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1 内容简介
本章节主要介绍Xilinx GTH收发器的基本特性和结构，通过结合Xilinx官方手册UG576及个人理解，力求能够使初学者能够对GTH产生初步的认识，不再对此望而却步，万丈高楼平地起，愿与诸君上下求索，共勉励...
2 GTH收发器结构
2.1 系统框架
如图所示，UltraScale 架构中的 GTH收发器是低功耗的收发器，支持的线速率为500Mb/s到16.375Gb/s。每个收发器都包含一个独立的发射器，该发射器由 PCS 和 PMA 组成。并行数据从用户逻辑流入 TX 接口，通过 PCS 和 PMA，然后作为高速串行数据流出 TX 驱动器。同时都包含一个独立的接收器，由 PCS 和 PMA 组成。高速串行数据从电路板上的走线流入 GTH 收发器 RX 的 PMA，再流入 PCS，最后流入互连逻辑。
2.2 收发器原语结构
4个 GTHE3/4_CHANNEL原语与1个GTHE3/4_COMMON原语共同组成一个Quad(Q).
GTHE3/4_COMMON 原语包含两个 LC谐振的PLL（QPLL0 和 QPLL1）。仅当应用中需要使用该PLL时，才需要实例化 GTHE3/4_COMMON。
GTHE3/4_CHANNEL 原语由一个环路PLL（CPLL）、一个发射器和一个接收器组成。
2.3 总结归纳
（1）GT结构新提出了Quad的概念，包括4个GTHE3/4_CHANNEL原语和1个GTHE3/4_CHANNEL原语。
3 共享特性
3.1 参考时钟
3.1.1 输入/输出模式
GTH 收发器中的参考时钟结构支持两种操作模式：输入模式和输出模式。①在输入操作模式下，在专用参考时钟 I/O 引脚上提供时钟，用于驱动Quad或channel PLLs。②在输出操作模式下，来自于同一Quad内四个通道中任意一个恢复时钟 (RXRECCLKOUT) 可以路由到专用参考时钟 I/O 引脚。 然后，此输出时钟可用作不同位置的参考时钟输入。运行过程中无法改变操作模式。
3.1.1.1 输入模式
如图展示了参考时钟输入模式结构。参考时钟通过IBUFDS_GTE3/4 软件原语进行实例化。 IBUFDS_GTE3/4 软件原语的端口和属性用来控制参考时钟输入。
（1）端口（Ports）
（2）属性（Attributes）
3.1.1.2 输出模式
参考时钟输出模式可通过两个软件原语之一实现：OBUFDS_GTE3/4_ADV 和 OBUFDS_GTE3/4。原语的选择取决于具体的应用。当 RXRECCLKOUT 始终来自同一通道时，请使用 OBUFDS_GTE3/4。如果提供 RXRECCLKOUT 的通道在运行时可能会发生变化，请使用 OBUFDS_GTE3/4_ADV。使用 OBUFDS_GTE3/4_ADV 原语时，必须实例 GTHE3/4_COMMON 原语。使用 OBUFDS_GTE3/4 原语时，不需要实例化 GTHE3/4_COMMON。
1、采用OBUFDS_GTE3/4原语的参考时钟输出模式结构如图所示。
（1）端口（Ports）
（2）属性（Attributes）
2、采用 OBUFDS_GTE3/4_ADV 原语的参考时钟输出模式结构如图所示。
GTHE4_COMMON 上的端口 RXRECCLK0SEL 和 RXRECCLK1SEL 控制多路复用器，该多路复用器从 Quad 中的四个不同通道中选择 RXRECCLKOUT
（1）端口（Ports）
（2）属性（Attributes）
3.1.1.3 总结归纳
（1）外部的差分参考时钟进来后必须通过IBUFDS_GTE3/4原语转为单端提供给内部使用
（2）参考时钟有输入输出两种模式，区别在于输入模式参考的时钟源来自于外部的专用参考时钟引脚，输出模式下参考时钟通过从Quad中的channel中恢复出来的RXRECCLKOUT路由而来
3.1.2 参考时钟选择
UltraScale 器件中的 GTH 收发器提供不同的参考时钟输入选项。
从架构上看，Quad（Q）包含四个 GTHE3/4_CHANNEL 原语、一个 GTHE3/4_COMMON 原语、两个专用外部参考时钟引脚对和专用参考时钟路由。每个收发器使用中必须实例化 GTHE3/4_CHANNEL 原语。如果需要高性能 QPLL，还必须实例化 GTHE3/4_COMMON 原语。通常，Quad（Q(n)）的参考时钟可以通过 GTNORTHREFCLK 从最多下方两个位置的 Quad（Q(n–1) 或 Q(n-2)）获取，或通过 GTSOUTHREFCLK 从最多上方两个的 Quad（Q(n+1) 或 Q(n+2)）获取。（即当前Quad的参考时钟可以通过南北不超过2个Quad区域的参考时钟路由而来）
参考时钟特性包括：
（1）南北方向的时钟路由。
（2）QPLL 或 CPLL 灵活的时钟输入。
（3）QPLL 或 CPLL 参考时钟静态或动态的选择
Quad 架构有四个 GTH 收发器、两个专用参考时钟引脚对以及专用的北或南参考时钟路由。Quad 中的每个 GTH 收发器通道都有六个可用的时钟输入：
（1）两个本地参考时钟引脚对，GTREFCLK0 或 GTREFCLK1
（2）上方 Quad 的两个参考时钟引脚对，GTSOUTHREFCLK0 或 GTSOUTHREFCLK1 （3）下方 Quad 的两个参考时钟引脚对，GTNORTHREFCLK0 或 GTNORTHREFCLK1
单个 GTHE3/4_COMMON 原语内的参考时钟多路复用器结构如图所示：
单个 GTHE3/4_CHANNEL 原语内的参考时钟多路复用器结构如图所示：
以上参考时钟的选择通过 CPLLREFCLKSEL[2:0]或者QPLLREFCLKSEL[2:0]选择
3.1.2.1 单个外部参考时钟使用模型
如图所示为多个收发器连接到多个 Quad情况下的单个外部参考时钟。用户设计将 IBUDFS_GTE3 输出连接到 GTH 收发器的 GTHE3/4_COMMON 和 GTHE3/4_CHANNEL 原语的 GTREFCLK0 端口。在这种情况下，Xilinx 实现工具会对南北布线进行必要的调整，并在需要时进行引脚交换，以将参考时钟从一个 Quad 路由到另一个 Quad。
如下图可知，某个GT专用Bank上的参考时钟可以给相邻南北区域不超过2个Quad间隔的其他Quad使用
注意：上图中 IBUFDS_GTE3/4 图是一种简化。输出端口 ODIV2 保持浮动，输入端口 CEB 设置为逻辑 0。
共享参考时钟时必须遵守以下规则，以确保满足高速设计的抖动裕度：
（1）源 Quad 上方的 Quad 数量不得超过两个。
（2）源 Quad 下方的 Quad 数量不得超过两个。
（3）以外部时钟引脚对 (MGTREFCLKN/MGTREFCLKP) 作为源的 Quad 总数不得超过五个 (或者说作为源的收发器不能超过20个)。
单个时钟引脚对最多可以驱动 20 个收发器。超过 20 个收发器的设计需要使用多个外部时钟引脚，以确保遵循控制抖动的规则。当使用多个时钟引脚时，可以使用外部缓冲器从同一振荡器驱动它们。
3.1.2.2 多个外部参考时钟使用模型
参考时钟选择架构的灵活性允许 Quad 中的每个收发器访问上下两个 Quad 的专用参考时钟。如下两图显示了属于一个 Quad 的收发器如何使用 GTNORTHREFCLK 和 GTSOUTHREFCLK 端口访问另一个 Quad 的专用参考时钟的示例。在每个 GTH 收发器 PLL 有多个参考时钟选项的情况下，用户设计需要根据设计要求设置 QPLL0/1REFCLKSEL[2:0] 和 CPLLREFCLKSEL[2:0]。
共享参考时钟时必须遵守以下规则，以确保满足高速设计的抖动裕度：
（1）源 Quad 上方的 Quad 数量不得超过两个。
（2）源 Quad 下方的 Quad 数量不得超过两个。
（3）以外部时钟引脚对 (MGTREFCLKN/MGTREFCLKP) 作为源的 Quad 总数不得超过五个 (或者说作为源的收发器不能超过20个)。
单个时钟引脚对最多可以驱动 20 个收发器。超过 20 个收发器的设计需要使用多个外部时钟引脚，以确保遵循控制抖动的规则。当使用多个时钟引脚时，可以使用外部缓冲器从同一振荡器驱动它们。
对于需要动态更改参考时钟源的多速率设计，QPLL0/1REFCLKSEL 和 CPLLREFCLKSEL 端口用于动态选择参考时钟源。选择完成后，用户设计负责通过高电平有效 CPLLPD 和 QPLL0/1RESET 端口重置 CPLL 和 QPLL，并执行重置和初始化（第 60 页）中描述的后续初始化过程。
收发器的时钟输出TXOUTCLK 和 RXOUTCLK 必须使用 BUFG_GT 缓冲器。将时钟输出连接到架构也需要使用 BUFG_GT。如果 IBUFDS 时钟需要连接到架构，也必须通过 BUFG_GT。
在设备配置时， MGTREFCLK[0/1]P 和 MGTREFCLK[0/1]N 作为输入的 IBUFDS_GTE3/4 的时钟输出只能在以下条件下使用：
（1）GTPOWERGOOD 信号已置为高电平。
（2）GTPOWERGOOD 置为高电平后，至少经过 250 µs 的延迟。
对于 UltraScale+ FPGA，UltraScale FPGA 收发器向导 1.7 版本或更高版本通过延迟 GTPOWERGOOD 信号的输出来自动处理此要求。
3.1.2.3 总结归纳
（1）CPLL和QPLL的参考时钟选择是多样的，可以选择本Quad的参考时钟，或者是南北区域不超过两个Quad区域的其他Quad的参考时钟。一般Quad可以对应于原理图上的Bank，该Bank会有两组差分的参考时钟输入，所以既可以选择本Bank的参考时钟，也可以选择相邻南北区域Bank的参考时钟。
（2）基于时钟抖动裕度（jitter margins）的考虑，南北区域跨越不应超过2，每组参考时钟驱动的Quad数量不应超过5个（或者说驱动的收发器个数不应超过20个）
（3）收发器输出的时钟TXOUTCLK 和 RXOUTCLK或者经过IBUFDS的时钟想要连接到GT结构上，必须经过BUFG_GT
4 结束语
本章初步介绍了GTH收发器的基本框架和结构，并介绍了参考时钟的模式和选择。下一期预计会在下周六更新，主要包含CPLL和QPLL以及GT的复位初始化。
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标签：参考,GTH,引脚,原语,收发器,Xilinx,Quad,时钟 From： https://blog.csdn.net/qq_44631312/article/details/143466604