电路板和器件规划简介
正确规划电路板上器件的定向并将信号分配给特定的引脚，这样可以显著改进系统整体性能、功耗和设计周期。可视
化器件与印刷电路板 (PCB) 之间的物理和逻辑互动方式，使您可以优化通过器件的数据流。
未正确规划 I/O 配置则可能导致系统性能下降和设计收敛时间延长。赛灵思强烈建议在考虑 I/O 管脚分配的同时进行电
路板级规划。
如需了解更多信息，请参阅以下资料：
•
《 Vivado Design Suite 用户指南： I/O 管脚分配和时钟规划》 (UG899) [ 参照 7]
• Vivado Design Suite QuickTake 视频教程： I/O 管脚分配简介
PCB 布局建议
电路板上器件的布局与其它组件的互动会对 I/O 管脚分配产生巨大影响。
与 PCB 上的物理组件保持一致
首先应确定器件在 PCB 上的定向。还要考虑固定 PCB 组件的位置，以及内部器件资源。例如，器件封装的千兆位收发
器接口尽量靠近在 PCB 上与其连接的组件，这样可以缩短 PCB 走线长度，同时减少 PCB 过孔数量。
制作一张包含关键接口的 PCB 草图，通常有助于确定 FPGA 器件在 PCB 上的最佳定向，以及 PCB 组件的布局。完成以
后继续规划其余的 FPGA I/O 接口。
像存储器这样的高速接口可以通过非常短的走线直接与 PCB 组件连接。如有可能，这些 PCB 走线经常需要长度匹配，
并且不能使用 PCB 过孔。在这种情况下，偏向于选择最接近器件边缘的封装引脚，以保持较短的连接，同时避免布线
超出 BGA 引脚的大矩阵。
在该阶段， Vivado IDE 中的 “I/O Planning” 布局有助于对物理器件尺寸相关的 I/O 连接进行可视化，能够展示顶视图与
底视图。
重要提示： 对于热管理存在难度的设计，布局时应注意与其他高功耗组件的对应间隙，以最大限度减少热耦合并增加
空气流动。避免将器件置于另一个高功耗组件的散热气流内，或是任何电路板上热量能对器件工作温度产生不利影响
的位置。赛灵思建议开展热仿真，了解布局与环境条件如何影响器件的结温。
下列数据展示了 “I/O Planning” 布局。
配电系统
电路板设计师面临着一个特殊的任务，那就是为赛灵思器件设计一个配电系统 (PDS) 。大多数其它大型密集型集成电路
（如大型微处理器）都要求带有专用的旁路电容器。因为这些器件仅用于执行特定任务，其电源需求固定而且仅在一定
范围内波动。
赛灵思器件不具有这一属性。器件可以在不确定频率和多个时钟域中执行几乎无限多的应用程序。为此，请您务必参
考器件 《 PCB 设计指南》 [ 参照 37] ，全面了解器件 PDS 。
PDS 设计期间应考虑的关键因素包括：
•
根据功耗估算，来选择合适的电压调节器，满足噪声和电流要求。如需了解更多信息，请参阅 第 5 章中的 “ 功耗分
析与优化 ” 。
提示： 可考虑添加一个分流电阻，便于监控每条供电线上的功耗。
•
整合功耗。如需了解更多信息，请参阅 《 UltraScale 架构 PCB 设计用户指南》 (UG583) [ 参照 37] 中的 链接 。
•
建立 XADC 电源 （ Vrefp 和 Vrefn 引脚）。
•
运行配电网络 (PDN) 仿真。根据特定的器件利用率与步载参数，《 PCB 设计指南》 [ 参照 37] 可以为您的器件提供
去耦电容数量的建议。如果器件利用率与步载参数与您的设计不匹配，建议您运行 PDN 仿真。为确保电源状态处
于所建议的工作范围内，运行 PDN 仿真将有助于确认所需的去耦电容器数量。
如需了解更多有关 PDN 仿真的信息，请参阅赛灵思白皮书：《使用 S 参数模型仿真 FPGA 电源完整性》 (WP411) [ 参照
51] 。
PCB 设计的具体考虑因素
PCB 设计应考虑到与 FPGA 器件进行最快速度的信号连接。这些高速信号在追踪走线结构、过孔、损耗和串扰时非常敏
感。对于多层 PCB ，这几个方面会变得尤为突出。对于高速接口，请进行信号完整性仿真。必要时可以采用更先进的
PCB 材料或改变走线几何图形来重新设计开发板，以获得所需的性能。
赛灵思建议您在设计 PCB 时遵循下列步骤：
1.
查看以下器件文档：
°
对应您器件的 《 PCB 设计指南》 [ 参照 37] 。
°
对应您器件的 《收发器用户指南》 [ 参照 41] 中的电路板设计指导。
2.
查看 IP 产品指南中存储器 IP 和 PCIe ® 的设计指导。
3.
采用 Vivado ® 工具验证您的 I/O 管脚分配：
°
运行同步开关噪声 (SSN) 分析。
°
运行内置的 DRC 。
°
导出 I/O 缓存信息规格 (IBIS) 模型。
4.
以下列方式运行信号完整性分析：
°
针对千兆位收发器 (GT) ，使用信道参数运行 Spice 或 IBIS-AMI 仿真。
°
对于性能更低的接口，运行 IBIS 仿真检查过冲或下冲问题。
5.
使用 Xilinx Power Estimator (XPE) ，并将工艺参数设为 “Maximum” 为设计的功耗生成早期估算。
提示： 您可以通过 set_operating_conditions -design_power_budget <Power in Watts> Tcl 命令使用该
早期估算结果，确保在设计实现阶段完成功耗预算检查。
6.
遵循对应您器件的原理图检查表完成工作。