Virtex6 GTX Transceiver簡介

1.Virtex6 GTX Transceiver簡介

   在Xilinx的Virtex6 FPGA中,GTX作爲一種低功耗的吉比特收發器,配置靈活,功能強大,並與FPGA內部的其他邏輯資源緊密聯繫,可用於實現多種高速接口(如XAUI、PCIE等)。V6 系列的FPGA中,GTX工作帶寬範圍是600 Mb/s到6.6 Gb/s,支持收發雙向,且收發雙向獨立。GTX接收和發送方向均由PMA和PCS兩部分組成,PCS提供豐富的物理編碼層特性,如8b/10b編碼、時鐘校準等功能;PMA部分爲模擬電路,提供高性能的串行接口特性,如預加重、均衡等功能。GTX同時還提供動態重配置接口,用於動態的修改GTX的配置。

2.GTX時鐘與佈局

   在Virtix6 FPGA中,GTX是以Quad爲單位組織的,每個Quad包含4個GTX和2對差分時鐘輸入。當整個芯片多個GTX被使用時,需要合理的分佈GTX與時鐘輸入。從一個Quad輸入的時鐘往上只能給相鄰的一個Quad提供參考時鐘,往下也只能給相鄰的一個Quad提供參考時鐘輸入,最多隻能驅動三個Quad,當整個芯片多個GTX使用到同樣的參考時鐘輸入時,合理的分佈時鐘輸入可以節省需要的時鐘數量,也可以爲時鐘的提供冗餘設計。

   因此,基本的原則是同一個物理接口的幾個GTX放在一起,由同一個參考時鐘作爲時鐘輸入;不同物理接口的GTX如果在同一個參考時鐘的驅動覆蓋範圍內,可以採用同一個參考時鐘輸入。有條件的情況下,可以做時鐘備份;當一個時鐘可以覆蓋更多個GTX的時候,考慮到時鐘驅動能力的不確定性,爲留有更多餘量,沒必要使用到極限(一個時鐘驅動12個GTX)。另外在V5的GTP中,關於多個GTP共用同一個參考時鐘輸入,要求在這個輸入時鐘的時鐘鏈上,每一個GTP都被使用(即使不需要,也要例化),不允許共用同一個參考時鐘的兩個GTP中間有一個沒有使用的GTP。

3.預加重和均衡

   當GTX收發器出現信號質量不佳、數據丟包、傳輸誤碼等的情形時,爲提高信號質量,可以調整GTX的預加重、均衡、輸出振幅的值,以及調整採樣點的位置,來優化GTX通道的通信質量。在高速串行接口上,高頻分量衰減比低頻分量更嚴重,導致信號失真。因此,在數據發送方向可以調整預加重值和輸出振幅來提高信號質量。預加重用於增加信號中高頻分量的強度,預加重的值由參數TXPREEMPHASIS[3:0]來設定。調整振幅用於增加信號的整體強度,振幅強度由參數TXDIFFCTRL[3:0]來設定。在數據接收方向可以調整均衡的值,還可以調整採樣點在採樣窗中的位置。均衡用於補償接收信號中的高頻分量,使接收到的信號恢復原狀,均衡值由參數RXEQMIX[2:0]。採樣點設置可以選擇採樣窗的眼中,使採樣更穩定。以上參數的取值以及各個值的意義,請參見《Virtex-6 FPGA GTX Transceivers User Guide》(UG336)。

4.GTX的調試手段

   Virtex6 GTX提供了四種不同的環回,分別是近端PCS環回、近端PMA環回、遠端PCS環回、遠端PMA環回,可用於定位問題出現在GTX的哪個部分。同時,通過觀察GTX輸出的PLL時鐘鎖定信號,可以分析問題是否和時鐘相關。Xilinx提供了一系列的GTX Transceiver調試手段和工具,最有用的就是使用Chipscope進行IBERT比特流誤碼率測試(即PRBS,僞隨機二進制序列誤碼率測試)。關於IBERT(PRBS)測試的詳細內容,將另有博文來介紹。

參考鏈接:

Xilinx Virtex6 GTX Transceiver設計總結

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