基于FPGA PLL锁相环实现及示波器波形失真分析

在看前，建议先看【Cyclone_IV_器件中的时钟网络与 PLL.pdf 】

PLL具有时钟倍频和分频、相位偏移、可编程占空比、外部时钟输出，进行系统级的时钟管理和偏移控制功能。

PLL常用于同步内部器件时钟和外部时钟，使内部工作的时钟频率比外部时钟频率更高，时钟延迟和时钟偏移最小，减小或调整时钟到输出和建立时间。

时钟控制模块输入

输入	说明
专用时钟输入	专用时钟输入管脚能够驱动时钟或者全局信号，例如：同步与异步清零、预置，或者给定 GCLK 上的时钟使能。
两用时钟(DPCLK与CDPCLK)I/O输入	DPCLK 与 CDPCLK I/O 管脚都是双向双重功能管脚，通过 GCLK 用于高扇出控制信号，例如：协议信号、用于 PCI 的 TRDY IRDY 信号。如果时钟控制模块具有由两用时钟 I/O 管脚驱动的输入端，则该时钟控制模块将不能够驱动 PLL 输入端。
PLL 输出	PLL 计数器输出能够驱动 GCLK。
内部逻辑	通过逻辑阵列布线驱动 GCLK，以使能内部逻辑单元 (LE) 来驱动高扇出，低偏移的信号路径。如果时钟控制模块具有由内部逻辑驱动的输入端，则该时钟控制模块将不能够驱动 PLL 输入端。

在 Cyclone IV 器件中，专用时钟输入管脚、PLL 计数器输出、两用时钟 I/O 输入和内部逻辑都可用于驱动每个 GCLK 的时钟控制模块。反过来，时钟控制模块上的输出也能够驱动相应的 GCLK。如果时钟控制模块输入是另一个 PLL 或者专用时钟输入管脚的输出，那么 GCLK 能够驱动 PLL 输入。

操作过程，直接看黑金教学教程就行，已经很详细了，我只想贴一下我的实验结果。

补充一下实验过程：









因为我用的cyclone IV E的时钟是50MHz的，PLL有四种工作模式，在这里选择in normal mode.



输入输出信号选择，默认就行。











同理设置clk c1 c2 c3，分别是50M，75M，100M，不懂可以留言。设置完c3点击finish，然后出现下图，就是PLL创建成功了。



在file里可以看到



示波器测量到的波形为 25Mhz 的方波（因为示波器原因，已经开始失真了，往下的波形均有失真）:

【确定带宽抑制是关闭状态的】



示波器测量到的波形为 50Mhz 的方波：



示波器测量到的波形为 75Mhz 的方波：



示波器测量到的波形为 100Mhz 的方波：



分析波形的失真问题: 首先要了解方波的合成，由信号与系统的学习中，我们可以知道，方波其实不是真是存在的，其是有多次谐波叠加而成的，谐波次数越多，那么就越接近方波。所以，在示波器的捕捉频率为100MHz的情况下，25MHz的方波只能捕捉到4个点，50MHz，75MHz，100MHz，分别为2，1，1个点，那么仅由4，2，1，1个点绘出的波形，肯定是严重失真的啦。



这是一个傅里叶的传输门

补充一个利用signalTap II logic analyzer检测输出的方波。同时因为采样频率时钟选择CLK4_100M，所以在这里也对相应的输出时钟做了改动。如下图所示：



因为刚学PLL，尚且还有很多不懂的地方，有错的，望指正，这只是初步的学习报告，还会又后续补充。