数字前端设计的一些问题——门控时钟

初次了解到门控时钟的概念是在做一个算法IP的时候，为了解决Block功耗较大，建议改版加入门控时钟clock gating的设计；

后续的改版也没有由我来完成，所以实际效果不能给出。

不过，这里会留有一份文件，仅供参考。

这里直接开始，看看怎么设计。

雏形

门控时钟，顾名思义，就是加一个门电路，来使能时钟信号。

当某个模块不使用的时候，将其drive clock进行复位，以减小该模块的功耗。

根据理解，最先想到的是这样的操作：

assign clk_gate = en & clk_in;

乍一看，像模像样；仔细考虑一下，如果EN没有跟clk_in对齐，就会出现gate_clk周期及相位上的波动，如下图所示：

上图的毛刺现象，可能会对设计带来一定的影响。

改进

可以在en端增加一个以clk_in为触发的寄存器，生成clk_en信号，再将clk_in与clk_en连接到与门；

可以理解为latch为低有效，也就是说latch的en端口(clk_in)为低时，latch的q端(clk_en)是根据en变化的；

latch的en端口(clk_in)为高时，latch的q端就会被锁住；

工作波形如下图所示：

可以对比红色cursor处进行观察。

RTL code

module clk_gating(
	input   wire        clk_in,
    input   wire        en,
    output  wire        clk_gate
);

reg     clk_en;
always @(*) begin           // latch
    if ( ~clk_in ) begin
        clk_en = en;
    end else begin
        clk_en = clk_en;
    else
end
        
assign  clk_gate = clk_en & clk_in;
endmodule

参考

关于latch的门控时钟。

更新

2020-09-17：更新工作波形图；
2022-11-01：更新RTL code；