GTX/GTH收发器时钟架构应用

引言：本文我们介绍GTX/GTH收发器时钟架构应用，该文内容对进行PCIe和XAUI开发的FPGA逻辑设计人员具有实际参考价值，具体介绍：

PCIe参考时钟设计

XAUI参考时钟设计

1.PCIe参考时钟设计

1.1参考输入时钟

GTX/GTH收发器使用参考时钟产生内部比特时钟用于发送和接收数据。收发器使用PCIe模式时，推荐的参考时钟为100MHz，参考时钟也可以选择125MHz或者250MHz。

参考输入时钟经过IBUFDS_GTE2原句驱动GTX/GTH收发器参考时钟。如果TX buffer旁路，TXOUTCLKSEL必须选择GTX/GTH收发器的参考时钟作为TXOUTCLK源时钟。该参考时钟在电源上电后必须保持稳定和自由运行。

对于异步时钟应用，最差的频率偏移必须保持在±600ppm或者±300ppm。GTX/GTH收发器内部产生的25MHz时钟来自参考时钟分频，用于同步器和定时器以及各种GTX/GTH收发器操作，如复位、电源管理、速率改变、OOB等。

PCIe参考时钟推荐的CPLL分频器和时钟设置如图1所示。

图1、PCIe参考时钟推荐的CPLL分频器和时钟设置

对于PCIe Gen3应用，QPLL必须使用，图2显示了推荐的QPLL配置。

图2、推荐的QPLL设置

1.2 并行时钟（PCLK）

在PCIe模式中，PCLK是FPGA逻辑接口，用来同步并行接口数据传输。在Gen1应用中推荐的PCLK时钟为125MHz，在Gen2和Gen3中推荐的PCLK为250MHz。通常一个MMCME2_ADV通过参考输入时钟产生125MHz和250MHz时钟。当MMCME2_ADV使用时，用户可以通过BUFGMUX选择想要的时钟。推荐PCIe模式中内部和外部数据位宽相同，此时[TX/RX]USRCLK和[TX/RX]USRCLK2时钟频率相同。

在Gen1、Gen2和Gen3中，推荐TX buffer旁路，此时TXOUTCLKSEL必须GTX/GTH收发器参考时钟通过TXOUTCLK端口后作为TXUSRCLK2的源时钟。为了最小化TX lane和lane之间偏移，所有lane的TXUSRCLK和TXUSRCLK2必须来源相同的时钟源。

在Gen1、Gen2和Gen3中，推荐使用RX buffer。当RX buffer应用在同步时钟应用中，GTX/GTH收发器参考时钟为RXUSRCLK和RXUSRCLK2的源时钟。图3显示了PCIe同步时钟应用架构。

图3、PCIe同步时钟架构举例

当RX buffer用在异步时钟应用中，RX恢复时钟来自主Lane0，作为RXUSRCLK和RXUSRCLK2时钟源。图4显示了PCIe异步时钟架构，图中如果使用BUFGMUX原句，则BUFG可以插入PCLK路径中用于平衡路径时序。

图4、PCIe异步时钟架构举例

2.XAUI时钟设计

2.1 参考输入时钟

对于XAUI应用，使用单一156.25MHz参考时钟。如图5所示，参考输入时钟通过IBUFDS_GTE2驱动GTXE2_COMMON。

图4、XAUI时钟架构举例

图5中QPLL推荐的时钟配置如图6所示。

图6、QPLL推荐的时钟配置

2.2 并行时钟

在XAUI操作模式中，GTX/GTH收发器内部数据位宽和FPGA接口位宽为2字节位宽，此时，[TX/RX]USRCLK和[TX/RX]USRCLK2频率相同，即都为156.25MHz。

对于XAUI应用，推荐TX buffer旁路，此时TXOUTCLKSEL设置为3'b011，使用GTX/GTH收发器参考时钟作为TXUSRCLK和TXUSRCLK2时钟源。

审核编辑 ：李倩