核心内容摘要
5分钟部署CTC语音唤醒模型：移动端轻量级‘小云小云‘唤醒方案
信号功能拆解CONVST上升沿启动 A/D 转换需要 FPGA 主动输出一个脉冲。
BUSY芯片转换完成的状态反馈FPGA 需要作为输入引脚检测其下降沿来启动后续的串行传输。
CS低电平有效在 BUSY 变低后拉低整个串行传输周期保持有效传输结束后拉高。
SCLK由 FPGA 产生为 16 个时钟周期用来同步数据的发送和接收需满足t_SCLK_LOW、t_SCLK_HIGH等时序要求。
SDOA/SDOB芯片输出的 16 位数据DB15~DB0在 SCLK 的上升沿或下降沿稳定输出FPGA 在对应沿采样。
SDIFPGA 向芯片发送的 16 位配置数据需在 SCLK 沿之前满足t_DIN_SETUP的建立时间。
FPGA 实现的核心步骤1状态机设计用一个状态机来管理整个时序流程推荐划分以下几个状态IDLE初始状态等待触发或 BUSY 信号。
WAIT_CONV发送 CONVST 脉冲后等待 BUSY 变低表示转换完成。
SERIAL_TX_RX拉低CS产生 16 个 SCLK 脉冲同时在 SCLK 的对应沿发送 SDI 数据、采样 SDOA/SDOB 数据。
DONE传输结束后拉高CS回到 IDLE 状态。
2时钟与时序约束首先根据芯片手册的t_SCLK、t_SCLK_LOW、t_SCLK_HIGH等参数确定 SCLK 的频率例如如果t_SCLK最小为 20ns则 SCLK 最大为 50MHz。
可以用 FPGA 内部的 PLL 生成稳定的 SCLK或者用系统时钟分频得到。
在代码中通过计数器精确控制各个时间参数如t_SCLK_SETUP、t_DOUT_HOLD确保满足建立和保持时间。
3数据同步采样与发送数据接收SDOA/SDOB在 SCLK 的上升沿或下降沿进行采样需根据芯片手册确认采样沿将 16 位数据存入移位寄存器。
数据发送SDI在 SCLK 的对应沿之前提前将下一位数据放到 SDI 引脚上以满足t_DIN_SETUP的建立时间要求。
关键代码示例Verilogverilog// 状态机定义 typedef enum logic [2:0] { IDLE, WAIT_BUSY_LOW, SERIAL_TRANS, DONE } state_t; state_t current_state, next_state; reg [4:0] sclk_cnt; // 16个时钟计数 reg sclk_en; reg cs_n; reg sclk; reg [15:0] sdi_data; reg [15:0] sdoa_data, sdob_data; // 状态转移逻辑 always (posedge clk or posedge rst_n) begin if (!rst_n) begin current_state IDLE; end else begin current_state next_state; end end // 组合逻辑状态跳转和输出控制 always (*) begin next_state current_state; cs_n 1b1; sclk_en 1b0; convst 1b0; case (current_state) IDLE: begin if (start_conv) begin convst 1b1; next_state WAIT_BUSY_LOW; end end WAIT_BUSY_LOW: begin if (!busy) begin next_state SERIAL_TRANS; end end SERIAL_TRANS: begin cs_n 1b0; sclk_en 1b1; if (sclk_cnt 5d
begin next_state DONE; end end DONE: begin next_state IDLE; end endcase end // SCLK生成与移位逻辑 always (posedge clk or posedge rst_n) begin if (!rst_n) begin sclk 1b0; sclk_cnt 5d0; sdi_data 16h0000; sdoa_data 16h0000; sdob_data 16h0000; end else if (sclk_en) begin sclk ~sclk; if (sclk) begin // SCLK上升沿采样数据 sdoa_data {sdoa_data[14:0], sdoa}; sdob_data {sdob_data[14:0], sdob}; sclk_cnt sclk_cnt 1b1; end else begin // SCLK下降沿发送下一位 sdi sdi_data[15]; sdi_data {sdi_data[14:0], 1b0}; end end else begin sclk 1b0; sclk_cnt 5d0; end end
调试与验证建议仿真验证先用 ModelSim 等工具做功能仿真模拟 BUSY 信号的变化检查状态机跳转、SCLK 生成、数据收发是否符合时序图。
时序约束在 FPGA 工具如 Vivado中对 SCLK、CS、SDI 等信号添加时序约束确保建立时间和保持时间满足芯片要求。
板级调试使用逻辑分析仪抓取实际波形对比手册中的时序参数重点检查t_SCLK_SETUP、t_DOUT_HOLD等关键时间是否达标。