Xilinx 7 系列器件提供了四类高速串行通信收发器，分别是 GTP、GTX、GTH 和 GTZ，支持 500Mbps 至 28.05 Gbps 传输速率，覆盖不同性能与成本需求。本文主要介绍 Xilinx 7 系列器件高速串行收发器概述、核心架构与时钟设计。
1 收发器概述
Xilinx 7 系列器件提供了四类高速串行通信收发器，分别是 GTP、GTX、GTH 和 GTZ，覆盖不同性能与成本需求。
- GTP：低成本低功耗，速率 < 6.6 Gbps，适合大批量、低功耗场景。
- GTX：中端主流，速率 < 12.5 Gbps，平衡性能与成本。
- GTH：高性能低功耗，速率 < 13.1 Gbps，适合高通道数、高带宽应用。
- GTZ：最高性能，速率 < 28.05 Gbps，适用于 100G/400G 网络、光传输等。
其中 GTP 是 Artix-7 中用于高速串行通信的模块，支持 500 Mb/s 至 6.6 Gb/s 的传输速率，具有低功耗、高集成度的特点，支持多种通信协议（如 PCIe、SATA、SRIO、Interlaken、XAUI 等），支持 8b/10b 编解码、64b/66b 编码、PRBS 生成与检测、时钟校正、通道绑定等功能。
2 收发器架构
7 系列收发器以四通道（Quad Structure）形式组织，每个 Quad 包含 4 个发射器（TX）与 4 个接收器（RX）。锁相环（QPLL）置于收发器 Quad 内部，并且被设计为一个独立的功能块。
2.1 收发器物理布局
收发器 Quad 在芯片的一侧或两侧以列状形式排列：
- Artix-7：收发器位于芯片顶部和底部（采用引线键合封装芯片）
- Kintex-7：在同一列中混合布置收发器与普通 I/O
- Virtex-7：采用完整的收发器列
2.2 收发器单通道设计
7 系列 FPGA 收发器采用分层架构设计，分为物理媒体接入层（PMA）和物理编码子层（PCS）。PMA 负责模拟信号处理，包括差分输入/输出缓冲器、时钟数据恢复（CDR）、均衡器和时钟生成电路；PCS 则处理数字逻辑功能，如 8b/10b 编解码、通道绑定、时钟校正和齿轮箱（支持 64b/66b 编码）。
每个 GTP 收发器通道（GTPE2_CHANNEL）独立包含发射器（TX）和接收器（RX），四个通道与一个共享的 GTPE2_COMMON 模块（集成两个环形振荡器 PLL）构成一个 Quad。
3 收发器时钟设计
7 系列器件支持两种时钟生成技术，分别是环形振荡器（Ring Oscillator）和 LC 谐振振荡器（LC Tank Oscillator）。
Ring 振荡器用于实现灵活性，支持宽频率范围，缺点是高频时钟随机抖动差（10Gbps 时 Jitter 为 1-3ps rms RJ）。
LC Tank 振荡器用于高性能场景，10Gbps 速率下 Jitter 为 300-600fs ms RJ，缺点是频率范围窄，且牺牲面积和集成度。
| PLL 类型 | GTP | GTX | GTH | GTZ |
|---|---|---|---|---|
| LC Tank 振荡器 | √ | √ | √ | |
| Ring 振荡器 | √ | √ | √ |
Artix-7 GTP 收发器：
- 每个 Quad 内部包含 2 个环形 PLL，可驱动任意通道的 TX/RX
- 无 LC Tank PLL
Virtex-7/Kintex-7 GTX/GTH 收发器：
- 每通道对应 1 个专用环形 PLL，仅驱动对应通道的 TX/RX
- 每个 Quad 内部包含 1 个 LC Tank PLL，可驱动任意通道的 TX/RX
Virtex-7 GTZ 收发器：
- 28Gbps 专用 PLL 架构
- 每个通道的 TX/RX 使用专用的 LC Tank PLL
- 每 8 个通道共享 2 个参考时钟
