Verilog -- 无glitch时钟切换电路

Verilog -- 无glitch时钟切换电路

https://blog.csdn.net/bleauchat/article/details/96180815

题目：用Verilog实现glitch free时钟切换电路。输入sel，clka，clkb，sel为1输出clka，sel为0输出clkb

第一种

纯组合逻辑

module clk_select1(
input                                   clk1,
input                                   clk2,
input                                   rst_n,
input                                   sel,
output                                  clk_out 
);
assign clk_out = sel?clk1:clk2;
endmodule

缺点：会有毛刺

第二种

在时钟的下降沿寄存选择信号（SELECT）可确保在任一时钟处于高电平时输出端不会发生变化，从而防止斩波输出时钟（意思是下降沿寄存，可以保证下降沿到来之前输出端保持不变，这样就不会斩断当前时钟了）

缺点：当sel信号出现再clk的下降沿，或者两个寄存器的下降沿重合的地方可能会产生亚稳态

代码：

module clk_select2(

input                                   clk1,
input                                   clk2,
input                                   rst_n,
input                                   sel,
output                                  clk_out 
);

reg ff1;
reg ff2;

always @(negedge clk1 or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n) ff1 <= 1'b0;
    else begin
        ff1 <= ~ff2 & sel;
      end
    end
always @(negedge clk2 or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n) ff2 <= 1'b0;
    else begin
        ff2 <= ~ff1 & ~sel;
      end
    end

assign clk_out = (ff1 & clk1) | (ff2 & clk2); 


endmodule

对于第一种会有毛刺，而第二种则不会，但是当clk1和clk2是纯异步的情况下（有skew) ：

第三种

第二种可能会有亚稳态，所以可以加两级寄存器缓冲。
代码如下：

`timescale 1ns/1ps

module clk_select3(

input                                   clk1,
input                                   clk2,
input                                   rst_n,
input                                   sel,
output                                  clk_out 
);

reg ff1,ff1_d;
reg ff2,ff2_d;

always @(negedge clk1 or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n)  {ff1,ff1_d} <= 2'b00;
    else begin
        ff1_d <= ~ff2 & sel;
        ff1 <= ff1_d;
      end
    end
always @(negedge clk2 or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n) {ff2,ff2_d} <= 2'b00;
    else begin
        ff2_d <= ~ff1 & ~sel;
        ff2 <= ff2_d;        
      end
    end

assign clk_out = (ff1 & clk1) | (ff2 & clk2); 


endmodule

testbench:

`timescale 1ns/1ps
module clk_select_tb;
reg                                   clk1;
reg                                   clk2;
reg                                   rst_n;
reg                                   sel;
wire                                  clk_comb;
wire                                  clk_reg1;
wire                                  clk_reg2;



initial begin
  clk1 = 1;
  clk2 = 1;
  fork 
    forever #1 clk1 = ~clk1;
    begin
      #1.2;
      clk2 = 1;
      forever #5 clk2 = ~clk2;
    end
  join_none
  
  rst_n = 1;
  sel = 0;
  #2 rst_n = 0;
  #10 rst_n = 1;
  
  #21.7 sel = 1;
end
initial begin
    $fsdbDumpvars();
    $fsdbDumpMDA();
    $dumpvars();
    #100 $finish;
  end

clk_select1 U_CLK_SEL_0(
    .clk1                         ( clk1                        ),
    .clk2                         ( clk2                        ),
    .clk_out                      ( clk_comb                    ),
    .sel                          ( sel                         ),
    .rst_n                        ( rst_n                       )
);

clk_select2 U_CLK_SEL_1(
    .clk1                         ( clk1                        ),
    .clk2                         ( clk2                        ),
    .clk_out                      ( clk_reg1                    ),
    .sel                          ( sel                         ),
    .rst_n                        ( rst_n                       )
);

clk_select3 U_CLK_SEL_2(
    .clk1                         ( clk1                        ),
    .clk2                         ( clk2                        ),
    .clk_out                      ( clk_reg2                    ),
    .sel                          ( sel                         ),
    .rst_n                        ( rst_n                       )
);
endmodule

缺点： 输出会有一个周期延时（较长的那个周期）

仿真波形：