3. Kria 硬件设计基础
Kria 系列（K26/K24）以 SOM（System-on-Module）形态交付，核心的 Zynq UltraScale+ MPSoC、DDR4、eMMC、电源管理、启动配置都封装在 SOM 上，开发者真正要设计的是载板（Carrier Card）。因此 Kria 硬件设计的本质是：围绕 SOM 的 3 个 240 pin 高速连接器，把电源、时钟、存储、外设、工业接口和防护电路正确"接出来"。本节按电源树、时钟、DDR 接口、温度等级、EMC 与连接器六个维度展开，并给出可落地的设计要点。
一、载板设计要点与接口边界
Kria SOM 通过 3 个高密度连接器（J1/J2/J3）引出 PS 侧与 PL 侧信号。设计前必须先明确"哪些信号在 SOM 上、哪些必须由载板提供"：DDR4、eMMC、QSPI、PMIC、启动拨码、以太网 PHY 的 RGMII 部分通常在 SOM 内；而 USB PHY、DisplayPort、SATA、工业以太网 PHY、CAN/RS485 收发器、SD 卡、风扇、传感器、扩展 FMC 等由载板实现。载板设计的第一原则是严格对照 SOM 引脚表与载板设计指南（Carrier Card Design Guide），尤其是 PS MIO 的复用分配、PL bank 的 VCCO 电压域、以及保留引脚（如 JTAG、MODE、POR）的默认上下拉。
典型载板布局建议：连接器居中，电源与 PMIC 靠近连接器电源引脚，高速差分对（USB3、DP、SATA、GTR）走线尽量短且等长，工业接口与防护器件靠近板边连接器，数字地与模拟/防护地分区。
二、电源树设计
Kria SOM 的输入通常为单一 5V 或 12V 主电源，SOM 内部 PMIC 生成 VCC_PSINT、VCC_PSDDR、VCC_PSAUX、VCC_PLINT 等核心电压。载板需要提供的是外围电源域：3.3V（外设/PHY）、1.8V（部分 MIO bank、SD）、1.2V（DDR 相关或 PL bank）、以及工业接口所需的 5V/24V 隔离电源。电源树设计要关注三点：上电时序（SOM 要求 5V 先于或同步于 3.3V，避免反灌）、每路电流余量（建议 ≥30%）、以及纹波（高速 PHY 供电建议 <30mVpp）。
示例电源树（教学假设）：12V 输入 → 12V→5V/6A 降压（供 SOM）→ 5V→3.3V/4A（外设）→ 3.3V→1.8V/2A（MIO/SD）→ 3.3V→1.2V/3A（PL bank）。工业 24V 侧单独经隔离 DC-DC 生成 5V_ISO 供 RS485/CAN 收发器，隔离耐压按 2.5kV 设计。
三、时钟与 DDR 接口
Kria SOM 已集成 PS 参考时钟（33.333MHz）和 DDR 时钟，载板一般只需为PL 逻辑、以太网 PHY、USB PHY、音频、工业总线提供时钟。要点：PHY 时钟尽量用专用晶振而非从 PL 分频，抖动要求高的（如千兆以太网 RGMII、USB3）优先选低抖动振荡器；PL 全局时钟输入应走 MRCC/SRCC 引脚，差分时钟走 100Ω 差分阻抗。
DDR 接口在 Kria 上属于 SOM 内部，载板不直接布 DDR 走线，但必须保证 SOM 的 DDR 供电与参考电压稳定，且载板大电流开关噪声不得耦合到 SOM 的 DDR 电源。若载板扩展了 PL 侧 DDR（部分定制设计），则需按 Fly-by 拓扑、等长（±5mil 组内）、阻抗 40Ω 单端/80Ω 差分、VREF 分压去耦来设计。
四、工业温度等级与散热
Kria K26 提供商业级（0~70℃）与工业级（-40~85℃）两种温度等级，工业级型号在芯片筛选、封装和时序上都做了保证。选型时不能只看环境温度，还要看结温 TJ：MPSoC 在高负载 PL 逻辑下功耗可达 8~15W，若载板散热不足，TJ 会迅速超过 100℃。工程做法是：在 SOM 背面加导热垫 + 铝散热片，必要时加风扇；载板布局避免把发热器件（DC-DC、功率 MOS）紧贴 SOM；工业级晶振、PHY、电解电容必须选 -40~85℃ 或更宽温区。
五、EMC 防护与连接器选型
工业现场 EMC 要求通常按 IEC 61000-4 系列：ESD 接触 ±8kV、EFT ±2kV、浪涌 ±1kV（电源）/±2kV（信号）。载板防护策略是"分级泄放"：电源入口用 TVS + 共模电感 + X/Y 电容；信号线用 ESD 阵列（如 USB、RS485、CAN）；以太网用隔离变压器 + Bob Smith 端接；RS485/CAN 用隔离收发器 + 共模扼流圈。地平面要分区，数字地与防护地通过单点或磁珠连接，避免噪声串扰。
连接器选型要匹配场景：工业现场优先 M12（防振、防水）或凤凰端子（接线方便）；高速信号用 SMA/HD-BNC；板间扩展用 0.5mm 高密度板对板连接器；FMC 用于扩展卡。选型时核对额定电流/电压（留 30% 余量）、插拔寿命（≥500 次）、防呆与锁扣、屏蔽外壳接地。
综上，Kria 载板设计的核心是"边界清晰、电源干净、时钟低抖、防护到位、连接可靠"。把电源树、时钟、温度、EMC 和连接器五件事在原理图阶段就定清楚，后续调试和量产会顺利得多。