1.7 高速串行收发器

在 UltraScale+架构不同系列 FPGA 内，提供了 3 种类型的高速收发器：GTH、GTY 和GTM。其中，在Artix和Kintex系列FPGA中提供了GTH和GTY两种类型的高速收发器，在Virtex系列FPGA中提供了GHY和GTM两种类型的高速收发器。其中：

（1）GTH收发器具有低功耗、高性能等特点，适用于最坚固的背板。

（2）GTY收发器具有最大的非归零（Non Return Zero，NRZ）性能，适用于最快的光学和背板应用；用于芯片到芯片、芯片到光学器件和28G背板的33G收发器。

（3）GTM 收发器使用四电平脉冲幅度调制（4 Pluse Amplitude Modulation，PAM4）实现58G芯片到芯片、芯片到光学器件和背板应用的最大性能。

UltraScale+架构不同系列FPGA内的高速收发器如表1.27所示。

UltraScale和UltraScale+架构系列FPGA内的收发器包括：

（1）物理媒体连接子层（Physical Medium Attachment Sublayer，PMA）。PMA包括并行输入串行输出（Parallel Input Serial Output，PISO）接口和串行输入并行输出（Serial Input Parallel Output，SIPO）接口、相位锁相环（Phase Locked Loop，PLL）、时钟数据恢复（Clock Data Recovery，CDR）、预加重和均衡块。

（2）物理编码子层（Physical Coding Sublayer，PCS）。PCS 包含处理并行数据的逻辑，包含FIFO、编码和解码，以及变速功能。

（3）封装。

（4）FPGA逻辑接口。

1.7.1 GTH和GTY收发器

GTH和GTY收发器的功能如表1.28所示。

在UltraScale+架构系列FPGA中，一个GTH/GTY（Quad）包括四个GTHE4_CHANNEL/GTYE4_CHANNEL原语和一个GTHE4_COMMON/GTYE4_COMMON原语，如图1.86所示。从图中可知每个 Quad 由 4 个收发器通道构成，并包含两个基于 LC 谐振腔四 PLL（Quad PLL，QPLL）和 4 个基于环的通道 PLL（Channel PLL，CPLL）。用于每个发送器或接收器的时钟可以从QPLL或专用CPLL中选择。为了获得更大的灵活性，PLL的参考时钟可以来自3个时钟源：

（1）Quad中的两个专用参考时钟。两个参考时钟引脚都可以用于恢复时钟输出。

（2）两个北向路径和两个南向路径通往上下两个Quad。这种结构提供了极大灵活性，并且可以有效地使用所有可用的收发器通道，满足各种系统性能要求。

1.7.2 GTM收发器

GTM收发器的功能如表1.29所示。

如图1.87所示，GTM_DUAL原语包含一个LCPLL和两个GTM通道。与UltraScale+架构FPGA 的其他收发器（如 GTH 和 GTY 收发器）相比，GTM 收发器不包含 CHANNEL/COMMON原语，所有通道端口和属性都在GTM_DUAL原语中。

GTM CHANNEL的内部结构如图1.88所示。

思考与练习1-21： 用 Vivado 2023.1 打开前面任意一个工程，在 Device 视图中查看 GTY收发器在FPGA内的布局，并画图进行说明。 tigtVqPMtqmhEkhymr42NXPsTJCckhTltGlNROvpwE6b7H+abeG2jYcEDHOgSlsq