如何去解決LVDS差分接口的DDR信號問題

注意，這里的DDR指的是Double Data Rate，雙倍數據速率。這篇文章并不是講DDR存儲器系列的東西。

不同于SDR，也就是單上升沿或下降沿，傳輸數據。DDR說我不想選擇是上升沿還是下降沿傳輸數據，小孩子才做選擇，大人只會說我全都要。

通過一組圖片就可以看到SDR和DDR的區別：

SDR

DDR

可以看到經過DDR處理的數據在數據時鐘上升沿和下降沿都有數據更新，對于如何完整的取出數據，我仔細思考了許久，經歷了否定之否定的過程，最終才找到了通用的解決方案。現在寫出解決方案的心路歷程：

剛開始覺得，既然它上升沿和下降沿都有，不如用一個always檢測時鐘跳變，有跳變就開始取值。代碼示例如下：

always @ (fb_clk)
begin
if (fb_clk == 1'b1) //上升沿跳變
i_data <= tx_frame ? {tx_d,6'd0} : {i_data[11:6], tx_d};// tx_frame為高代表高6位，低為低8位
else
q_data <= tx_frame ? {tx_d,6'd0} : {q_data[11:6], tx_d};
end

但是這么做肯定是有問題的，我們本來是要描述一個時序電路，最后always的敏感列表里面是一個信號，這么做就成了組合邏輯了，這么做不穩定不可取。

2. 第二種方法是使用鎖相環輸出一個與原數據時鐘同頻但相位延后180度的時鐘fb_clk_180, fb_clk負責采樣data_I, fb_clk_180負責data_Q。這種方法可以，但感覺麻煩，因為后面還要使用DDR輸出信號，時鐘轉來轉去有點麻煩。

3. 第三種方法還是使用鎖相環，輸出一個同相但頻率為原來頻率2倍的時鐘信號fb_clk_mul2。fb_clk_mul2的每次上升沿，對應著原時鐘fb_clk的上升沿和下降沿，使用fb_clk_mul2就可以分離data_I和data_Q。但這種方法也有局限性，不僅增加時鐘數量，當原時鐘速率過高，這種方法的穩定性也將有待商榷。

最后，我們在Vivado里面找到了一種原語，完美解決這個問題。這就是IDDR和ODDR。

對于輸入信號，我們使用IDDR解出原始數據，在Language Template找到IDDR原語示例，例子如下：

IDDR #(
.DDR_CLK_EDGE("SAME_EDGE"), // "OPPOSITE_EDGE", "SAME_EDGE"
// or "SAME_EDGE_PIPELINED"
.INIT_Q1(1'b0), // Initial value of Q1: 1'b0 or 1'b1
.INIT_Q2(1'b0), // Initial value of Q2: 1'b0 or 1'b1
.SRTYPE("SYNC") // Set/Reset type: "SYNC" or "ASYNC"
) IDDR_inst (
.Q1(rx_data_pos[i]), // 1-bit output for positive edge of clock
.Q2(rx_data_neg[i]), // 1-bit output for negative edge of clock
.C(data_clk), // 1-bit clock input
.CE(1'b1), // 1-bit clock enable input
.D(rx_data_dly[i]), // 1-bit DDR data input
// .D(rx_data[i]), // 1-bit DDR data input
.R(1'b0), // 1-bit reset
.S(1'b0) // 1-bit set
);

設置好IDDR的4個常量參數之后，將數據時鐘接入C端口，時鐘使能CE端口拉高，待轉數據信號接入D端口，Q1端口將會輸出時鐘上升沿采樣的數據，Q2端口將會輸出時鐘下降沿采樣的數據。注意設置好復位R和置位S端口。

ODDR #(
.DDR_CLK_EDGE("SAME_EDGE"), // "OPPOSITE_EDGE" or "SAME_EDGE"
.INIT(1'b0), // Initial value of Q: 1'b0 or 1'b1
.SRTYPE("SYNC") // Set/Reset type: "SYNC" or "ASYNC"
) ODDR_inst (
.Q(p0_data[i]), // 1-bit DDR output
.C(data_clk), // 1-bit clock input
.CE(1'b1), // 1-bit clock enable input
.D1(idata[i]), // 1-bit data input (positive edge)
.D2(qdata[i]), // 1-bit data input (negative edge)
.R(1'b0), // 1-bit reset
.S(1'b0) // 1-bit set
);

設置好之后就可以在rx_data_pos，rx_data_neg看到數據。這里我使用了generate for生成塊，所以出現了genvar變量i；

同樣，對于DDR輸出信號，使用ODDR原語解決：

設置好ODDR的3個常量參數之后，將數據時鐘接入C端口，時鐘使能CE端口拉高，Q端口輸出DDR處理后的數據，數據時鐘上升沿更新的數據接入D1端口，數據時鐘下降沿更新的數據接入D2端口。注意設置好復位R和置位S端口。

ODDR還可以巧妙地輸出時鐘，在D1輸入1'b1, D2輸入1'b0，其他不變，則在數據時鐘上升沿輸出高電平，下降沿輸出低電平。巧妙地輸出了數據時鐘。

注意，ODDR輸出的數據只能經過IOBUF或者輸出，曾經有人想使用ILA抓取ODDR的Q端口輸出的數據，無奈Implemention總會報錯。

總結：

對于DDR信號，不能直接用always @ (data_clk)的方法采樣信號，詳細見上述(1)內容

上述(2)和(3)的方法在一定范圍內都有其可行性，但也有一些弊端，詳細見上述(2)和(3)內容

使用IDDR和ODDR最為妥當，IDDR和ODDR的數據端口都是1bit，多bit可以使用generate for生成塊

可以使用ODDR在普通IO上輸出數據時鐘

ODDR輸出的數據只能經過IOBUF或者輸出

如果是LVDS信號，需要先轉單端再進IDDR；或者ODDR后再轉差分輸出；差分信號的處理方法可以看上一篇文章。