Spartan-6 器件最多包含6 個CMT，12 個PLL。PLL 的主要用途是作為頻率合成器，產生更寬范圍的頻率輸出，在與CMT 中的DCM 連接時，具有良好的濾波功能。

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圖2-20 Spartan-6 PLL功能框圖

其中包括可編程計數器D、相位/頻率檢測器（Phase-Frequency Detector，PFD）、電荷泵（Charge Pump ，CP ） 、環路濾波器（Loop Filter ， LF） 、壓控震蕩器（Voltage Controlled Oscillator，VCO）、O0～O5 為6 個可編程計數器。

它的工作原理是，PFD將輸入時鐘與反饋時鐘的相位和頻率進行比較，產生的信號驅動CP 和LF，CP和LF 為VCO產生一個參考電壓，這個參考電壓將影響VCO的輸出頻率。那么VCO的頻率是如何變化的呢？PFD完成2個時鐘的比較后，產生CP和LF 的驅動信號，這個信號確定了VCO 應該工作在較高頻率還是較低頻率。當VCO工作頻率過高時，PFD觸發一個下降信號，致使控制電壓下降，從而降低VCO的工作頻率。當VCO工作頻率過低時，PFD觸發一個上升信號，致使電壓上升。VCO 共產生8個輸出相位，每個輸出相位都可選作輸出計數器的參考時鐘，如圖2-20所示。另外PLL 還提供了一個專用計數器M，用來控制PLL的反饋時鐘，以實現大范圍頻率合成。6個“O”計數器可以獨立編程，例如，O0可以編程為進行二分頻操作，而O1編程為進行三分頻操作。唯一的限制是VCO的工作頻率對所有輸出計數器來說必須相同，因為VCO驅動所有計數器。使用專用PLL 布線資源，必須將CLK_FEEDBACK設置CLKOUT0，按照圖2-21所示使用BUFPLL和BUFIO2FB。

圖2-21 帶CLKOUT0反饋的PLL

當使用CLKOUT0的專用反饋路徑時，輸出計數器CLKOUT0_DIVIDE將影響VCO頻率，fVCO=FIN×M×CLKOUT0_DIVIDE/D。

圖2-22所示為PLL常用的兩個模塊，PLL_BASE和PLL_ADV。PLL_BASE允許使用獨立的PLL 的最常用功能，包括時鐘去歪斜、頻率合成、粗粒度相移和占空比編程等。

PLL_ADV具備所有PLL_BASE功能，它具有更多的時鐘輸出。

圖2-22 PLL的原語

Spartan-6 PLL是為支持時鐘網絡去歪斜SKEW、頻率合成和減少抖動而設計的混合信號模塊。接下來將詳細討論PLL 的這3種作用。
(1) PLL 對時鐘網絡去歪斜SKEW。

在許多情況下，設計人員在其I/O時序預算中不希望有時鐘網絡的延遲。其實，用PLL/DLL就可以解決這個問題，因為PLL/DLL具有補償時鐘網絡的延遲的功能。當然，包括Spartan-6中的PLL。一個與參考時鐘CLKIN的頻率相匹配的時鐘（通常是CLKFBOUT或CLKOUT0）連接到BUFG，并且反饋到PLL的CLKFB引腳。其余輸出仍可用來合成更多用戶所需頻率。這樣一來，所有的輸出時鐘就會與參考時鐘之間有一個指定的相位關系。為了精確地降低由于時鐘輸入布線引起的歪斜，建議采用圖2-21 所示的方法，使用BUFIO2FB緩沖器。

(2) PLL 用于頻率合成。

PLL還可以用于頻率合成。在這種應用中，PLL不能用于時鐘網絡去歪斜，而是用來為其他模塊提供時鐘。在這種模式下，PLL反饋通路因為要將所有布線保留為局部布線而應設置成internal反饋模式，以盡量減少抖動。圖2-23所示為將PLL配置成頻率合成器的示例。

圖2-23 僅用于頻率合成的PLL

在本例中，輸入為100MHz參考時鐘，設置M=5，D=1，可使VCO晶振的頻率為500MHz（100MHz×5），6個PLL輸出中的4個編程提供以下時鐘。

250MHz GTP收發器時鐘TXUSRCLK和RXUSRCLK。

125MHz PCI Express PHY時鐘。

62.5MHz PCI Express用戶接口和BRAM接口時鐘。

50MHz邏輯時鐘。

在此示例中，參考時鐘和輸出時鐘之間沒有相位關系，但是各輸出時鐘之間要求有相位關系。

(3) PLL用作抖動濾波器。

PLL始終可以降低參考時鐘上固有的抖動。PLL可以被例化以濾掉外部時鐘在驅動另一個邏輯模塊前（包括DCM）的抖動。作為抖動濾波器，PLL通常被簡單地視為一個緩沖器，在其輸出上重新生成輸入頻率（例如，FIN=100MHz，FOUT=100MHz）。通常，將PLL的BANDWIDTH屬性設置為Low，可以實現較強的抖動濾波，但要注意，將BANDWIDTH設置為Low會導致PLL的靜態偏差增大。

如何使用PLL呢？通常有如下幾種方法。

ISE軟件中的PLL向導可以幫助生成各種PLL參數。

可以手動將PLL例化成一個組件。

將PLL與IP核合并，IP核將包含并管理PLL。

PLL有5種應用模型，下面分別介紹。

(1) 時鐘網絡去歪斜。