如何开始FPGA PCB布局

在一代嵌入式工程师接受了Arduino和树莓派等平台的培训后，fpga现在在嵌入式系统工程师中重新流行起来。物联网、5G、嵌入式AI等应用程序可以极大地受益于fpga的可定制配置功能。这些功能强大的组件带来了一组设计挑战，如果不能克服这些挑战，就很难克服

如果您选择在PCB布局中包含FPGA，则需要一些地板规划步骤来确保成功的设计和制造。还需要将电路板结构与FPGA中实现的配置相匹配。在本文中，我们将研究一些用于基于fpga的系统的地板规划pcb的策略。这些设计要点包括信号完整性、电源完整性、EMC和可制造性。

如何使用FPGA进行平面规划

FPGA是一种可重新配置的处理器，允许在硬件级别上实现各种代码。FPGA中使用的逻辑架构允许开发人员实现完全自定义的逻辑以及标准数字接口。当今许多先进的计算和网络产品都是围绕在先进处理节点上制造的fpga构建的。一些例子包括100 GbE控制器，数据中心的AI加速器，以及边缘节点服务器等高级计算产品。

为了确保您的FPGA可制造且易于布线，请务必在开始PCB布局时遵循以下几个重要步骤。

验证FPGA Footprint和Fanout

目前市场上的大多数fpga都是这样包装成bga，所以在PCB占地面积中会有一些重要的地方需要检查:

• 检查是否NSMD和SMD需要卫生巾
• 根据球的间距来决定是否需要狗骨扇出或过垫
• 确定路由通道中轨迹的球间隙
• 使用前一点来确定阻抗控制通道的适当层厚度

Via-in-pad是在这个BGA足迹中实现的。

这些设计要点旨在确保成品板的可制造性。如果不考虑这些点，就会影响路由，没有人想要破坏一堆路由，因为他们在开始PCB布局之前忽略了检查间隙和跟踪宽度。相应的设计任务来了PCB足迹是创建堆栈，但这应该基于在FPGA中实例化的接口来完成。

选择“IP”，然后规划堆叠

fpga设计的一个重要部分是选择供应商IP实现在硅。FPGA IP由组件制造商提供，用于实现没有预先封装在组件中的标准数字接口或特定于应用程序的处理。选择IP是自定义FPGA内可用I/O空间的第一步，以便组件更适合您的应用程序。

通常选择IP是为了将FPGA上可用的数字接口扩展到更大的数目，或者扩展到不太流行的接口，这些接口可能不是FPGA芯片上的标准接口。因为这些通常是高速数字接口，所以最好从阻抗要求开始，以便规划PCB堆叠。

下面是一个支持中等尺寸FPGA的6层PCB堆叠示例。在这个堆栈中，我们是

L1:信号	高速路由通道
介质	使该层变薄，L1上的微带宽度变小
L2:地面	坚实的接地平面
介质	使这层更薄，以提供高的平面电容
L3:权力	固体动力平面或专用动力轨道
核心	中央核心层(较厚)
L4:信号	高速路由通道
介质	使这一层更薄，以控制信号的阻抗在L4
L5:地面	坚实的接地平面
介质	使这一层更薄，这样L6上的微带就有更小的宽度
16种:信号	高速路由通道

请注意，信号层计数将取决于所需路由通道的数量，这将以通常的方式通过检查FPGA中的行/列对数量来确定BGA足迹．

规划路由通道

一旦确保占用空间符合DFM要求，并且确定了支持I/O库和PWR/GND所需的层数，就该考虑规划路由通道了。由于设备是可重新配置的，因此围绕FPGA的布局规划有更大的自由度，路由通道将部分由您在供应商开发工具中提供的引脚分配决定。

路由通道需要面向目标组件的最佳引脚分配。上面的示例显示了进入连接器的路由通道如何受到引脚分配的影响。［来源:Cadence Community］

从上面的图片，很容易推断出不正确选择的引脚分配将使路由更加困难。如果您发现由于次优引脚分配而导致路由困难，请使用销交换工具重组引脚在FPGA和重新设计您的路由通道。

如果您已经决定FPGA PCB布局是您的系统的最佳路径，请确保您拥有最佳的设计、布局和路由实用程序Allegro PCB Designer从节奏．只有Cadence提供最好的PCB设计和分析软件包括行业标准的CAD工具、强大的路由功能等等。Cadence也有FPGA系统平面规划和开发工具来帮助确保FPGA设计的成功。

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