Ti375 GNSS / IMU FPGA Kartı

Efinix Ti375C529 FPGA, MAX2771 GNSS alıcısı, Murata SCH16T-K01 IMU ve FT4232H USB debug arayüzünü tek kartta birleştiren 8 katmanlı KiCad 10 tasarımıdır.

Durum: Şema ve placement günceldir; kart henüz route edilmemiştir. Üretime gönderilmeden önce routing, zone fill, final DRC ve üretim dosyası kontrolü tamamlanmalıdır.

Kartın özeti

Blok	İçerik
FPGA	Efinix Ti375C529, 0.8 mm pitch C529 BGA
GNSS	MAX2771, GPS L1/L1C aktif anten girişi, 50 ohm CPWG RF hattı
IMU	Murata SCH16T-K01, SafeSPI bağlantısı
Debug	FT4232H üzerinden hard JTAG, RISC-V JTAG ve iki UART
Genişleme	4 adet Digilent 2x6 PMOD: 2 x 3.3 V, 2 x 1.8 V
Konfigürasyon	1.8 V QSPI flash, CDONE ve CRESET test noktaları
Besleme	USB-C veya korumalı harici 5 V; sıralı 0.95/1.8/3.3/3.0 V rayları
Mekanik	155.1 x 90.0 mm, 8 katman, dört montaj deliği

Yapılan temel tasarım kararları

• Ti375 üzerindeki bütün kullanılabilir pinler konnektöre çıkarılmadı. Yalnızca özel fonksiyonlardan arta kalan 32 GPIO dört PMOD üzerinde kullanıldı.
• Büyük genel amaçlı header, jumper grubu ve ARM 10-pin hard-JTAG konnektörü kaldırıldı. Gerekli bring-up sinyalleri 15 yerel test noktasına dağıtıldı.
• FT4232H interface 0/A RISC-V JTAG'a, interface 1/B FPGA hard JTAG'a ayrıldı. FPGA'ya giden debug çıkışları güç-domain izolasyonundan geçer.
• Hard JTAG TCK, TMS, TDI ve TDO hatlarında FPGA tarafında 10 kohm pull-up bulunur.
• Harici reset için JST-SH konnektör, kart üstü buton, RC filtre ve ESD koruması eklendi.
• FTDI reset, harici reset ve power-fault istekleri CRESET_N üzerinde ayrı açık-drenç sürücülerle birleşir. Aktif-düşük mantıkta bu yapı reset isteklerinin OR'lanmasıdır; çıkış çatışması oluşturmaz.
• Core, 1.8 V, 3.3 V, 3.0 V ve LM3880 sequence sonucu bağımsız olarak izlenir. ALL_FPGA_POWER_OK geçerli olmadan CRESET_N bırakılmaz ve FPGA'ya giden FTDI sürücüleri etkinleşmez.
• RF ve USB hatları autorouter sonucuna bırakılmaz; son aşamada deterministik, denetlenebilir geometriyle oluşturulur.

Güç ve reset akışı

USB-C / EXT 5 V
       |
      SYS5
       |
   0.95 V core ---- CORE_PG
                       |
                    LM3880
                       +---- 1.8 V ---- PG_1V8
                       +---- 3.3 V ---- PG_3V3
                       +---- FLAG3
                                      |
3.0 V DIG ---- TPS3808 (20 ms) -------+---- ALL_FPGA_POWER_OK
                                                   |
                              +--------------------+---- CRESET_N release
                              +------------------------- FTDI buffer enable

EXT_RESET_N ---- filtre/ESD ---- open drain --+
FTDI BDBUS4 -------------------- open drain --+---- FPGA_CRESET_N
power-valid -------------------- open drain --+

Kullanıcı veya FTDI reseti yalnızca CRESET_N'i etkiler; power-good durumunu bozmaz. Bu nedenle raylar sağlıklıyken FPGA reset altında tutulsa bile JTAG erişimi korunur.

Hızlı başlangıç

KiCad 10 ve KiCad'in pcbnew modülünü içeren sistem Python'u gereklidir.

python3 -m pip install -r requirements.txt
python3 scripts/generate_footprints.py
python3 scripts/generate_kicad.py
python3 scripts/generate_design_tables.py
/usr/bin/python3 scripts/generate_pcb.py

Routing, aynı kaynaklardan tekrar üretilebilen aşamalı bir akıştır. Sırayla BGA escape, plane bağlantıları, buck güç katı, yerel güç tamamlama, sinyal autorouting ve denetlenmiş RF/USB geometrisi uygulanır:

/usr/bin/python3 scripts/preroute_bga.py
/usr/bin/python3 scripts/stitch_plane_pads.py
/usr/bin/python3 scripts/route_power_stage.py
/usr/bin/python3 scripts/route_local_power.py

Devamı ve autorouter komutları için routing akışı.

Kontrol:

kicad-cli sch erc --severity-all \
  -o outputs/erc_final_reset.rpt hardware/board.kicad_sch
kicad-cli pcb drc --severity-all \
  -o outputs/drc_final_placement.rpt hardware/board.kicad_pcb

Güncel placement kontrolünde ERC 0 ihlaldir. DRC'deki 12 isolated_copper uyarısı ve 499 açık bağlantı, kartın henüz route edilmemiş olmasından kaynaklanır; üretim öncesi kabul edilebilir final sonuç değildir.

Kaynakların önceliği

1. scripts/design_data.py: komponentler, pinler ve bağlantılar için tek kaynak.
2. scripts/generate_pcb.py: placement, stackup, zone ve fiziksel PCB kuralları.
3. scripts/generate_design_tables.py: Ti375 pin politikası ve constraint tabloları.
4. hardware/board.kicad_sch ve hardware/board.kicad_pcb: üretilmiş güncel KiCad dosyaları.
5. outputs/: BOM, kontrol raporları ve inceleme görselleri.

Elle yapılan değişiklikler tekrar üretimde kaybolabileceği için temel bağlantı ve placement kararları önce ilgili Python kaynağına işlenmelidir.

Ayrıntılı dokümanlar

• Donanım mimarisi ve pin kullanımı
• Ana komponent seçimi ve güç/akım kapasiteleri
• MAX2771, SCH16T, QSPI, FTDI ve test noktası bağlantıları
• Ti375 ball, bank, gerilim ve PMOD pin seçimi
• Ayrıntılı güç ağacı, sıralama ve reset davranışı
• Üretim, kontrol ve routing akışı
• Pin tabloları ve türetilmiş veriler
• Güncel çıktılar ve raporların anlamı
• Referans doküman politikası