ZC706评估板IBERT误码率测试和眼图扫描

一、IBERT与GT收发器概述

1. IBERT

IBERT （Integrated Bit ErrorRatio Tester，集成误比特率测试工具），是Xilinx提供用于调试FPGA高速串行接口比特误码率性能的工具，最常用在GT 高速串行收发器测试 ：

（1）基于PRBS模块的 误码率测试 ；

（2）测量 眼图 ；

IBERT核心是为PMA评估和演示而设计，GT收发器的所有主要物理介质连接(PMA)功能都得到支持和可控，包括：TX预加重/后加重、TX差速摆动、RX均衡、决策反馈均衡器(DFE)、锁相环(PLL)分频设置等。

2. GT

GT（Gigabyte Transceiver，G 比特收发器 ），通常也称 Serdes 、高速收发器。Xilinx的7系列FPGA根据不同的器件类型，集成了GTP、GTX、GTH以及GTZ四种串行高速收发器。按支持的最高线速率排序，GTP是最低的，用于A7系列；GTZ最高，用于少数V7系列；K7和V7中常见的是GTX和GTH。ZC706中包含16****个 GTX 。

GT的应用非常广泛，高速ADC和DAC使用的 JESD204B 、高速接口 SRIO （Serial RapidIO ）、 Aurora 、 PCIE 、 千兆网 、XAUI****万兆网等都是基于GT实现。在使用GT之前，首先需要进行IBERT测试，给出误码率、眼图等信息，保证GT收发器工作正常。若IBERT测试不通过，则根据近端、自环和远端的测试去排除PCB走线、阻抗、时钟、复位、电源等原因。

二、IBERT配置

1. 在“IP Catalog”中找到IBERT

双击IP核进行配置。

2. 第一页配置高速串行协议

第一页协议选项中默认为Custom1，可以自行输入线速率、时钟等参数，其余协议选项是对应着固定的线速率和时钟，比如tenGBASE-R对应10.3125G 通信速率的万兆网通信 ，使用时钟频率 156.25MHz ，选择使用QPLL锁相环，选择后整个Quad的4个GT共用一个QPLL（Quad PLL），否则每个Channel通道各自使用自己的CPLL（Channel PLL）。

ZC706中的BANK109~112四个Bank是高速收发器Bnak，每个Bnak中含有4个独立的GT收发器和一个QPLL，组成一个Quad，每个GT称为一个Channel。其中，Quad109和Quad110是FMC_HPD，Quad111支持Channel0是FMC_LPC，Channel1使用SMA接口输出，Channel2连接光纤SFP+，**Channel3直接TX和RX****连接形成自环，用于测试** GT ，Quad112用于PCIE。

在使用过程中，出于对时钟的考虑：

Quad109的参考时钟0来源于FMC_HPC板卡，参考时钟1未连接（NC）；

Quad110的参考时钟0来源于FMC_HPC板卡，参考时钟1来源于一个时钟芯片SI5324，但是需要进行相应配置才能输出（IIC配置寄存器）；

Quad111的参考时钟0来源于FMC_LPC板卡，参考时钟1通过****SMA 接头由外部输入 ；

Quad112的参考时钟0来源于PCIE设备，参考时钟1未连接（NC）；

综上考虑，在ZC706没有连接FMC和PCIE设备情况下，只能使用Quad111的参考时钟 1 ，通过外部****SMA 接入差分的参考时钟。 Quad111中的Channel3恰好已经设计成自环，刚好选定Quad111进行IBERT测试。

重要！由于相邻****Bnak 可以相互借用时钟 ，所以，这里在使用Bnak111的参考时钟1的前提下，也可以选择Bnak110和Bnak112上的GT进行IBERT测试，但是不能使用Bnak109，因为Bank111的时钟无法给Bank109使用，但是可以给Bnak110和Bank112使用。

在ZC706板上，如下图所示，有一个一上电就会输出的差分时钟 USRCLK ，默认输出频率 156.25MHz ，恰好可以用来作为时钟，并将其通过SMA接头的USER_SMA_CLOCK输出，外部使用SMA接头射频线将USRCLK和****USER_SMA_CLOCK 连接 ，即为Quad111引入了一组156.25MHz的差分时钟。（ 注意！两根射频线必须等长 ）

标号9和10的两对SMA接口使用等长的射频线连接，丝印号P端连接****P 端， N端连接N****端。

3. 第二页配置Quad和参考时钟

根据2的说明，这里选择QUAD_111，并将参考时钟选择Quad111的参考时钟1（MGTREFCLK1），由于使用整个Quad的四个通道，并且使用QPLL，所以这里的Channel任选一个Channel0 ~ Channel3即可。

4. 第三页配置时钟来源

时钟来源配置为Quad111的参考时钟1。

三、示例工程

生成RTL图如下：

四、时钟配置

增加差分输入时钟USRCLK，首先输入使用IBUFDS差分输入转单端得到user_clk信号，然后使用全局缓冲BUFG资源将user_clk绑定全局时钟网络，最后使用OBUFDS单端转差分输出。

FPGA从外部输入时钟时，必须使用全局时钟输入管脚输入，必须经过全局时钟缓冲IBUFG（单端时钟）或IBUFGDS（差分时钟） ，否则布线报错， 常见的使用方式是IBUF或IBUFDS后加一个BUFG组合 。

BUFG，全局缓冲，输出到达FPGA内部个逻辑单元的时钟延迟和抖动最小。

wire user_clk;
IBUFDSIBUFDS_inst_user_clk(
    .O(user_clk),            // Buffer output
    .I(USRCLK_P_I),        // Diff_p bufferinput    
.IB(USRCLK_N_I)              //Diff_n buffer input 
);  

wireuser_clk_bufg;
BUFGBUFG_inst_user_clk (
       .O(user_clk_bufg),    // 1-bit output: Clock output
       .I(user_clk)
);

OBUFDSOBUFDS_inst_user_clock (
.O (USER_SMA_CLOCK_P_O),         // Diff_p output       
.OB(USER_SMA_CLOCK_N_O),     //Diff_n output
       .I (user_clk_bufg)                      //Buffer input
);

IBUFDS+BUFG+OBUFDS。

设置XDC时钟约束和管脚约束：

create_clock -name usrclk -period 6.4 [get_ports USRCLK_P_I]
create_clock -name user_sma_clk -period 6.4 [get_portsUSER_SMA_CLOCK_P_O]
set_property PACKAGE_PIN AF14 [get_ports USRCLK_P_I]
set_property IOSTANDARD LVDS_25 [get_ports USRCLK_P_I]
set_property PACKAGE_PIN AD18 [get_ports USER_SMA_CLOCK_P_O]
set_property IOSTANDARD LVDS_25 [get_ports USER_SMA_CLOCK_P_O]

五、误码率及眼图测试

编译、布局布线并生成Bitstream，下载到ZC706。在Vivado下方出现“Serial I/O Links”，点击Auto-detect links会自动检测已经连通的链路，点击Create Link可以观察工程中配置的所有链路。

点击Create Link，点击“+”号选择上方的链路，点击4次选择4个链路。

由于Quad111的Channel3是直接TX和RX直连构成自环，所以下载IBERT后在Link3上就已经实现连通，通信速率10.313Gbps，误码率10的－13次方，测试时可以点击Reset复位重测，更改Links里面的配置时也需要****Reset 复位一下，否则误码率较高 。

配置4个通道均为近端PCS自环或者近端****PMA 自环 （Near-End），内部构成自环，4个链路均进行近端内部自环测试，两个FPGA通信时可以配置远端PCS自环或者远端PMA自环测试链路（Far-End）。

更改上述配置后，先Reset复位，否则误码率较高。

创建眼图的扫描。

可见在中心位置处眼图张的比较开（蓝色），信道质量较好，横着看张开的范围较小，主要原因是运行的线速率太高，如果使用1.25G的千兆网协议，则眼图会更好。

从信号完整性的角度来看，眼图中间的蓝色区域越大，GTX所对应的PCB高速电路的信号完整性越好。