FPGA中全数字延时锁相环设计与优化

"FPGA内全数字延时锁相环的设计.pdf" 李兆静的硕士学位论文主要探讨了在FPGA（现场可编程门阵列）中全数字延时锁相环（DLL）的设计，该领域在现代电子技术中扮演着至关重要的角色。随着FPGA技术的快速发展，从早期的1200门发展到现在拥有数百万至上千万门的复杂芯片，FPGA已广泛应用于通信、消费电子和汽车电子等多个领域。然而，国内市场上，FPGA主要依赖于国外品牌。 在高密度FPGA中，时钟分布的均匀性和时钟延迟对系统性能的影响尤为显著。为了解决这一问题，通常有两种主要方法：延时锁相环（DLL）和锁相环（PLL）。DLL和PLL各有其数字和模拟设计方式。尽管模拟DLL在芯片面积占用和时钟精度上具有优势，但从功耗、锁定时间、设计难度和可复用性等方面来看，数字DLL更具吸引力。 论文详细阐述了基于Xilinx公司的Virtex-E系列FPGA的全数字DLL的研究和设计。作者李兆静通过深入分析DLL与PLL、数字DLL与模拟DLL的优缺点，设计并实现了具有自主知识产权的全数字DLL模块电路。在这一过程中，他进行了大量的电路功能分析、逻辑电路和晶体管级电路设计，以及仿真和优化工作。 论文首先概述了FPGA和时钟管理技术的发展，接着深入对比了DLL和PLL两种时钟管理技术。DLL模块的各部分工作原理和设计考虑被详细讨论，包括全数字DLL的整体架构设计。最后，通过使用Verilog-XL进行数字仿真，Spectre进行模拟仿真，以及HSIM进行整体仿真，验证了设计的DLL电路的功能，并确定了应用参数。设计的DLL在TSMC 0.18um CMOS工艺库上建模，工作频率范围从25MHz到400MHz，工作电压为1.8V，能在-55℃到125℃的温度范围内稳定工作，最大抖动时间为28ps，适用于100MHz的输入时钟。 这篇论文为开发具有自我知识产权的FPGA提供了关键的理论和技术支持，强调了全数字DLL在降低时钟延迟和提高系统性能方面的价值，同时展示了数字设计方法在实现高效能FPGA时钟管理中的潜力。