序文：

このコラムは、デジタルフロントエンドの秋採用者向けに、頻繁に行われるペンインタビューの手引きコード質問を記録することを目的としており、このコラムのすべての記事には原理分析、コードと波形が提供されており、すべてのコードは私自身によって検証されています。

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トピックの説明

HDL を使用してパルス密度変調 (PDM) を実現します。つまり、入力 12 ビット pdm_in に従って、次の要件に従って異なるデューティ比を持つ方形波を出力します。

① pdm_in>10 の場合、pdm_out は出力波形のデューティサイクルが 4/pdm_in であることを意味します。

② pdm_in<=10 の場合、pdm_out は反転せず固定値を出力します。

その入力および出力インターフェイスは次のとおりです。

input clk；
input [11:0]pdm_in；
input reset；
output pdm_out;

ソリューション

パルス密度変調 (PDM) は、波形のデューティサイクルを調整することでパルス密度を変更します。信号論理がHighの時間T_hignを周期T_cycleで割った比率をデューティサイクルと呼びます。

最初の要件を達成するために、pdm_in>10 の場合、新しい信号は 4 clk サイクルで High になり、(pdm_in-4) clk サイクルで Low になり、デューティサイクル 4 /pdm_in の pdm_in 分周が実現します。

2 番目の要件は、pdm_in<=10 の場合、pdm_out は反転させず、分周を実現するカウンタをクリアさせることです。

コード

module pdm(
    input           clk     ,
    input   [11:0]  pdm_in  ,
    input           reset   ,
    output          pdm_out
);

reg pdm_processed;
reg [11:0] count;

always @(posedge clk)begin
    if(reset)begin
        pdm_processed <= 1'd0;
    end
    else if(pdm_in > 10)begin
        if(count <= 3)
            pdm_processed <= 1'b1;
        else if(count < pdm_in -1)
            pdm_processed <= 1'b0;
        else if(count == pdm_in-1)
            pdm_processed <= 1'b0;
    end
    else begin // pdm_in <= 10
        pdm_processed <= pdm_processed;  //stay 
    end
end

always @(posedge clk)begin
    if(reset)begin
        count <= 12'd0;
    end
    else begin
        if(pdm_in > 10 && count < pdm_in-1)begin
            count <= count + 1'b1;
        end
        else if(pdm_in > 10 && count == pdm_in-1)begin  // one pdm_out cycle finish
            count <= 12'd0;  
        end
        else begin // pdm_in <= 10
            count <= 12'd0;
        end
    end
end

assign pdm_out = pdm_processed;

endmodule

テストベンチ

module pdm_tb();

reg clk,reset;
wire pdm_out;

always #5 clk = ~clk;
reg [11:0] pdm_in;

initial begin
    clk     <=  1'b0;
    reset   <=  1'b1;
    pdm_in  <=  12'd0;
    #20
    reset   <=  1'b0;
    #20
    pdm_in  <=  12'd20;
    #400
    pdm_in  <=  12'd12;
    #240
    pdm_in  <=  12'd5;
    #50
    pdm_in  <=  12'd12;
    #30
    pdm_in  <=  12'd5;
    #200
    $finish();
end

//dump fsdb 
initial begin 
    $fsdbDumpfile("pdm.fsdb");
    $fsdbDumpvars(0);
end 

pdm u_pdm(
    .clk    (clk)   ,
    .pdm_in (pdm_in),
    .reset  (reset) ,
    .pdm_out(pdm_out)
);

endmodule

出力波形

波形を見ると、pdm_in = 20 に設定し、pdm_out は考えたとおりで、出力はデューティ比 4/20 の方形波であることがわかります。pdm_in = 12 に設定すると、pdm_out 出力はデューティサイクル 4/12 の方形波になります。pdm_in < 10 に設定すると、dpm_out は変更されません。

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デジタルIC手引きコード-XX社筆記試験問題（パルス密度変調）

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