【数字IC/FPGA】半整数分频

整数分频回顾

之前的博客中，我们讨论的偶数分频和奇数分频，总结一下，就是:
1.偶数分频时，设计一个计数器，从0计到N-1，然后又回到0，信号在计数器等于N/2-1和N-1的时候翻转。
2.奇数分频时，设计两个计数器cnt_p和cnt_n，分别在时钟的上升沿和下降沿改变，并且计数范围为0-N-1，同时设计两个信号clk_p和clk_n，clk_p在时钟上升沿改变，clk_n在下降沿改变，当计数器cnt_p的值为(N-1)/2和N-1时，clk_p信号翻转，clk_n同理。最后两个信号相或就能得到最终的结果。

半整数分频

本文我们讨论半整数分频的实现，即K+0.5分频器的设计。
我们设K+0.5=N，则下面是我们的设计方法，在下图中，我们首先设置了两个计数器cnt_p和cnt_n，分别在时钟上升沿和下降沿改变，同时也设置了两个时钟信号clk_p,clk_n，同样也分别在上升沿和下降沿改变。
我们让clk_p信号的高电平持续N+0.5个周期，低电平信号持续N-0.5个周期，clk_n信号也做同样的处理，但是，让这两者的相位差为N个周期（这是容易做到的），这样，我们将clk_p和clk_n相与，就能得到一个N分频的时钟，尽管占空比不等于50%。

代码实现

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2022/03/08 15:52:45
// Design Name: 
// Module Name: clk_div
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//


module clk_div
#(parameter N = 5)       //5+0.5分频
(
input logic clk,
input logic rst,
output logic clk_div
    );

logic [3:0] cnt_p;
logic [3:0] cnt_n;
logic clk_p;
logic clk_n;
always_ff@(posedge clk,posedge rst)
if(rst)
     cnt_p<=0;
else if(cnt_p==(2*N+1)-1)
     cnt_p<=0;
else
     cnt_p<=cnt_p+1;
//
always_ff@(negedge clk,posedge rst)
if(rst)
    cnt_n<=0;
else if(cnt_n==2*N+1-1)
    cnt_n<=0;
else 
    cnt_n<=cnt_n+1;
//clk_p
always_ff@(posedge clk,posedge rst)
if(rst)
     clk_p<=0;
else if(cnt_p==0)
     clk_p<=1;
else if(cnt_p==(N+1))
     clk_p<=0;
//clk_n
always_ff@(negedge clk,posedge rst)
if(rst)
     clk_n<=1;
else if(cnt_n==0)
     clk_n<=0;
else if(cnt_n==N)
     clk_n<=1;
//
assign clk_div=clk_n&clk_p;
endmodule

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69

仿真平台：

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2022/03/08 10:45:00
// Design Name: 
// Module Name: test_tb
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//


module test_tb(

    );
logic clk;
logic rst;
logic clk_div;
initial begin
    clk=0;
    forever begin
        #5 clk=~clk;
    end
end
initial
begin
    rst=1;
    #21
    rst=0;
end
clk_div 
#(.N(3))
U(.*);
endmodule

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45

仿真得到的波形（以5.5分频为例)