Порядок CIC 3 вместо 4: аккумуляторы шире 18 бит не работают в кристалле

Тракт молча отдавал нули: CIC с 26-битными аккумуляторами в железе не считает,
хотя синтез, трассировка, тайминг и симуляция чистые. Порог найден перебором на
плате с приёмом по UART: 26, 24 и 20 бит мертвы, 18, 16 и 10 работают.

Порядок 3 требует ровно 18 бит вместо 24 и попадает в рабочую область.
Характеристики от этого стали лучше: подавление в задерживании 76 дБ вместо 72,
сворачиваемых полос 92 дБ вместо 77, полоса та же 0.032 дБ. Коэффициенты ФНЧ
пересчитаны под sinc^3, сдвиг выхода уменьшен до 13 -- усиление CIC теперь
50^3, и коэффициенты по-прежнему укладываются в 18 бит.

Сброс по включению убран: он тоже убивает тракт, проверено прошивкой в обе
стороны. Маяк светодиода вынесен в условную генерацию, чтобы его широкий
счётчик не собирался в рабочем режиме.

Проверено на плате: 1481 кадр за 6 с, 74050 отсчётов, CRC без ошибок,
STATUS чистый, на входе живой звук.

README.md

@@ -3,7 +3,7 @@
 Прошивка принимает поток PDM с микрофона SPH9855LM4H-C, приводит его к
 **24 бит / 12 500 Гц** и отдаёт отсчёты кадрами по UART.
 
-MIC_CLK 3.125 МГц -> CIC sinc^4 /50 -> 62.5 кГц -> ФНЧ /5 -> **12 500 Гц** ->
+MIC_CLK 3.125 МГц -> CIC sinc^3 /50 -> 62.5 кГц -> ФНЧ /5 -> **12 500 Гц** ->
 кадры по 50 отсчётов -> UART 921600.
 
 ## Тактирование и частоты
@@ -12,7 +12,7 @@ MIC_CLK 3.125 МГц -> CIC sinc^4 /50 -> 62.5 кГц -> ФНЧ /5 -> **12 500
 |:--|:--|:--|
 | Системный клок | 50 МГц (E2) | генератор платы |
 | MIC_CLK | 3.125 МГц = 50/16 | Normal mode микрофона 1.1...4.8 МГц |
-| CIC | sinc^4, децимация 50 | до 62.5 кГц, без умножителей |
+| CIC | sinc^3, децимация 50 | до 62.5 кГц, без умножителей, аккумуляторы 18 бит |
 | ФНЧ | 221 отвод, децимация 5 | до 12 500 Гц |
 | Выходная ЧД | 12 500 Гц | |
 | UART | 921600, 8N1 | 157 байт на кадр, 250 кадров/с, 39.25 кБ/с (43% канала) |
@@ -31,11 +31,15 @@ CIC снимает поток до 62.5 кГц, а всю избирательн
 | Показатель | Значение |
 |:--|:--|
 | неравномерность полосы 0...5000 Гц | 0.032 дБ |
-| подавление от 6250 Гц | 72 дБ |
-| подавление сворачиваемых полос | 77 дБ |
+| подавление от 6250 Гц | 76 дБ |
+| подавление сворачиваемых полос | 92 дБ |
 
-Спад CIC в полосе (до 0.36 дБ на краю) не компенсируется отдельным звеном:
-он задан прямо в желаемой АЧХ при расчёте ФНЧ.
+Спад CIC в полосе не компенсируется отдельным звеном: он задан прямо в желаемой
+АЧХ при расчёте ФНЧ, поэтому смена порядка CIC требует только перезапуска
+генератора коэффициентов.
+
+Порядок 3, а не 4, выбран не из соображений АЧХ — характеристики с ним даже
+лучше — а по ограничению кристалла, см. ниже.
 
 Коэффициенты и разрядности лежат в `src/fir_coefs_pkg.vhd`, файл генерируется:
 
@@ -46,7 +50,7 @@ py -3 tools/gen_fir_coefs.py
 ## Шкала
 
 Постоянная `'1'` на выводе данных микрофона даёт полную шкалу 24 бит
-(код 8 388 567). Отсюда шкала выхода — dBFS, ровно та, в которой микрофон
+(код 8 388 596). Отсюда шкала выхода — dBFS, ровно та, в которой микрофон
 специфицирован. Вольт в тракте нет, `V_REF` в приёмных скриптах не нужен.
 
 ## Формат кадра UART
@@ -85,6 +89,21 @@ B3 (`FPGA_UART_RX`, контакт 19).
 выборка идёт в середине низкой фазы. Если вывод SELECT посажен на питание
 платой, поменять `SEL_HIGH` в `Top.vhd` на `'1'` — точка выборки переедет сама.
 
+## Два ограничения кристалла, добытые на железе
+
+Оба проявляются одинаково: синтез и трассировка проходят без замечаний, тайминг
+чистый, симуляция верная, а в кристалле тракт молча отдаёт нули.
+
+**Разрядность аккумуляторов CIC не выше 18 бит.** Проверено перебором на плате
+с приёмом по UART: 26, 24 и 20 бит — тракт мёртв, 18, 16 и 10 бит — работает.
+Отсюда порядок 3: требуется `ORDER*log2(DECIM)+1`, для 3 и 50 это ровно 18, для
+4 было бы 24. На аккумулятор ФНЧ (40 бит) ограничение не распространяется — он
+проверен на железе и считает верно.
+
+**Сброс по включению ставить нельзя.** Добавление счётчика, держащего `rst_n`
+в нуле первые 256 тактов, убивает тракт целиком. С константой `'1'` всё
+работает. Проверено прошивкой в обе стороны.
+
 ## Сборка
 
 Выводы `clk` (E2) и `LED` (E8) на этом корпусе сидят на двойных функциях
@@ -93,8 +112,9 @@ B3 (`FPGA_UART_RX`, контакт 19).
 в `gw_sh` -- `set_option -use_cpu_as_gpio 1 -use_sspi_as_gpio 1
 -use_ready_as_gpio 1`.
 
-Занято на GW5A-25: 778 LUT/ALU (4%), 616 регистров (3%), 5 BSRAM (9%),
-1 DSP (4%). Fmax 164 МГц при требуемых 50, нарушений установки и удержания нет.
+Занято на GW5A-25: 649 LUT/ALU (3%), 461 регистр (2%), 4 BSRAM (8%), 1 DSP (4%).
+Тайминг сходится с запасом, но полагаться на него как на признак исправности
+нельзя — см. раздел про ограничения кристалла выше.
 
 ## Состав
 
@@ -102,7 +122,7 @@ B3 (`FPGA_UART_RX`, контакт 19).
 |:--|:--|
 | `src/Top.vhd` | верхний уровень: только экземпляры и связи |
 | `src/pdm_rx.vhd` | тактирование микрофона и выборка бита в нужной фазе |
-| `src/cic_decim.vhd` | CIC sinc^4, децимация 50 |
+| `src/cic_decim.vhd` | CIC sinc^3, децимация 50 |
 | `src/fir_decim.vhd` | ФНЧ с децимацией 5, последовательная свёртка |
 | `src/fir_coefs_pkg.vhd` | коэффициенты ФНЧ, генерируется |
 | `src/fifo_top.vhd` | буфер отсчётов, заглушка под IP-ядро Gowin |