BUFG,IBUFG,BUFGP,IBUFGDS等含义以及使用

本文介绍了FPGA全局时钟资源的重要性,讲解了IBUFG、IBUFGDS、BUFG、BUFGP等时钟缓冲器的用途和特性。这些原语用于优化时钟路径,确保低抖动和延迟。同时,文中还提到了DCM和ODDR/ODDR2在时钟管理中的作用,以及全局时钟资源的使用方法和注意事项。

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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)。
与全局时钟资源相关的原语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,如图1所示。

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IBUFG 单元,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。输入全局缓冲有MRCC SECC。其中,SRCC能驱动相同的bank,MRCC能驱动相同、上下bank。

    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。因为IBUFG只与专用全局时钟输入引脚相连,与普通IO 和内部CLB无物理连接,所以,IBUFG后级要连接BUFG才可以使用。IBUFG  + BUFG的用法,可以用 BUFGP代替。
  
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。

9.ODDR/ODDR2的用法:

通过ODDR把两路单端的数据合并到一路上输出,上下沿同时输出数据,上沿输出a路下沿输出b路;如果两路输入信号一路恒定为1,一路恒定为0,那么输出的信号实际上就是输入的时钟信号。oddr还有一个作用,就是把时钟输出到普通IO上。通常锁相环输出的时钟直接输出到IO上会报错,一种解决办法是在引脚分配中添加PIN "U_CLOCK_PLL/clkout1_buf.O" CLOCK_DEDICATED_ROUTE = FALSE;但这种办法只是把错误

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