MMCM お よ び PLL は、CMT バ ッ ク ボー ン経由で CLKOUT0 か ら CLKOUT3 を使用 し て カ ス ケー ド 接続で き 、 よ り 広範囲の ク ロ ッ ク 周波数を生成可能です。CMT バ ッ ク ボーン を使用す る 場 合、 バ ッ フ ァ ーは不要です (図3-15 お よ び図3-16 参照)。 バ ッ ク ボーン での遅延は補正 さ れないた め、2 つの MMCM の出力 ク ロ ッ ク 間には位相オ フ セ ッ ト があ り ます。
ただ し 、 生成で き る 周波数範囲には制限があ り ます。2 つの MMCM (図3-15 お よ び図3-16 参照) の入力周波数お よ びカ ウ ン タ ー設定 と 最終的な出力周波数の間には、式3-12 に示す関係があ り ま す。 入力 ク ロ ッ ク と 2 つ目の MMCM の出力 ク ロ ッ ク の位相関係は未定義です。 バ ッ ク ボーン接続 は遅延が補正 さ れないため、2 つの MMCM 間には位相オ フ セ ッ ト が追加 さ れます。2 つの MMCM を カ ス ケー ド 接続す る には、1 つ目の MMCM の出力を 2 つ目の MMCM の CLKIN ピ ンに接続 し ま す。 こ の よ う に 接続す る と 、 デ バ イ ス の ジ ッ タ ー を 最小限 に 抑 え る こ と が で き ま す。 反転
X-Ref Target - Figure 3-14
図 3-14 : ゼロ遅延バ ッ フ ァ ー CLKIN1
CLKFBIN RST
MMCM IBUFG
Inside FPGA OBUF
To External Components BUFG
BUFG CLKOUT0
CLKOUT0B CLKOUT1 CLKOUT1B CLKOUT2 CLKOUT2B CLKOUT3 CLKOUT3B CLKOUT4 CLKOUT5 CLKOUT6 CLKFBOUT CLKFBOUTB LOCKED
ug472_c2_13_061710
MMCM と PLL の使用モデル
CLKOUTxB 出力を使用 し た カ ス ケー ド 接続はで き ません。
式3-12 fOUTMMCM2 fOUTMMCM1 MMMCM2
DMMCM2OMMCM2
--- fIN MMMCM1 DMMCM1OMMCM1
--- MMMCM2 DMMCM2OMMCM2
---
= =
X-Ref Target - Figure 3-15
図 3-15 : ク ロ ッ ク エ ッ ジ を揃えずに カ スケー ド 接続 し た 2 つの MMCM
X-Ref Target - Figure 3-16
図 3-16 : 可能な限 り ク ロ ッ ク エ ッ ジ を揃えて カ スケー ド 接続 し た 2 つの MMCM CLKIN1
CLKFBIN RST
CLKIN1 CLKFBIN RST
MMCM
To Logic
IBUFG BUFG
To Logic BUFG
ug472_c2_14_061710
CLKOUT0 CLKOUT0B CLKOUT1 CLKOUT1B CLKOUT2 CLKOUT2B CLKOUT3 CLKOUT3B CLKOUT4 CLKOUT5 CLKOUT6 CLKFBOUT CLKFBOUTB
LOCKED MMCM
CLKOUT0 CLKOUT0B CLKOUT1 CLKOUT1B CLKOUT2 CLKOUT2B CLKOUT3 CLKOUT3B CLKOUT4 CLKOUT5 CLKOUT6 CLKFBOUT CLKFBOUTB LOCKED
CLKIN1 CLKFBIN RST
CLKIN1 CLKFBIN RST
MMCM
To Logic
IBUFG BUFG
To Logic BUFG
ug472_c2_15_042611
CLKOUT0 CLKOUT0B CLKOUT1 CLKOUT1B CLKOUT2 CLKOUT2B CLKOUT3 CLKOUT3B CLKOUT4 CLKOUT5 CLKOUT6 CLKFBOUT CLKFBOUTB
LOCKED MMCM
Uncompensated Delay
To Logic BUFG
CLKOUT0 CLKOUT0B CLKOUT1 CLKOUT1B CLKOUT2 CLKOUT2B CLKOUT3 CLKOUT3B CLKOUT4 CLKOUT5 CLKOUT6 CLKFBOUT CLKFBOUTB LOCKED
第 3 章 : ク ロ ッ ク マネージ メ ン ト タ イル
スペ ク ト ラ ム拡散ク ロ ッ ク 生成
スペ ク ト ラ ム拡散 ク ロ ッ ク 生成 (SSCG) は、 エ レ ク ト ロ ニ ク スデバ イ ス で生成 さ れ る EMI の スペ ク ト ル密度を低減す る ためその製造者の間で広 く 使用 さ れてい ます。EMI 放出レベルが近接す る ほ かの電子デバ イ ス の動作に影響を与え る レベルにな ら ない よ う に し なければな り ません。た と えば、
電話がビデオデ ィ ス プ レ イ の隣にあ っ て も 通話の質が落ち る よ う な こ と があ っ てはな り ません。同 様に、 デ ィ ス プ レ イ も 電話使用中に影響を受け る こ と がない よ う に し ます。
電磁適合性 (EMC) に関す る 規制は、 こ う し た電磁妨害を引 き 起 こ す ノ イ ズや EMI を抑制す る ため の も のです。EMC 要件に適合 さ せ る ための一般的手段 と し ては、高額なシール ド 、 フ ェ ラ イ ト ビー ズ、 チ ョ ー ク な ど を追加す る 方法があ り ます。 こ う し た方法は、PCB の配線を複雑に し た り 、 製品 開発サ イ ク ルが長 く な る な ど し て、 最終製品の コ ス ト に影響す る 可能性があ り ます。
SSCG は、 電磁エネルギーを幅広い周波数帯域に拡散 さ せ、 狭い周波数の幅の中で計測 さ れた電磁
界強度を効果的に抑制 し ます。あ る 周波数での ピー ク 電磁エネルギーは SSCG 出力を モジ ュ ール化 する こ と で低減 さ れます。
SS_EN が TRUE に設定 さ れてい る 場合、MMCME2 は固定周波数のオシ レー タ ーか ら スペ ク ト ラ ム拡散 ク ロ ッ ク を生成で き ま す (図3-17 参照)。MMCME2 内では、VCO 周波数は CLKFBOUT お よ び CLKOUT[6:4,1,0] と 共に変調 さ れます。 ク ロ ッ ク 出力 CLKOUT[3:2] は変調周期の制御に 使用 さ れ ま すが、 一般的な使用では利用で き ま せん。 ク ロ ッ ク 周波数が低速で調整 さ れ る 限 り 、 MMCME2 の周期ジ ッ タ ーが スペ ク ト ラ ム拡散の影響を受け る こ と はあ り ません。
変 調 周 期 SS_MOD_PERIOD を 調 整 す る こ と で、FPGA 設 計 者 は、 ソ フ ト ウ ェ ア ツ ー ル が MMCME2 の設定に基づ き 最 も 近い変調周期を選択す る よ う に指定で き ます。変調周波数が 30kHz の可聴周波数帯域 よ り も 高い間は、 スペ ク ト ラ ム拡散変調に よ っ て EMI が低減 さ れます。 一般に、
設計者は、 スペ ク ト ラ ム拡散の影響を最小限に抑え る ために よ り 低い変調周波数を使用 し ます。
周波数偏差を SS_MODE (CENTER_HIGH ま たは DOWN_HIGH) で大 き く す る と 、相対的な EMI が削減 さ れますが、 周波数帯域が広 く な っ た こ と に よ っ てシ ス テ ム全体の動作へ影響が及ばない よ う に注意が必要です (図3-18 参照)。 スペ ク ト ラ ム拡散 ク ロ ッ ク お よ び入力 ク ロ ッ ク は異な る 周波 数で動作 し てい る ため、 ク ロ ッ ク ド メ イ ン間におけ る デー タ 転送でデー タ が失われない よ う に非同 期 FIFO を使用す る 必要があ り ます。 周波数偏差を大 き く す る と 、 よ り 大 き な FIFO が必要 と な り ます。
X-Ref Target - Figure 3-17
図 3-17 : セ ン タ ー拡散変調 Modulation Period
Frequency Deviation
UG472_c3_01_070212
FIN
Frequency
Time
MMCM と PLL の使用モデル
デザ イ ンにおけ る 別の ト レー ド オ フ と し て、 セ ン タ ー拡散ま たはダ ウ ン拡散のいずれを使用す る か を 決 定 す る こ と が 考 え ら れ ま す。SS_MODE (DOWN_HIGH、DOWN_LOW) を 選 択 す る と 、 図3-19 に示す よ う に低い周波数への広が り が可能です。OWN_HIGH は、CENTER_LOW と 類似
し た周波数偏差 と な り ます。
ダ ウ ン拡散を使用す る 場合、 スペ ク ト ラ ム拡散に よ る タ イ ミ ン グ解析への影響を考慮 し なければな ら ない こ と が多 く あ り ます。 スペ ク ト ラ ム拡散 ク ロ ッ ク を使用す る デザ イ ンは、 周波数偏差内で最 も 高い周波数で タ イ ミ ン グ を満たす必要があ り ます。 し たがっ て、SS_MODE (CENTER_LOW) の 100MHz ク ロ ッ ク に よ っ て 3% (±1.5%) の セ ン タ ー拡散が生 じ る と き は、3% セ ン タ ー拡散の 100MHz ク ロ ッ ク は、101.5MHz ク ロ ッ ク と し て タ イ ミ ン グ解析でエ ラ ーが発生 し ない よ う に し ま す。 し か し 、SS_MODE (DOWN_HIGH) に よ っ て 3% のダ ウ ン拡散が生 じ る 場合、 入力周波数は 周波数偏差内で最 も 高い周波数 と な り ます。 結果、3% のダ ウ ン拡散の 100MHz ク ロ ッ ク について は、 ダ ウ ン拡散 ク ロ ッ ク は タ イ ミ ン グ解析では 100MHz ク ロ ッ ク と し て継続的に解析 さ れます。
周波数帯域を拡散内で実現 さ せ る タ イ ミ ン グ制約の調整例 と し て、 周波数帯域を拡大 さ せた分を加 味す る よ う に入力周波数を手動で調整で き ます (表3-9 参照)。
X-Ref Target - Figure 3-18
図 3-18 : セ ン タ ー拡散変調
(CENTER_LOW および CENTER_HIGH)
X-Ref Target - Figure 3-19
図 3-19 : ダウン拡散変調
Frequency
Time
CENTER_LOW
FIN CENTER_HIGH
UG472_c3_02_070212
Frequency
Time
DOWN_LOW FIN
DOWN_HIGH
UG472_c3_03_070212
第 3 章 : ク ロ ッ ク マネージ メ ン ト タ イル
入力 ク ロ ッ ク が 25MHz の場合、 新 し い タ イ ミ ン グ制約は次の と お り です。
• SS_MODE(CENTER_HIGH) = 25 x 56/55 = 25.45MHz
• SS_MODE (CENTER_LOW) = 25 x 112/111 = 25.23MHz
• SS_MODE (DOWN_HIGH) = 25MHz
• SS_MODE (DOWN_LOW) = 25MHz
入力 ク ロ ッ ク が 80MHz の場合、 新 し い タ イ ミ ン グ制約は次の と お り です。
• SS_MODE(CENTER_HIGH) = 80 x 44/43 = 81.86MHz
• SS_MODE (CENTER_LOW) = 80 x 88/87 = 80.92MHz
• SS_MODE (DOWN_HIGH) = 80MHz
• SS_MODE (DOWN_LOW) = 80MHz
ダ ウ ン拡散使用時の平均出力周波数は入力周波数 よ り も 低いため、入力 ク ロ ッ ク ド メ イ ンお よ び出 力 ク ロ ッ ク ド メ イ ン間でのデー タ 転送には非同期 FIFO を使用す る 必要があ り ます。MMCME2 内 表 3-9 : 入力周波数を用いたスペ ク ト ラ ム拡散 タ イ ミ ングの手動によ る調整
パラ メ ー タ ー 入力周波数 (MHz) M 入力周波数の調整 (FIN_SS)
SS_MODE(CENTER_HIGH)
25 < FIN < 35 M = 28 FIN_SS = FIN x 56/55 35 < FIN < 50
M = 21 FIN_SS = FIN x 42/41 M = 22 FIN_SS = FIN x 44/43 50 < FIN < 75 M = 28 FIN_SS = FIN x 56/55 75 < FIN < 150
M = 21 FIN_SS = FIN x 42/41 M = 22 FIN_SS = FIN x 44/43
SS_MODE (CENTER_LOW)
25 < FIN < 35 M = 56 FIN_SS = FIN x 112/111 35 < FIN < 50
M = 42 FIN_SS = FIN x 84/83 M = 44 FIN_SS = FIN x 88/87 50 < FIN < 75 M = 56 FIN_SS = FIN x 112/111 75 < FIN < 150
M = 42 FIN_SS = FIN x 84/83 M = 44 FIN_SS = FIN x 88/87
SS_MODE (DOWN_HIGH)
25 < FIN < 35 M = 28 FIN_SS = FIN 35 < FIN < 50 M = 21、22 FIN_SS = FIN 50 < FIN < 75 M = 28 FIN_SS = FIN 75 < FIN < 100 M = 21、22 FIN_SS = FIN 100 < FIN < 150 M = 21、22 FIN_SS = FIN
SS_MODE (DOWN_LOW)
25 < FIN < 35 M = 56 FIN_SS = FIN 35 < FIN < 50 M = 42、44 FIN_SS = FIN 50 < FIN < 75 M = 56 FIN_SS = FIN 75 < FIN < 100 M = 42、44 FIN_SS = FIN 100 < FIN < 150 M = 42、44 FIN_SS = FIN
MMCM と PLL の使用モデル
の ロ ジ ッ ク は、与え ら れた入力周波数お よ び SS_MOD_PERIOD に基づいて スペ ク ト ラ ム拡散変調 を制御 し ます。表3-10 に示す制約は、 スペ ク ト ラ ム拡散の生成時に適用 さ れます。
表 3-10 : MMCME2 のスペ ク ト ラ ム拡散の生成におけ る制約
パラ メ ー タ ー 値
FMODULATION 最小 25 [kHz]
最大 250 [kHz]
入力 ク ロ ッ ク 周波数 最小 25 [MHz]
最大 150 [MHz]
SS_MODE(CENTER_HIGH)
25MHz < FIN < 35MHz M = 28 D = 1 35MHz < FIN < 50MHz M = 21、22
D = 1 50MHz < FIN < 75MHz M = 28
D = 2 75MHz < FIN < 100MHz M = 21、22
D = 2 100MHz < FIN < 150MHz M = 21、22
D = 3 SS_MODE (CENTER_LOW)
25MHz < FIN < 35MHz M = 56 D = 2 35MHz < FIN < 50MHz M = 42、44
D = 2 50MHz < FIN < 75MHz M = 56
D = 4 75MHz < FIN < 100MHz M = 42、44
D = 4 100MHz < FIN < 150MHz M = 42、44
D = 6 SS_MODE (DOWN_HIGH)
25MHz < FIN < 35MHz M = 28 D = 1 35MHz < FIN < 50MHz M = 21、22
D = 1 50MHz < FIN < 75MHz M = 28
D = 2 75MHz < FIN < 100MHz M = 21、22
D = 2 100MHz < FIN < 150MHz M = 21、22
D = 3
第 3 章 : ク ロ ッ ク マネージ メ ン ト タ イル
ス ペ ク ト ラ ム拡散の生成時、VCO 周波数は入力周波数お よ び SS_MODE に基づ き ク ロ ッ キ ン グ ウ ィ ザー ド で設定 さ れます。 し たが っ て、 ク ロ ッ キ ン グ ウ ィ ザー ド では、CLKOUT[6:4,1,0] の出 力周波数を設定す る こ と が推奨 さ れます。
さ ら に、VCO 周波数お よ び SS_MOD_PERIOD に基づいて、 変調周波数が SS_MOD_PERIOD の 10% 内 と な る よ う に正 し い変調の値 も ク ロ ッ キ ン グ ウ ィ ザー ド で決定 し ま す。 変調周波数は VCO 周波数に よ っ て異な る ため、コ ン パ イ ルに応 じ て入力周波数が変わ る たびに変調周波数を調 整 し ま す。
SS_MODE (DOWN_LOW)
25MHz < FIN < 35MHz M = 56 D = 2 35MHz < FIN < 50MHz M = 42、44
D = 2 50MHz < FIN < 75MHz M = 56
D = 4 75MHz < FIN < 100MHz M = 42、44
D = 4 100MHz < FIN < 150MHz M = 42、44
D = 6
CLKOUT[3:2]_DIVIDE N/A
CLKOUT[6:4,1,0]_DIVIDE 1 ～ 128
帯域幅 低
表 3-10 : MMCME2 のスペ ク ト ラ ム拡散の生成におけ る制約 (続き)
パラ メ ー タ ー 値
MMCM と PLL の使用モデル
MMCM のア プ リ ケーシ ョ ン例
次の よ う に MMCM の属性を設定す る と 、 さ ま ざ ま な合成 ク ロ ッ ク が生成 さ れます。
CLKOUT0_PHASE = 0;
CLKOUT0_DUTY_CYCLE = 0.5;
CLKOUT0_DIVIDE = 2;
CLKOUT1_PHASE = 90;
CLKOUT1_DUTY_CYCLE = 0.5;
CLKOUT1_DIVIDE = 2;
CLKOUT2_PHASE = 0;
CLKOUT2_DUTY_CYCLE = 0.25;
CLKOUT2_DIVIDE = 4;
CLKOUT3_PHASE = 90;
CLKOUT3_DUTY_CYCLE = 0.5;
CLKOUT3_DIVIDE = 8;
CLKOUT4_PHASE = 0;
CLKOUT4_DUTY_CYCLE = 0.5;
CLKOUT4_DIVIDE = 8;
CLKOUT5_PHASE = 135;
CLKOUT5_DUTY_CYCLE = 0.5;
CLKOUT5_DIVIDE = 8;
CLKFBOUT_PHASE = 0;
CLKFBOUT_MULT_F = 8;
DIVCLK_DIVIDE = 1;
CLKIN1_PERIOD = 10.0;
図3-20 に、 波形を示 し ます。
ダ イ ナ ミ ッ ク リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン ポー ト
DRP の使用については、 アプ リ ケーシ ョ ン ノ ー ト 『MMCM お よ び PLL のダ イ ナ ミ ッ ク リ コ ン フ ィ ギ ュ レーシ ョ ン』 (XAPP888) お よ び関連す る リ フ ァ レ ン スデザ イ ン を参照 し て く だ さ い。
X-Ref Target - Figure 3-20
図 3-20 : 波形の例 REFCLK
VCOCLK CLKOUT0 CLKOUT1 CLKOUT2 CLKOUT3 CLKOUT4 CLKOUT5
UG472_c2_16_061710
第 3 章 : ク ロ ッ ク マネージ メ ン ト タ イル
VHDL/Verilog テ ン プ レー ト 、 および ク ロ ッ キング ウ ィ ザー ド
すべての ク ロ ッ ク リ ソ ー ス プ リ ミ テ ィ ブの VHDL/Verilog コ ー ド と ISE ま たは Vivado デザ イ ン ツールの言語テ ンプ レー ト は 『 ラ イ ブ ラ リ ガ イ ド 』 か ら 入手で き ます。
ク ロ ッ キ ン グウ ィ ザー ド を使用す る と 、7 シ リ ーズの MMCM お よ び PLL リ ソ ース を適切に設定 で き ま す。 ま た、 ク ロ ッ キ ン グ ウ ィ ザー ド ではジ ッ タ ーが レ ポー ト さ れ、 位相や周波数合成 も サ ポー ト さ れます。