FPGA GTP收发器设计指导

嵌入式开发

FPGA GTP收发器设计指导

疑问描述

测试表明，Spartan-6 FPGA的GTP收发器有可能受到临近bank中用户管脚的干扰。因此，赛灵思针对bank0和bank2中管脚的使用提出了一些新的建议。本文中的使用建议目的在于尽量减小用户管脚对GTP收发器的影响。在所有情况下，利用Spartan - 6 FPGA的SSO准则仍然需要遵循：

解决方案

Spartan-6 FPGA的GTP收发器位于晶片的顶端和底部。只有一个或者两个GTP_DUALs的器件，其GTP是位于晶片顶端的；含有四个GTP_DUALs的器件的GTP则分别位于晶片顶端和底部。位于晶片顶端的收发器靠近GPIO的bank0，底部的收发器则靠近bank2。按照GTP命名来说，MGT101和MGT123是靠近bank0的，MGT245和MGT267则靠近bank2。

为了尽可能减小相邻bank中GPIO对GTP性能的影响，请遵循以下建议。这些建议根据器件的封装分类如下。

FG(G)484：使用3.3V电平标准的一些额外建议

如果bank0中没有使用任何3.3V电平标准的GPIO（该封装中没有GTP临近bank2），除了遵循Spartan-6 FPGA数据手册（DS162）中有关SSO的建议外，我们并没有额外的建议。 Spartan-6 FPGAData Sheet (DS162). 如果bank0中的某些GPIO需要使用3.3V电平标准，并且VCCO设为3.3V，则需要使用下表中提供的权重系数来计算可以使用的I/O数目。将所使用的每种类型的I/O数目乘以相应的权重系数，再把三种类型I/O所得的乘积相加，所得结果不能超过92。否则就会影响临近的GTP的性能。

FG(G)484封装中的I/O权重系数：

I/O类型	权重
单端输出	4
单端输入	2
差分输入/输出管脚	1

LX150T和 LX75T-FG(G)676: 不能使用的管脚及额外建议

为避免影响GTP收发器的性能，该封装的某些管脚不能作为活动I/O使用（可以作为输入输出恒定为1或0的管脚使用）。 下面描述的矩形区域中的管脚都应避免作为活动I/O使用。GCLK管脚应作为输入管脚。

§ Bank 0：

§ 行：A到K

§ 列：11到15

§ Bank 2：

§ Bank中所能使用的I/O，和它的电平标准密切相关。下面分明从3.3V和2.5V及以下的电平标准来叙述。

§ 列：12到16

LX150T-FG(G)676封装中的I/O权重系数：

Bank中所能使用的I/O，和它的电平标准密切相关。下面分明从3.3V和2.5V及以下的电平标准来叙述。

对于使用2.5V或者更低电压的电平标准，使用下表中的权重系数来计算可使用的I/O的最大数目（MGT101或者123使用时，需计算bank0中可使用的I/O数目；MGT245或者267使用时，需计算bank2中可使用的I/O数目）。将所使用的每种类型的I/O数目乘以相应的权重系数，再把三种类型I/O所得的乘积相加，所得结果不能超过80。

I/O类型	权重
单端输出	4
单端输入	2
差分输入/输出管脚	1

对于使用3.3V电平标准的I/O，需使用以下权重系数计算可使用的I/O数目。乘积和仍不得超过80。对于驱动强度较大的3.3V输出（>4mA），晶片上位于两侧的bank （bank1，3，4，5）总共可使用的I/O管脚不应超过100个；这些bank对于驱动力较弱的3.3V输出以及其他电平标准，只需满足DS162中列出的SSO限制。Spartan-6FPGA Data Sheet (DS162).

Bank0:

I/O类型	权重
单端输出，驱动力>4mA	不允许
单端输出，驱动力=4mA	16
单端输出，驱动力=4mA	不允许
单端输出，驱动力=4mA	8

Bank2:

I/O类型	权重
单端输出，驱动力>4mA	4
单端输出，驱动力=4mA	3.2
单端输出，驱动力=4mA	2
单端输出，驱动力=4mA	1.6

LX100T-FG(G)676: 不能使用的管脚及额外建议为避免影响GTP收发器的性能，该封装的某些管脚不能作为活动I/O使用（可以作为输入输出恒定为1或0的管脚使用）。 GCLK pins can still be used, but should be weightedappropriately when calculating the maximum usable number of I/O per the tablebelow.

§ Bank 0：

§ 行：A到K

§ 列：11到15

§ Bank 2：

§ Bank中所能使用的I/O，和它的电平标准密切相关。下面分明从3.3V和2.5V及以下的电平标准来叙述。

§ 列：12到16

此外，使用下表中提供的权重系数来计算可以使用的最大I/O数目。将所使用的每种类型的I/O数目乘以相应的权重系数，再把三种类型I/O所得的乘积相加，所得结果不能超过80。否则就会影响临近的GTP的性能。下表中的权重系数，仅与I/O的类型和驱动强度有关；与I/O的电平无关。

LX100T-FG(G)676的I/O权重系数:

Bank0: 乘积和不得超过 = 80

I/O类型	权重
单端输出，驱动力>4mA	4
单端输出，驱动力=4mA	2.7
单端输入 ，驱动力>4mA	2
单端输出，驱动力=4mA	1.3
差分输出	1
差分输入	0

Bank2: 乘积和不得超过 60

I/O类型	权重
单端输出，驱动力>4mA	4
单端输出，驱动力=4mA	2.4
单端输入 ，驱动力>4mA	2
单端输入，驱动力弱	1.2
差分输出	1
差分输入	0

为达到最佳性能的一些额外建议 FG(G)676packages:

§ 尽量先使用bank中靠外侧的管脚，后使用内测的管脚

§ 尽可能使用驱动强度小，转换速度慢的电平标准

§ GTP尽量使用本GTP输入参考时钟，避免使用从临近GTP_DUAL引入的参考时钟

FG(G)900:为避免影响GTP收发器的性能，该封装的某些管脚不能作为活动I/O使用（可以作为输入输出恒定为1或0的管脚使用）。下面描述的矩形区域中的管脚都应避免作为活动I/O使用。GCLK管脚应作为输入管脚。

§ Bank 0：

§ 避免使用E16管脚

§ Bank 2：

§ 列16，列17

可使用的I/O数目/类型和三个因素有关：I/O的驱动强度，输入/输出，单端/差分。对于该封装来说，加权和用于决定可使用的I/O最大数目。这些权重系数只与I/O类型和驱动强度有关。与I/O电平无关。

每种类型的总数需要符合下面的值:

FGI/O权重(G)900 Packages:

Bank0: 加权和不得超过80

I/O类型	权重
单端输出，驱动力>4mA	4
单端输出，驱动力=4mA	3.2
单端输入 ，驱动力>4mA	2
单端输入，驱动力弱	1.6
差分输出	1
差分输入	0

Bank2: 最大 = 60

I/O类型	权重
单端输出，驱动力>4mA	4
单端输出，驱动力=4mA	2
单端输入 ，驱动力>4mA	2
单端输入，驱动力弱	1
差分输出	1
差分输入	0

注：

§ 封装FG(G)900对于3.3V电平标准的I/O无特别限制

§ 6mAQuiet的I/O可按照弱输出的权重系数来计算输出比重

Special Case for the 150T FG(G)900 when all four memory controllers are inuse:

The following guidelines can be used to when these 3 conditions are met:

1) All 4 memory controllers are in use and the side banks, banks 1, 3, 4 and 5,are using SSTL15_II UNTUNED_50 for all memory pins and CMOS15 4mA Fast for allother IO.

2) "每个GTPA1_DUAL是使用本地参考时钟（参考时钟之间没有对偶共享）。"

3) 0或2的I / O banks的限制為2.5V LVTTL / LVCMOS6 mA Quiet或3.3V的LVTTL / LVCMOS任何转换率和一个由8或6 mA驱动力量

Bank	IO的最大数值
	3.3V IO	2.5V IO
Bank 0	35	45
Bank 2	25	40

为达到最佳性能的一些额外建议 FG(G)900:

§ 尽量先使用bank中靠外侧的管脚，后使用内测的管脚

§ 尽可能使用驱动强度小，转换速度慢的电平标准

§ 尽量不使用MGT101和MGT245，GTPA1_X0Y1和GTPA1_X0Y0

§ GTP尽量使用本GTP输入参考时钟，避免使用从临近GTP_DUAL引入的参考时钟

其他 Spartan-6 的封装类型 CSG324 和 CSG484:

§ 在bank0和bank2中使用不超过20个I/O管脚（当使用GTP时）

§ 20个使用管脚不包含输出为常0和常1的管脚，以及LVDS I/O

§ 避免在bank0和bank2中使用高驱动强度的电平

§ 对于位于两侧的bank/GCLK管脚无额外限制。请参阅 Spartan-6 FPGA 数据表(DS162) 给 SSO 规则: