FPGA分頻器是一種常用于數字信號處理、通信系統、雷達系統等領域的電路，其作用是將信號分成多個頻段。在FPGA設計中，分頻器是不可或缺的組成部分之一，通過對信號進行分頻，可以方便地對不同頻段進行處理和傳輸。本文將詳細介紹FPGA分頻器的設計方法，并附上Verilog代碼示例，以供參考。

一、分頻器定義

分頻器是通過控制時鐘信號的周期來實現分頻。在實際應用中，FPGA時鐘信號的產生有兩種方法：使用PLL（Phase Locked Loop，鎖相環）或MMCM（Mixed-Mode Clock Manager）生成倍頻、分頻信號，或者是使用Verilog構建分頻電路。

分頻器通常由兩個部分組成：計數器和比較器。計數器用于計數，每計數到一定的值就會觸發比較器，比較器會向輸出引腳發出0或1的信號。這樣就實現了對時鐘信號的分頻。

分頻器一般可以分為3類：偶數分頻、奇數分頻、小數分頻。

二、偶數分頻

1、設計方法

2分頻時鐘設計，只需要循環計數0~1，計數為0時輸出低電平，計數為1時輸出高電平。

4分頻時鐘設計，只需要循環計數0~3，計數為0和1時輸出低電平，計數為2和3時輸出高電平。

8分頻時鐘設計，只需要循環計數07，計數為03時輸出低電平，計數為4~7時輸出高電平。

下圖分別畫出了基準時鐘、2分頻時鐘、4分頻時鐘、8分頻時鐘。

由此可以推導出，偶數分頻設計的方法：設為2N分頻，只需設計一個計數器在上升沿時循環計數0N-1，每隔0N-1時輸出翻轉一次。

2、verilog代碼實現

任意偶數分頻設計，可通過設置參數NUM，設定分頻數，具體代碼如下所示：

仿真測試結果圖：

從圖中看出，輸出了8分頻時鐘信號，與預期一致。

三、奇數分頻

1、設計方法

3分頻時鐘設計，只需要在上升沿時循環計數0~2，上升沿計數時鐘信號和下降沿計數時鐘信號，都是前1個周期為低電平，后2個周期為高電平；

5分頻時鐘設計，只需要在上升沿時循環計數0~4，上升沿計數時鐘信號和下降沿計數時鐘信號，都是前2個周期為低電平，后3個周期為高電平；

7分頻時鐘設計，只需要在上升沿時循環計數0~6，上升沿計數時鐘信號和下降沿計數時鐘信號，都是前3個周期為低電平，后4個周期為高電平；

下圖分別畫出了基準時鐘、3分頻時鐘、5分頻時鐘、7分頻時鐘。

由此可以推導出，奇數分頻設計的方法：設為2N+1分頻，只需設計一個計數器在上升沿時循環計數0~2N，上升沿計數時鐘信號和下降沿計數時鐘信號，都是前N個周期為低電平，后N+1個周期為高電平；

2、verilog代碼實現

任意偶數分頻設計，可通過設置參數NUM，設定分頻數，具體代碼如下所示：

仿真結果如下圖：

從圖中看出，輸出了7分頻時鐘信號，與預期一致。

四、總結

本文分享了“偶數分頻和奇數分頻”的原理和實現方法，實際應用中一般使用PLL或MMCM IP來實現分頻輸出。