Spartan6系列之GTP Transceiver的介绍与使用

1.       什么是GTP transceiver？

　　GTP transceiver是FPGA里一种线速度达500Mb/sà6.6Gb/s的收发器，利用FPGA内部可编程资源可对其进行灵活地配置，使其适合不同的需要如以太网、SATA1.0接口等，它的作用是各种高速串行接口的物理层。对Spartan6系列而言，GTPA1_DUAL包含两个GTP transceiver，或者说包含两个通道。

　　下图是GTPA1_DUAL的内部结构图，图的下半部分是receiver，receiver在对串行输入的比特流并行化后，对其进行Sync原语丢失检测、COMMA字符的检测、8B/10B解码等；图的上半部分是transmitter，transmitter的串行输出则有着与receiver接收相反的过程。

 

图 1Spartan-6 FPGA GTP Transceiver 框图

　　下图是GTPA1_DUAL在FPGA里的位置图，实际上，FPGA的高速接口一般都存在于FPGA的TOP部分，GTPA1_DUAL是高速接口，它的摆放位置就在FPGA的顶部。

图 2GTP Transceiver在Spartan6LX45T FPGA内的位置图

　　图3所示：一个GTP DUAL包含两个GTP Transceiver GTP0和GTP1和两个PLL；在生成GTP Core的时候，其PLL的输入参考时钟是可选的。

 

图 3Two GTP Transceivers in One GTPA1_DUAL Tile

　　如图 4所示，GTPA1_DUAL内部的PLL0和PLL1可以分别连接不同的时钟源，也可以连接同一个时钟源如图 5所示。两个PLL可以产生两个不同的时钟供GTPA1_DUAL使用，也就是说，GTPA1_DUAL的两个Transceiver是可以运行于不同的频率的。它们的协议可以不一样，如GTPA1_DUAL的一个Transceiver运行PCIE协议，另一个运行SATA协议。

 

图 4GTP Transceiver参考时钟原理图1

 

图 5GTP Transceiver参考时钟原理图2

1.1.    GTP Transceiver使用中必须明白的几个概念

　　Spartan6系列的GTP Transceiver是被放在专门的Bank里，也就是说，在Spartan6系列里，如果一个Bank里有GTP引脚，那么这个Bank将不包含Select IO等引脚。

1个发送器、1个接收器、1个PLL组成1个GTP Lane；

两个GTP Lane组成一个GTP_DUAL；

两个GTP_DUAL组成1个Bank；

 

1.2.    GTP Transceiver的复位

　　GTP Transceiver的复位有两个办法：1是FPGA烧写完后的上电复位；2是直接驱动GTPRESET，使其为高电平一段时间。下图是GTP Transceiver内部复位的顺序图。

 

 

图 6 GTPA1_DUAL Reset Hierarchy

         GTPRESET有效，使得RESETDONE立刻无效（变低），在GTP Transceiver复位完成后，RESETDONE有效（变高）。

 

图 7Reset 时序图

 

1.3.    GTP Transceiver的专用引脚功能描述

　　GTP Transceiver从本质上来说是一种模拟电路，为了能够更好的对它进行PCB等的设计，必须深刻理解其引脚的功能。

表格 1GTP引脚描述表

Pins	Dir	Description
MGTAVCC	In	1.2V，是GTP Transceiver的内部模拟和数字电路的供电电压
MGTAVCCPLL0	In	1.2V，不但为PLL0供电，也为GTPA1_DUAL的Lane0供电，所以只要用到了Lane0，就需要给这个电压引脚供电
MGTAVCCPLL1	In	1.2V，不但为PLL1供电，也为GTPA1_DUAL的Lane1供电，所以只要用到了Lane1，就需要给这个电压引脚供电
MGTAVTTRCAL	In	为终端电阻校准电路供电，属于基本供电单元，该引脚不但要与MGTAVTTTX相连，还要连接一个50Ω精密电阻后与MGTRREF相连。
MGTAVTTRX	In	1.2V，接收器的终端电路供电
MGTAVTTTX	In	1.2V，发送终端的供电电压引脚
MGTREFCLK0P MGTREFCLK0N	In	GTPA1_DUAL的差分输入时钟，如果没有，则需要接地
MGTREFCLK1P MGTREFCLK1N	In	GTPA1_DUAL的差分输入时钟，如果没有，则需要接地
MGTRREF	In	连接一个50Ω的电阻后与MGTAVTTRCAL相连
MGTRXP0/MGTRXN0 MGTRXP1/MGTRXN1	In	差分数据输入引脚，如果不使用，则应接地
MGTTXP0/MGTTXN0 MGTTXP1/MGTTXN1	Out	差分数据输出引脚，如果不使用，则应悬空

 　　下图描述了GTP Transceiver的电源的推荐连接方式，选择该连接的原因（原理）参考表1。

 

图 8一种参考的电源连接方式