Xilinx 7系列FPGA GTX/GTH高速收发器技术手册
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更新于2024-07-19
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"7系列高速收发数据手册是关于Xilinx 7 Series FPGAs中的GTX和GTH高速收发模块的用户指南，详细介绍了这些高性能、低功耗的收发器，支持500 Mb/s到12.5 Gb/s（GTX）以及13.1 Gb/s（GTH）的数据速率。手册涵盖了各种功能组的特性，旨在支持广泛的应用场景。"
在Xilinx 7系列FPGAs中，GTX和GTH高速收发器是核心的通信接口组件，它们为高速数据传输提供了高效能解决方案。GTX收发器支持的速率范围从500 Mb/s到12.5 Gb/s，而GTH收发器则进一步提升到了13.1 Gb/s，这使得它们在高速串行通信应用中非常受欢迎，例如PCIe、光纤通道、以太网、USB和SerDes等。
这些收发器的高配置灵活性是其一大特点。用户可以根据具体应用需求调整各种参数，如数据速率、编码模式、均衡设置和时钟恢复算法。它们与FPGA的可编程逻辑资源紧密集成，允许用户在设计中灵活地实现复杂的信号处理和协议转换功能。
7系列FPGAs GTX/GTH Transceivers User Guide详细讲解了如何利用这些收发器进行系统设计，包括但不限于以下关键知识点：
1. **物理层(PHY)配置**：指导用户如何设置收发器的物理层参数，如数据速率、编码方案和眼图分析，以确保信号质量和稳定性。
2. **时钟管理**：讨论了时钟的生成和同步，包括PLL（锁相环）和DLL（延迟锁定环）的使用，以及如何优化时钟抖动性能。
3. **信号完整性**：涵盖均衡技术，如预加重、去加重和自适应均衡，以补偿传输线上的信号损耗和反射。
4. **电源管理和热管理**：提供关于如何有效管理和监控电源电压和温度，以保证收发器在不同工作条件下的稳定运行。
5. **错误检测与校正**：介绍CRC（循环冗余校验）和其他错误检测机制，用于确保数据的准确传输。
6. **接口协议支持**：解释如何配置收发器以支持多种接口协议，如PCI Express、Ethernet、Serial RapidIO等。
7. **设计工具与流程**：指导用户如何使用Xilinx的Vivado Design Suite或其他设计工具进行收发器的配置、仿真和验证。
8. **故障诊断与调试**：提供了故障排查步骤和工具，如眼图分析仪和信号质量监测，以帮助解决设计中的问题。
9. **兼容性与互操作性**：讨论了与不同标准和设备的兼容性，以及如何确保与其他系统或设备的无缝对接。
10. **功耗优化**：介绍如何通过动态电源管理策略和低功耗模式来降低整体系统功耗。
"7系列高速收发数据手册"是理解和设计基于Xilinx 7系列FPGAs GTX/GTH收发器的高速通信系统的关键参考资料，为工程师提供了全面的技术指导和支持。
16 www.xilinx.com 7 Series FPGAs GTX/GTH Transceivers User Guide
UG476 (v1.12) December 19, 2016
Using the RX Elastic Buffer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
RX Clock Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
Ports and Attributes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263
Using RX Clock Correction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Enabling Clock Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Setting RX Elastic Buffer Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Setting Clock Correction Sequences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Clock Correction Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Monitoring Clock Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
RX Channel Bonding. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Ports and Attributes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
Using RX Channel Bonding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Enabling Channel Bonding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Channel Bonding Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Connecting Channel Bonding Ports . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279
Setting Channel Bonding Sequences. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
Setting the Maximum Skew . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282
Precedence between Channel Bonding and Clock Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
RX Gearbox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283
Ports and Attributes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Enabling the RX Gearbox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286
RX Gearbox Operating Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287
RX Gearbox Block Synchronization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 289
CAUI Interface (GTH Transceiver) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Use Case . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
RX Gearbox Block (GTH Transceiver) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
FPGA RX Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
Functional Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
Interface Width Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295
RXUSRCLK and RXUSRCLK2 Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
Ports and Attributes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
Chapter 5: Board Design Guidelines
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Pin Description and Design Guidelines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
GTX/GTH Transceiver Pin Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
Termination Resistor Calibration Circuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
Analog Power Supply Pins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
Reference Clock. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
GTX/GTH Transceiver Reference Clock Checklist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
Reference Clock Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
LVDS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
LVPECL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
AC Coupled Reference Clock. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
Unused Reference Clocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
Reference Clock Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
Power Supply and Filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
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