IBUFDS、IBUFGDS和OBUFDS

目前，大型设计一般推荐使用同步时序电路。同步时序电路基于时钟触发沿设计，对时钟的周期、占空比、延时和抖动提出了更高的要求。为了满足同步时序设计的要求，一般在FPGA设计中采用全局时钟资源驱动设计的主时钟，以达到最低的时钟抖动和延迟。 FPGA全局时钟资源一般使用全铜层工艺实现，并设计了专用时钟缓冲与驱动结构，从而使全局时钟到达芯片内部的所有可配置单元(CLB)、I/O单元(IOB)和选择性块RAM(Block Select RAM)的时延和抖动都为最小。为了适应复杂设计的需要，Xilinx的FPGA中集成的专用时钟资源与数字延迟锁相环(DLL)的数目不断增加，最新的Virtex II器件最多可以提供16个全局时钟输入端口和8个数字时钟管理模块(DCM)。

       常用的与全局时钟资源相关的Xilinx器件原语包括：IBUFG、IBUFGDS、BUFG、BUFGP、BUFGCE、BUFGMUX、BUFGDLL和DCM等。

        1. IBUFG 即输入全局缓冲，是与专用全局时钟输入管脚相连接的首级全局缓冲。所有从全局时钟管脚输入的信号必须经过IBUF元，否则在布局布线时会报错。 IBUFG支持AGP、CTT、GTL、GTLP、HSTL、LVCMOS、LVDCI、LVDS、LVPECL、LVTTL、PCI、PCIX和 SSTL等多种格式的IO标准。

        2. IBUFGDS  是IBUFG的差分形式，当信号从一对差分全局时钟管脚输入时，必须使用IBUFGDS作为全局时钟输入缓冲。IBUFG支持BLVDS、LDT、LVDSEXT、LVDS、LVPECL和ULVDS等多种格式的IO标准。

        3. BUFG 是全局缓冲，它的输入是IBUFG的输出，BUFG的输出到达FPGA内部的IOB、CLB、选择性块RAM的时钟延迟和抖动最小。

        4. BUFGCE 是带有时钟使能端的全局缓冲。它有一个输入I、一个使能端CE和一个输出端O。只有当BUFGCE的使能端CE有效(高电平)时，BUFGCE才有输出。

5. BUFGMUX 是全局时钟选择缓冲，它有I0 和I1 两个输入，一个控制端S，一个输出端O。当S为低电平时输出时钟为I0，反之为I1。需要指出的是BUFGMUX的应用十分灵活，I0和I1两个输入时钟甚至可以为异步关系。

        6. BUFGP 相当于IBUG加上BUFG。

        7. BUFGDLL 是全局缓冲延迟锁相环，相当于BUFG与DLL的结合。BUFGDLL在早期设计中经常使用，用以完成全局时钟的同步和驱动等功能。随着数字时钟管理单元(DCM)的日益完善，目前BUFGDLL的应用已经逐渐被DCM所取代。 

        8. DCM 即数字时钟管理单元，主要完成时钟的同步、移相、分频、倍频和去抖动等。DCM与全局时钟有着密不可分的联系，为了达到最小的延迟和抖动，几乎所有的DCM应用都要使用全局缓冲资源。DCM可以用Xilinx ISE软件中的Architecture Wizard直接生成。

全局时钟资源的使用方法 

        1.IBUFG + BUFG的使用方法：

IBUFG后面连接BUFG的方法是最基本的全局时钟资源使用方法，由于IBUFG组合BUFG相当于BUFGP，所以在这种使用方法也称为BUFGP方法。

2. IBUFGDS + BUFG的使用方法： 

当输入时钟信号为差分信号时，需要使用IBUFGDS代替IBUFG。

3. IBUFG + DCM + BUFG的使用方法： 

这种使用方法最灵活，对全局时钟的控制更加有效。通过DCM模块不仅仅能对时钟进行同步、移相、分频和倍频等变换，而且可以使全局时钟的输出达到无抖动延迟。

4. Logic ＋ BUFG的使用方法： 

BUFG不但可以驱动IBUFG的输出，还可以驱动其它普通信号的输出。当某个信号(时钟、使能、快速路径)的扇出非常大，并且要求抖动延迟最小时，可以使用BUFG驱动该信号，使该信号利用全局时钟资源。但需要注意的是，普通IO的输入或普通片内信号进入全局时钟布线层需要一个固有的延时，一般在10ns左右，即普通IO和普通片内信号从输入到BUFG输出有一个约10ns左右的固有延时，但是BUFG的输出到片内所有单元(IOB、CLB、选择性块RAM)的延时可以忽略不计为“0”ns。

        5.Logic + DCM + BUFG的使用方法：

DCM同样也可以控制并变换普通时钟信号，即DCM的输入也可以是普通片内信号。使用全局时钟资源的注意事项全局时钟资源必须满足的重要原则是：使用IBUFG或IBUFGDS的充分必要条件是信号从专用全局时钟管脚输入。换言之，当某个信号从全局时钟管脚输入，不论它是否为时钟信号，都必须使用IBUFG或IBUFGDS；如果对某个信号使用了IBUFG或IBUFGDS硬件原语，则这个信号必定是从全局时钟管脚输入的。如果违反了这条原则，那么在布局布线时会报错。这条规则的使用是由FPGA的内部结构决定的：IBUFG和IBUFGDS的输入端仅仅与芯片的专用全局时钟输入管脚有物理连接，与普通IO和其它内部CLB等没有物理连接。另外，由于BUFGP相当于IBUFG和BUFG的组合，所以BUFGP的使用也必须遵循上述的原则

IBUFDS、IBUFGDS和OBUFDS都是差分信号缓冲器，用于不同电平接口之间的缓冲和转换。IBUFDS 是差分输入的时候用，OBUFDS是差分输出的时候用，而IBUFGDS则是时钟信号专用的输入缓冲器。

IBUFDS、IBUFGDS和OBUFDS都是差分信号缓冲器，用于不同电平接口之间的缓冲和转换。

IBUFDS 是差分输入的时候用，OBUFDS是差分输出的时候用，而IBUFGDS则是时钟信号专用的输入缓冲器。

下面详细说明： 

IBUFDS

Differential Signaling Input Buffer with Selectable I/O Interface

//差分输入时钟缓冲器 

IBUFDS是一个输入缓冲器，支持低压差分信号（如LVCMOS、LVDS等）。

在IBUFDS中，一个电平接口用两个独特的电平接口（I和IB）表示。一个可以认为是主信号，另一个可以认为是从信号。主信号和从信号是同一个逻辑信号，但是相位相反。 

Inputs		Outputs
I	IB	O
0	0	No Change
0	1	0
1	0	1
1	1	No Change

Verilog Instantiation Template

IBUFDS instance_name (.O (user_O),

            .I (user_I),

            .IB (user_IB));

IBUFGDS

Dedicated（专用的） Differential Signaling Input Buffer with Selectable I/O Interface

//专用差分输入时钟缓冲器

 IBUFGDS是一个连接时钟信号BUFG或DCM的专用的差分信号输入缓冲器。在IBUFGDS中，一个电平接口用两个独立的电平接口（I和IB）表示。一个可以认为是主信号，另一个可以认为是从信号。主信号和从信号是同一个逻辑信号，但是相位相反。

 

Inputs		Outputs
I	IB	O
0	0	- *
0	1	0
1	0	1
1	1	- *

 

* The dash (-) means No Change.

Verilog Instantiation Template

IBUFGDS instance_name (.O (user_O),

                       .I (user_I),

                       .IB (user_IB));

 

 

 

OBUFDS

Differential Signaling Output Buffer with Selectable I/O Interface

//差分输出时钟缓冲器

OBUFDS是一个输出缓冲器，支持低压差分信号。OBUFDS隔离出了内电路并向芯片上的信号提供驱动电流。它的输出用O和OB两个独立接口表示。一个可以认为是主信号，另一个可以认为是从信号。主信号和从信号是同一个逻辑信号，但是，相位相反。

 

Inputs	Outputs
I	O	OB
0	0	1
1	1	0

 

Verilog Instantiation Template

OBUFDS instance_name (.O (user_O),

                      .OB (user_OB),

                      .I (user_I));