述。作者使用Verilog-XL进行部分电路的数字仿真，Spectre进行模拟仿真，HSIM作为整体电路的仿真工具，确保了设计的准确性。 设计采用TSMC的0.18微米CMOS工艺库，所设计的DLL工作频率范围从25MHz到400MHz，工作电压1.8V，工作温度区间为-55℃到125℃，最大抖动时间为28ps。在100MHz输入时钟下，功耗为200mW。这些参数达到了与国外同类产品相当的水平。此外，DLL电路还具备时钟占空比调节、2倍频以及1.5、2、2.5、3、4、5、8、16等时钟分频功能，展现了其灵活的时钟合成能力。 这篇论文不仅贡献了一个高效且功能丰富的全数字DLL设计方案，也为FPGA领域的时钟管理技术提供了新的视角和实践案例，对于FPGA设计者和相关领域的研究人员具有重要的参考价值。