在FPGA中集成高速串行收發(fā)器面臨的挑戰(zhàn)(04-100)

　　Altera公司對(duì)PCI Express，串行Rapid I/O和SerialLite等串行標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的認(rèn)可，將促進(jìn)具有時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)(CDR)功能的高速串行收發(fā)器的應(yīng)用。這些曾在4或8位ASSP中使用的收發(fā)器現(xiàn)在可以集成在高端FPGA中。帶有嵌入式收發(fā)器的FPGA占據(jù)更小的電路板空間，具有更高的靈活性和無需接口處理的兩芯片方案等優(yōu)勢(shì)，因此，采用這種FPGA對(duì)電路板設(shè)計(jì)者是很具有吸引力的選擇。

　　在FPGA中集成收發(fā)器使得接口電路處理工作由電路板設(shè)計(jì)者轉(zhuǎn)向芯片設(shè)計(jì)者。本文闡述在一個(gè)FPGA中集成16×3.125Gbps高速收發(fā)器所面臨的挑戰(zhàn)，其主要難點(diǎn)包括以下四個(gè)方面：平面規(guī)劃，設(shè)計(jì)方法，布版和封裝。

　　平面規(guī)劃

　　設(shè)計(jì)兩個(gè)不同的FPGA派生平面規(guī)劃：一個(gè)沒有收發(fā)器，一個(gè)具有收發(fā)器。首先設(shè)計(jì)第一個(gè)沒有收發(fā)器的器件。當(dāng)需要設(shè)計(jì)具有收發(fā)器的器件時(shí)，我們重新利用第一個(gè)器件80%的平面規(guī)劃，將其右側(cè)的LVDS I/O模塊去掉，代之以收發(fā)器模塊(參見圖1)。為了減小失誤，我們先對(duì)一個(gè)具有全部功能的測(cè)試芯片進(jìn)行收發(fā)器設(shè)計(jì)驗(yàn)證。當(dāng)收發(fā)器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了性能提高時(shí)，再將16個(gè)收發(fā)器模塊全部集成到器件中去。

　　另一個(gè)難點(diǎn)是對(duì)晶片上高速收發(fā)器通道上的信號(hào)完整性進(jìn)行優(yōu)化。首選是最短通道。收發(fā)器I/O同晶片表面的針腳矩陣進(jìn)行縱向連接，以避開幾個(gè)中間的金屬連接層。收發(fā)器模塊中的金屬層必須手工布線，以便于縱向連接布線。該FPGA采用TSMC的0.13mm工藝設(shè)計(jì)。