Xilinx原語IBUFDS、OBUFDS的使用及仿真

1、介紹
IBUFDS、和OBUFDS都是差分信號緩沖器，用于不同電平接口之間的緩沖和轉(zhuǎn)換。IBUFDS 用于差分輸入，OBUFDS用于差分輸出。

2、IBUFDS
2.1、理論
IBUFDS是差分輸入緩沖器，支持低壓差分信號（如LVCMOS、LVDS等）。在IBUFDS中，一個電平接口用兩個獨特的電平接口（I和IB）表示。一個可以認(rèn)為是主信號，另一個可以認(rèn)為是從信號。

IBUFDS原語示意圖如下所示：

端口說明如下表：

信號真值表如下：

2.2、仿真
打開VIvado--Tools--Language Templates，搜索“IBUFDS”，可以找到Xilinx提供的模板如下：

IBUFDS #(
.DIFF_TERM("FALSE"), // Differential Termination
.IBUF_LOW_PWR("TRUE"), // Low power="TRUE", Highest
.IOSTANDARD("DEFAULT") // Specify the input I/O standard
) IBUFDS_inst (
.O(O), // Buffer output
.I(I), // Diff_p buffer input (connect directly to top-level port)
.IB(IB) // Diff_n buffer input (connect directly to top-level port)
);

DIFF_TERM、IBUF_LOW_PWR分別指定差分終端和性能模式，IOSTANDARD指定你需要輸出的電平標(biāo)準(zhǔn)。

接下來例化一個IBUFDS原語進(jìn)行測試，Verilog代碼如下：

//------------------------------------------------------------------------
//--IBUFDS測試模塊
//------------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------
module IBUFDS_test(
input clk , //時鐘，50M
input rst_n , //復(fù)位，低電平有效
input data_p , //輸入數(shù)據(jù)，差分+
input data_n , //輸入數(shù)據(jù)，差分-

output out
);
//----------------------------------------------------
IBUFDS #(
.DIFF_TERM ("FALSE") , // Differential Termination
.IBUF_LOW_PWR ("TRUE") , // Low power="TRUE", Highest
.IOSTANDARD ("DEFAULT") // 選擇I/O電平標(biāo)準(zhǔn)，這里選擇默認(rèn)
)
IBUFDS_inst (
.O (out) , // 輸出
.I (data_p) , // 差分輸入+(需要直接連接到頂層端口)
.IB (data_n) // 差分輸入-(需要直接連接到頂層端口)
);

endmodule

每隔20ns分別隨機(jī)生成2個1位2進(jìn)制數(shù)據(jù)作為差分輸入，觀察輸出，Testbench如下：

//------------------------------------------------
//--IBUFDS原語仿真
//------------------------------------------------
`timescale 1ns/1ns //時間單位/精度
//----------------------------------------------------
module tb_IBUFDS_test();

reg clk ;
reg rst_n ;
reg data_p ;
reg data_n ;

wire out ;
//----------------------------------------------------
IBUFDS_test IBUFDS_test_inst(
.clk (clk) ,
.rst_n (rst_n) ,
.data_p (data_p) ,
.data_n (data_n) ,

.out (out)
);
//----------------------------------------------------
initial begin
clk = 1'b1; //初始時鐘為1
rst_n data_p data_n #60 //60個時鐘周期后
rst_n end
//----------------------------------------------------------
always #10 clk = ~clk; //系統(tǒng)時鐘周期20ns

always #20 data_p always #20 data_n

endmodule

仿真結(jié)果如下：

每隔20ns，2個差分輸入端口分別隨機(jī)生成2個1位2進(jìn)制數(shù)據(jù)；輸出輸入符合上述的真值表。

3、OBUFDS
3.1、理論
OBUFDS 是一個差分輸出緩沖器，用于將來自 FPGA 內(nèi)部邏輯的信號轉(zhuǎn)換成差分信號輸出，支持 TMDS、LVDS等電平標(biāo)準(zhǔn)。它的輸出用O和OB兩個獨立接口表示。一個可以認(rèn)為是主信號，另一個可以認(rèn)為是從信號。

OBUFDS原語示意圖如下所示：

端口說明如下表：

信號真值表如下：

可以看出，輸出+端與輸入一致，輸出-端與輸入相反。

3.2、仿真
打開VIvado--Tools--Language Templates，搜索“OBUFDS”，可以找到Xilinx提供的模板如下：

OBUFDS #(
.IOSTANDARD("DEFAULT"), // Specify the output I/O standard
.SLEW("SLOW") // Specify the output slew rate
) OBUFDS_inst (
.O(O), // Diff_p output (connect directly to top-level port)
.OB(OB), // Diff_n output (connect directly to top-level port)
.I(I) // Buffer input
);

其中IOSTANDARD指定你需要輸出的差分電平標(biāo)準(zhǔn)，SLEW根據(jù)你的要求輸出FAST或者SLOW。

接下來例化一個OBUFDS原語進(jìn)行測試，Verilog代碼如下：

//------------------------------------------------------------------------
//--OBUFDS測試模塊
//------------------------------------------------------------------------
//----------------------------------------------------
module OBUFDS_test(
input clk , //時鐘，50M
input rst_n , //復(fù)位，低電平有效
input data , //輸入數(shù)據(jù)

output out_p , //輸出數(shù)據(jù)，差分+
output out_n //輸出數(shù)據(jù)，差分-
);
//----------------------------------------------------
OBUFDS #(
.IOSTANDARD ("DEFAULT") , // 選擇I/O電平標(biāo)準(zhǔn)，這里選擇默認(rèn)
.SLEW ("SLOW") // 選擇輸出速率，這里選擇SLOW
)
OBUFDS_inst (
.O (out_p) , // 差分輸出+(需要直接連接到頂層端口)
.OB (out_n) , // 差分輸出-(需要直接連接到頂層端口)
.I (data) // 輸入
);

endmodule

每隔20ns隨機(jī)生成一個1位2進(jìn)制數(shù)據(jù)，觀察差分輸出，Testbench如下：

//------------------------------------------------
//--OBUFDS原語仿真
//------------------------------------------------
`timescale 1ns/1ns //時間單位/精度
//----------------------------------------------------
module tb_OBUFDS_test();
reg clk ;
reg rst_n ;
reg data ;

wire out_p ;
wire out_n ;
//----------------------------------------------------
OBUFDS_test OBUFDS_test_inst(
.clk (clk),
.rst_n (rst_n),
.data (data),

.out_p (out_p),
.out_n (out_n)
);
//----------------------------------------------------
initial begin
clk = 1'b1; //初始時鐘為1
rst_n data #60 //60個時鐘周期后
rst_n end
//----------------------------------------------------------
always #10 clk = ~clk; //系統(tǒng)時鐘周期20ns
always #20 data

endmodule

仿真結(jié)果如下：

每隔20ns，data隨機(jī)生成0或者1，out_p與輸入一致，out_n與輸入相反；差分輸出信號符合上述的真值表。

審核編輯：符乾江