门控时钟-无毛刺的时钟切换
一、问题
假设存在这样的时钟控制模型：
CLK1、CLK2以及系统时钟的频率与相位均不一致，我们希望在clk_sel=1时，输出CLK1,反之输出CLK2，CLK_SEL可以由系统时钟驱动，也可以由组合逻辑驱动。那么在这种情况下就会出现以下的“毛刺”问题：
可以看到，在CLK_SEL的交界处，非常容易出现CLK_OUT时钟出现毛刺的现象，从而影响系统的正常工作。
二、解决方法
（以下方法出自B站UP：皮特派）
具体思路是：1.两个时钟互斥输出，即B4、B5两个非门作为最后的A2、A4的输入；
2.S3、S6寄存器采用下降沿驱动对sel进行同步，这样就可以在延迟一拍的情况下做到两个时钟无毛刺的输出。
分析如下：当sel为0时，ali_2初始值为0，ali_1为1，A1选通，随后在CLKA的驱动下对alo信号打两拍同步，随后S3在CLKA的下降沿对打拍同步的信号进行采样，这样在下降沿到后一个上升沿之前，由于CLKA为0，CLK-OUT始终拉低，而后CLKA为高，此时由于上个下降沿已经对ai2_2进行了同步，CLKA为1，且ai2_2为1，此时CLK_OUT输出为CLKA。
本质上是用延迟换准确性。
三、代码
根据上述的RTL，代码如下：
RTL
// // =============================================================================
// File Name : clk_gating_module.v
// Module : clk_gating_module
// Function : Burr free clock switching
// Type : RTL
// Aythor : Dongyang
// -----------------------------------------------------------------------------
// Update History :
// -----------------------------------------------------------------------------
`timescale 1 ns/1 ns
module clk_gating_module(
input sys_clk ,
input sys_rst_n ,
input i_clka ,
input i_clkb ,
input i_clk_sel ,
output o_clk_out
);
//******************** siganl define ********************
wire a1i_1 ;
wire a1i_2 ;
wire a3i_1 ;
wire a1o ;
wire a3o ;
wire a3i_2 ;
wire a2o ;
wire a4o ;
reg a4i_2 = 'b0;
reg a2i_2 = 'b0;
reg [1:0] a1o_dly = 'b0;
reg [1:0] a3o_dly = 'b0;
//******************** assign *****************************
assign a1i_1 = ~i_clk_sel ;
assign a3i_1 = i_clk_sel ;
assign a1i_2 = ~a4i_2 ;
assign a3i_2 = ~a2i_2 ;
assign a1o = a1i_1 & a1i_2 ;
assign a3o = a3i_2 & a3i_1;
assign a2o = i_clka & a2i_2;
assign a4o = a4i_2 & i_clkb;
assign o_clk_out = a2o | a4o ;
//**********************always*********************************
// CLKA domain
always @(posedge i_clka) begin
if(~sys_rst_n) begin
a1o_dly <= 'b0;
end
else begin
a1o_dly<= {a1o_dly[0],a1o};
end
end
always @(negedge i_clka) begin
if(~sys_rst_n) begin
a2i_2 <= 'b0;
end
else begin
a2i_2 <= a1o_dly[1];
end
end
//CLK B domain
always @(posedge i_clkb) begin
if(~sys_rst_n) begin
a3o_dly <= 'b0;
end
else begin
a3o_dly<= {a3o_dly[0],a3o};
end
end
always @(negedge i_clkb) begin
if(~sys_rst_n) begin
a4i_2 <= 'b0;
end
else begin
a4i_2 <= a3o_dly[1];
end
end
endmodule
TestBench
`timescale 1 ns/1 ns
module tb_clk_gatting();
reg clka = 'b0;
reg clkb = 'b0;
reg sys_clk = 'b0;
reg sys_rst_n = 'b0;
reg clk_sel = 'b0 ;
initial begin
clka = 'b0;
clkb = 'b0;
sys_clk = 'b0;
sys_rst_n = 'b0;
clk_sel = 'b0 ;
#6
clkb = 'b1;
#100
sys_rst_n = 'b1;
#1000
clk_sel = 1'b1;
#756
clk_sel = 1'b1;
#1500
clk_sel = 1'b0;
end
always # 10 sys_clk = ~sys_clk; //sys_clk 50M
always # 50 clka = ~clka ; // CLKA 10M
always # 30 clkb = ~clkb ; // CLKB 16.6M
clk_gating_module U_clk_gating_module(
.sys_clk (sys_clk),
.sys_rst_n (sys_rst_n),
.i_clka (clka),
.i_clkb (clkb),
.i_clk_sel (clk_sel),
.o_clk_out ()
);
endmodule
