5cm FPGA Board (Spartan) – KiCad Design | Component Selection and Routing Challenges

English Overview

This article describes the practical challenges encountered during the KiCad design of a compact 5cm FPGA board.

Because the board is designed for manufacturing with JLCPCB, component selection is constrained by available parts and assembly conditions. As a result, components must be chosen while checking real-time availability, which significantly affects the design workflow.

Another key point is that the schematic and BOM must be defined together. Changes in components can directly impact layout and manufacturability, making early decisions critical.

Handling more than 100 I/O pins within a small 5cm board introduces routing difficulties. Signal traces tend to cross, and routing becomes complex under limited space and layer constraints.

To solve this, pin assignments and component placement were repeatedly adjusted. This led to multiple iterations between schematic and layout, including pin swapping to achieve a clean routing structure.

This experience highlights an important reality:

👉 FPGA board design is not just schematic design — it requires tight integration with layout and manufacturing constraints.

部品選定は「自由ではない」

実際に設計を進めていく中で、まず最初に感じたのが👇

👉 部品選定は思っているより自由ではない

という点です。

JLCPCB前提の制約

今回はJLCPCBでの製造を前提としているため、

• 在庫がある部品
• 実装可能な部品

👉 この制約の中で選定する必要があります

そのため、

👉 JLCPCBのサイトを見ながら部品を選ぶ

という作業が必須になり、

👉 意外と時間がかかる工程

になります。

回路図＝部品表（BOM）

さらに重要なのが👇

👉 回路図を描く段階でBOMも同時に決める必要がある

という点です。

• 後から部品を差し替えると配置が崩れる
• 在庫がないと設計が止まる

👉 回路図＝そのまま製造データ

という意識が必要になります。

配線の現実（100ピン超えの壁）

今回の設計では、

👉 約120ピンのI/O

を扱うため、レイアウトで問題が発生しました。

■ 配線がクロスする問題

ピン数が増えると当然ですが👇

👉 配線が交差（クロス）してしまう

• 層数が限られる
• 配線スペースが不足
• 信号が整理できない

👉 小型基板（5cm）では特に顕著です

解決アプローチ

この問題に対してやったことはシンプルで👇

👉 配置とピン割り当てを何度も見直す

■ 配置の調整

• コネクタ位置を調整
• FPGA周辺の余白確保

■ ピン配置のスワップ

👉 ここが一番大変なポイントでした

• 初期の回路図 → 配線困難
• 配線検討 → ピン配置変更
• 再度回路図修正

👉 回路図とレイアウトを往復する作業

設計のリアル

最終的には👇

👉 最初の回路図と最終回路図でピン配置が変わっています

これは失敗ではなく、

👉 “現実的な設計プロセス”

です。

設計で感じたこと

今回特に強く感じたのは👇

👉 「回路図だけで設計は完結しない」

という点です。

• 配置
• 配線
• 製造条件

👉 すべてがつながって初めて成立する

ひとこと

小型で多ピンのFPGAボードでは、

👉 「ピン配置の最適化」が設計の8割

と言ってもいいくらい重要でした。

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