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FPGA - 7系列 FPGA内部结构之Clocking -01- 时钟架构概述

前言

本文节选UG472第一章主要用于介绍7系列FPGA与前几代相比,时钟架构和时钟架构FPGA总结了时钟连接的相关使用方法。

文章目录

  • 前言
  • 时钟架构概述
    • 时钟布线资源概述
    • CMT 概述
    • 时钟缓冲器、管理和路由
      • 时钟区域的基本视图
      • 单个时钟域的详细视图
      • 全局 BUFG 和区域 BUFH/CMT/CC 引脚连接
      • BUFR/BUFMR/BUFIO 时钟区域
  • 7 系列 FPGA 时钟和前几代 FPGA 的区别
    • 与 Virtex-6 FPGA 的主要区别
    • 与 Spartan-6 FPGA 的主要区别
  • 时钟连接总结
    • 7 系列 FPGA 的时钟差异
  • reference

时钟架构概述

7 系列 FPGA 时钟资源通过特殊的全局和区域 I/O 时钟资源管理复杂简单。 时钟管理块 (CMT) 提供时钟频率合成、不建议使用非时钟资源,如本地布线。

每个 7 时钟区域分为系列设备。

  • 时钟区域的数量随设备的大小而变化,从最小设备中的时钟区域到最大设备中的时钟区域 24 时钟区。
  • 一个时钟区域包括跨越 50 个 CLB 和一个 I/O bank (50 I/O) 所有同步元素(如:CLB、I/O、串行收发器、DSP、块 RAM、CMT),水平 时钟行 (HROW) 在其中心。
  • 从每个时钟区域HROW 向上跨越25 个CLB,向下跨越25 个CLB,并横跨设备的每一侧。

时钟布线资源概述

每个 I/O bank 所有具有时钟功能的输入管脚都用于引入用户时钟 7 系列 FPGA 时钟布线资源。 与专用时钟缓冲器相结合,具有时钟功能的输入将用户时钟带到:

  • 全局时钟线在同一上/下半部分。
  • 同一 I/O bank 和垂直相邻 I/O bank 内的 I/O 时钟线
  • 时钟线在同一时钟区域和垂直相邻时钟区域。
  • 在同一时钟区域内 CMT,相邻时钟区域垂直有限。

每个 7 有一系列单片芯片 32 全局时钟线可以为整个设备中的所有时间资源提供时钟和控制信号。 全局时钟缓冲器(BUFGCTRL,简化为 BUFG)驱动全局时钟线,必须用于访问全局时钟线。 使用时钟区 12 每个时钟区域最多可以支持水平时钟线 12 这些全球时钟线。

全局时钟缓冲器:

  • 可用作时钟使能电路,以启用或禁用跨越多个时钟区域的时钟 。
  • 可用作无毛刺多路复用器:
    • 在两个时钟源之间
    • 从故障时钟源切换。
  • 通常由 CMT 驱动以:
    • 消除时钟分配延迟。
    • 与另一个时钟相比,调整时钟延迟。

水平时钟缓冲器 (BUFH/BUFHCE) 允许通过水平时钟访问单个时钟区域的全球时钟线。 也可作为时钟使能电路 (BUFHCE),独立使用或禁用跨越单个时钟区域的时钟。使用每个时钟区域 12 每个时钟区域最多可以支持水平时钟线 12 个时钟。

每个 7 系列 FPGA 都有区域和 I/O 时钟树可以为时钟区域的所有顺序资源提供时钟。 每个设备也有多时钟区域缓冲器 (BUFMR),允许区域和 I/O 时钟跨越多达三个垂直相邻的时钟区域。

  • I/O 时钟缓冲器 (BUFIO) 驱动 I/O 时钟树,提供钟树 I/O bank 中所有顺序 I/O 时钟访问资源。
  • 区域时钟缓冲器 (BUFR) 驱动区域时钟树,驱动同一时钟区域的所有时钟目标,并通过编程分频输入时钟速率。
  • 结合 IOB 可编程串行器/解串器,BUFIO 和 BUFR 无需使用额外的逻辑资源,时钟缓冲器允许源同步系统跨时钟域。
  • 与相关的BUFR 或BUFIO 多时钟区域缓冲器可一起使用(BUFMR) 驱动相邻时钟区和I/O bank 中的区域和I/O 时钟树。
  • 时钟区或I/O bank 最多可以支持四个唯一的I/O 时钟和四个唯一区域的时钟。

高性能时钟路由以极低抖动和最小占空比失真的直接路径 CMT 一些输出连接到 I/O。

CMT 概述

每个 7 系列 FPGA 最多有 24 个 CMT,每个 CMT 由一个 MMCM 和一个 PLL 组成。 MMCM 和 PLL 用作各种频率的频率合成器,用作外部或内部时钟的抖动滤波器,以及去偏时钟。 锁相环包含MMCM 功能的子集。 7 系列 FPGA 时钟输入连接允许多种资源 MMCM 和 PLL 提供参考时钟。

7 系列 FPGA MMCM 具有无限精细相移能力,可用于动态相移模式。 MMCM 在反馈路径或输出路径中也有一个小数计数器,以实现频率合成能力的进一步粒度。

IP 时钟导用于帮助 MMCM 和 PLL 在 7 系列 FPGA 时钟网络是在设计中创建的。 GUI时钟网络参数采集界面。 选择合适的时钟导向 CMT 并优化资源配置 CMT 时钟路由资源及相关资源。

时钟缓冲器、管理和路由

下图提供了 7 系列 FPGA 时钟架构的可视化和分层解释。 7 系列 FPGA 时钟架构的高层结构视图。 垂直时钟中心线(时钟主干)将设备分为相邻的左右区域,而水平中心线将设备分为顶部和底部。

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时钟主干中的资源被镜像到水平相邻区域的两侧,从而将某些时钟资源延伸到水平相邻区域。 两组全球时钟缓冲器分为顶部和底部 (BUFG) 对它们的连接方式进行分离和限制。 但是,BUFG 它不属于时钟区,可以到达设备上的任何时钟。 所有水平时钟资源都包括时钟区域水平时钟 (HROW) 垂直非区域时钟资源的中心包括时钟主干或 CMT 主干中。

时钟区域的基本视图

下图是时钟区域的基本视图。

单个时钟域的详细视图

下图显示了单个时钟区域中时钟在设备右侧边缘的更详细的视图。

全局 BUFG 和区域 BUFH/CMT/CC 引脚连接

下图显示了全局 BUFG 和区域 BUFH/CMT/CC 区域内引脚连接和可用资源数量的详细信息。

标签: ls热继电器支架gthht7327集成电路

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