复位电路设计问题

Posted 2020-10-06 小翁同学

前言

最近看advanced fpga 以及fpga设计实战演练中有讲到复位电路的设计，才知道复位电路有这么多的门道，而不是简单的外界信号输入系统复位。

流程：

1.异步复位：

优点:⑴大多数DFF都有异步复位端口，因此采用异步复位可以节约资源。

⑵设计相对简单。

⑶异步复位信号识别方便，而且可以很方便地使用fpga的全局复位端口。

缺点：⑴在复位信号释放时容易出现问题，亚稳态。

⑵复位信号容易受到毛刺的影响。这是由于时钟抖动或按键触发时的硬件原因造成的。

代码：一个4bit的计数器。

1 always @(posedge clk or negedge sys_rst_n) begin
2     if (~sys_rst_n) begin
3         count <= 0;
4     end //if
5     else begin
6         count <= count + 1\'b1;    
7     end //else
8 end //always

仿真解析（下图）：

复位信号低电平时候，系统立刻进入复位态；

 

2.同步复位：

优点：⑴降低亚稳态出现的概率。

⑵使所设计的系统成为100%的同步时序电路，有利于时序分析，综合出来的Fmax一般较高。

⑶只有在时钟有效沿才有效，可以滤除高于时钟频率的毛刺。

缺点：⑴复位信号的有效时长必须大于时钟周期，才能真正被系统识别并完成复位任务。

⑵大多数的Dff只有异步复位端口，会浪费较多的逻辑资源。

代码：

1 always @(posedge clk) begin
2     if (~sys_rst_n) begin
3         count <= 0;
4     end //if
5     else begin
6         count <= count + 1\'b1;    
7     end //else
8 end //always

仿真解析（下图）：

时钟上升沿如果复位信号为低电平，复位开始，时钟上升沿若复位信号为高电平，复位结束。

 

3.异步复位同步释放：（推荐使用）

优点：结合了同步复位与异步复位的优点。

缺点：容易受到噪声与宰脉冲的干扰。如果可能，最好对输入到fpga的异步复位信号先进行滤波与去抖动。

代码：

 1 module  rstn_as (
 2     //input;
 3     input    wire    clk,
 4     input    wire    sys_rst_n,
 5     //output;
 6     output   reg     rst_n
 7 );
 8 reg rst_n_reg;
 9 always @(posedge clk or negedge sys_rst_n) begin
10     if (~sys_rst_n) begin
11         rst_n <= 1\'b0;
12         rst_n_reg <= 1\'b0;
13     end //if
14     else begin
15         rst_n_reg <= 1\'b1;
16         rst_n <= rst_n_reg;    
17     end //else
18 end //always
19 
20 endmodule

wire rst_n;
rstn_as  u1(
    .clk                (clk),
    .sys_rst_n          (sys_rst_n),
    .rst_n              (rst_n)
); 
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (~rst_n) begin
        count <= 0;
    end //if
    else begin
        count <= count + 1\'b1;    
    end //else
end //always

仿真解析（下图）：

当复位信号低电平时，系统立即复位；当时钟上升沿检测到复位信号失效后，在下一个时钟上升沿拉高rst_n。新的rst_n是已经同步化了的复位信号。

 以上。