pullup和pulldown在verilog中的使用方法

0 前言

这段时间涉及到了IO-PAD，在IO-PAD的RTL的时候注意到了pullup和pulldown，对这个知识比较好奇，就研究了一下，顺便记录下来，IO-PAD的内容等我再研究研究再考虑记录吧 >_<

1 pullup和pulldown的介绍

pullup和pulldown并非是verilog的内置原语，仅在仿真或综合过程中起作用，用来设置信号的默认状态

在实际的硬件电路中，用来代表上拉和下拉，就比如在I2C中，SCL和SDA两个信号是open-drain的，在实际使用过程中往往需要接上拉电阻，如下图

接在VCC的两个电阻就是上拉电阻，这个上拉电阻在verilog中就可以用pullup表示

下面结合实例来看看怎么使用

2 不使用pullup和pulldown的情况

`timescale 1ns/10ps
module tb;
   logic dout;
   logic sel;
   
   assign dout = sel ? 1'bz : 1'b0;
   
   
   initial begin
      sel = 1'b0;

      #10;
      sel = 1'b1;

      #10;
      sel = 1'b0;

      #10;
      $finish;
      
   end // initial begin

   initial begin
      $monitor("\t", $time, ,"sel = %0b,  dout = %0b", sel, dout);
   end
   
endmodule

在这个例子中，当sel = 1'b1时输出highz，sel = 0时输出0，在initial·中对sel先后赋值0和1，来看看运行结果

可以看到当sel = 0时，dout = 0，当sel = 1时，dout = z，这个结果符合预期

注意，在这个例子中，并没有使用到pullup，下面给出使用pullup的例子

2 使用pullup和pulldown的情况

`timescale 1ns/10ps
module tb;
   logic dout;
   logic sel;
   
   assign dout = sel ? 1'bz : 1'b0;
   pullup(dout);
      
   initial begin
      sel = 1'b0;

      #10;
      sel = 1'b1;

      #10;
      sel = 1'b0;

      #10;
      $finish;
      
   end // initial begin

   initial begin
      $monitor("\t", $time, ,"sel = %0b,  dout = %0b", sel, dout);
   end
 
endmodule

同样的例子，加上了pullup(dout)语句（第7行），其他的均为改变，首先可以看到pullup有被highlight，说明这是一个关键词

下面开始编译

报错了，给的原因是logic声明的变量不能连接到带有驱动强度的gate输出端，那把logic声明改成wire，修改后的代码如下

`timescale 1ns/10ps
module tb;
   wire dout;
   logic sel;
   
   assign dout = sel ? 1'bz : 1'b0;
   pullup(dout);
      
   initial begin
      sel = 1'b0;

      #10;
      sel = 1'b1;

      #10;
      sel = 1'b0;

      #10;
      $finish;
      
   end // initial begin

   initial begin
      $monitor("\t", $time, ,"sel = %0b,  dout = %0b", sel, dout);
   end
   
   
endmodule

再次编译

编译通过，下面执行仿真，来看看仿真结果

可以看到在这个例子中，当sel = 1时，dout = 1，不再是highz

3 push-pull和open-drain的介绍

就拿mos管来简单介绍一下吧

这是一个push-pull的电路，由两个mos管组成，上面的是PMOS，下面的是NMOS

当IN = 1时，NMOS导通，PMOS截止，最终OUT = 0，电流方向为OUT -> NMOS，这个过程叫挽

当IN = 0时，NMOS截止，PMOS导通，最终OUT = 1，电路方向为PMOS -> OUT，这个过程叫推

这就是push-pull（推挽）

这是open-drain，与push-pull不同的是上面的PMOS换成了电阻，这个电阻就是上拉电阻

同样的，当IN = 1时，NMOS导通，OUT = 0

那当 IN = 0时呢？NMOS截止，如果此时不接上拉电阻，那么OUT端此时的状态是不确定的（单看这个电路的情况下）

当接入一个上拉电阻后，由于MOS管截止后，电阻可以看做是无穷大，此时从VDD -> GND就可以看做是一个电阻R和一个电阻无穷大的NMOS串联，那么在OUT点的电压自然约等于VDD

OK，先这样，至于在用pullup的时候为什么不能用logic声明，下次介绍吧