从多级延迟触发器到边沿检测

Posted 2020-09-28 IC_learner

　　本文记录一下关于延迟触发器链与它的常用用法（即边沿检测。多级延迟的触发器应该是比较常用的，当我们需要对信号信号进行延时，这个时候我们就用到了延迟触发器链。下面就来记录一下吧。

　　

一、多级延迟触发器（或延迟触发器链）

　　（1）多级延迟触发器电路

　　多级延迟触发器，顾明思议就是多个触发器串在一起，对信号进行打拍，一个触发器就延时了一拍，也就是延迟了一个时钟周期。

多级触发器的代码如下所示：

 1 module DFF_N #(parameter N=3)(
 2   input clk,
 3   input reset,
 4   input [N-1:0] D,
 5   output reg [N-1:0] Q
 6 );
 7 reg [N-1:0]d0;
 8 reg [N-1:0]d1;
 9 always@(posedge clk or negedge reset)
10   if(!reset)begin
11     d0 <= 0; //异步清 0，低电平有效
12     d1 <= 0; //异步清 0，低电平有效
13     Q  <= 0; //异步清 0，低电平有效
14   end
15   else begin
16     d0 <= D;
17     d1 <= d0;
18     Q  <= d1;
19   end
20 
21 endmodule

 d0 是 D 的延迟一级采样或者称为 D 的延迟一拍信号，同样 d1 是 D 的延迟两拍信号，而 Q 则是 延迟三拍信号。一方面可以通过修改N来改变对多少位的信号的进行延时；另一方面，可以用通过修改部分代码，添加或者减少延迟计数。

 

代码综合得到的电路（综合之后）如下所示：

 

电路中显示出三级延时，可以延时三个时钟节拍（也就是三个时钟周期），需要说明的是，上述每一级触发器都包含了3个触发器（对三位数据总线进行延时）。

　　（2）多级延迟触发器的主要用法

①简单的延时

 　　多级延迟触发器最原始的作用单纯的对 D 信号做延迟操作，这里就不进行详述。

②降低亚稳态往后级传输的概率

 　　如果 D 信号相对 clk 属于不稳定信号，则 Q 和 d1 输出相对 clk 属 于稳定信号，这样就有效地降低了亚稳态往后级传输的概率，多级延时触发器链有时也称为同步器。有关多级触发器在降级亚稳态传输概率的内容，请查看我的另一篇博文：http://www.cnblogs.com/IClearner/p/6485389.html 。

③用来边沿检测

 　　可以通过 d1 和 Q 信号获取 D 信号的上升沿或者下降沿，具体介绍如下第二大点所示。

 

 

二、边沿检测电路

　　边沿检测，顾名思义，就是检查信号的边沿，当信号的上升沿或者下降沿到来时，获取一个脉冲信号，时序图如下所示：

上图的检测信号同时输出上升沿检测和下降沿检测。那么这个波形怎么来的呢，我们来看看下面几组波形：

 

可以发现：

　　原始信号与延迟一拍的信号 d0 的反向信号相与，就是上升沿脉冲；

　　而原始信号取反，然后与延迟一拍信号d0相与就是下降沿脉冲。

如果担心采样不稳定，可以利用延迟两拍的 d1 信号进行相 与。如果担心不定态，还可以将脉冲信号进行锁存。

代码如下所示：

 1 module  DFF_N #(parameter  N=1)(
 2     input clk,
 3     input reset,
 4     input  [N-1:0]  D,
 5     output [N-1:0] D_rising_edge, //上升沿检测
 6     output [N-1:0] D_falling_edge //下降沿检测
 7 );
 8 reg [N-1:0]d0;
 9 reg [N-1:0]d1;
10 reg [N-1:0]Q;
11 always@(posedge clk or negedge reset)
12 if(!reset)begin
13     d0 <= 0;
14     d1 <= 0;
15     Q  <= 0;
16 end    else begin 
17     d0 <= D;
18     d1 <= d0;
19     Q  <= d1;
20 end
21 
22 assign D_rising_edge = ~d0 & D; //关键
23 assign D_falling_edge= d0 & ~D; //关键
24 endmodule

 （反入与延上升沿：取反输入信号之后，再与延迟一拍的输出相与就得到了上升沿）

综合得到的电路如下所示：

 

这个电路把代码中的Q触发器优化掉了。两个输出信号D_rising_edge 、D_falling_edge分别输出上升沿检测信号脉冲和下降沿检测信号脉冲。