一种基于FPGA 的高精度时钟信号源:时钟信号源

【关键词】高精度时钟信号恒温晶振 FPGA

在数字电路中，特别是以微处理器为核

心的电子电路中，时钟信号是驱动电路工作的

源头。时钟信号的精确度和稳定度会直接决定

整个系统的工作质量，特别是在有与时间参数

有关的处理上更是有决定性的影响。目前时钟

信号源常用普通的石英晶体振荡器，但普通的

石英晶体振荡器存在两大缺陷，一个是几乎无

文/沈增帧

众所周知高精度、高稳定

的时钟信号是时序逻辑电路和微

处理器系统实现准确处理信号的

基准，特别是在与时间参数相关

的处理上更是决定性的。本文介

绍了一种基于10MHz 恒温晶振和

FPGA 芯片实现任意频率的高精

度、高稳定度的时钟信号源的方

法，并以Altera 公司的FPGA 芯

片EP2C5T144C8N 为载体，实际证

实了该方法的有效性。

摘要

法做到振荡器的标称频率与实际输出频率完全

一致；另一个是石英晶体振荡器的振荡频率与

环境温度有关，其振荡频率会随环境温度的变

化而变化。因此，在需要高精度、高稳定的场

合，解决的方案之一是使用恒温晶振。恒温晶

振的振荡频率可微调并可保持晶体振荡器的温

度不变。

由于制造成本上的原因，目前市场上的

恒温晶振绝大多数是10MHz 的，偶尔可以找

到几种其它频率的恒温晶振，但远远无法覆盖

所有的时钟频率。鉴于这种情况，本文介绍了

一种基于10MHz 恒温晶振和FPGA 芯片实现

任意频率的高精度、高稳定的时钟信号源的方

法。

1 设计方案

利用FPGA 芯片的最小系统（FPGA 芯片

+flash memory 芯片+ 晶体振荡器）。最小系

统的晶体振荡器采用最常见的10MHz 恒温晶

体振荡器，以保障最小系统时钟的精度和稳定

度，然后对PFGA 芯片进行设置和编程，利用

FPGA 芯片内的资源对10MHz 恒温晶体振荡

器的输出频率进行倍频和分频即可获得所需的

时钟频率。设计方案见图1。

恒温晶振产生的标准10MHz 时钟作为

FPGA 的工作时钟，通过FPGA 内部锁相环倍

频，倍频数可以配置，锁相环的输出时钟频率

为10X（X 为倍频数）MHz，输出时钟信号作

为FPGA 的系统时钟。编程实现Y倍分频模块，

对FPGA 的系统时钟进行Y 倍分频，从而获

得10X/Y （X 和Y 都是整数）MHz 输出频率。

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作者简介

马健儿（1964-），女，浙江省慈溪人，大学

本科学历，工程硕士，现为嘉兴职业技术学院

副教授。研究方向为汽车电气。

作者单位

嘉兴职业技术学院浙江省嘉兴市 314000

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图1：设计方案