Raspberry Pi SC1631 Raspberry Mikrobeheerder Instruksiehandleiding

Hoofstuk 1: Inleiding
Die RP2350-reeks bied verskillende pakketopsies in vergelyking met die RP2040-reeks. Die RP2350A en RP2354A kom in 'n QFN-60-pakket onderskeidelik sonder en met interne flitsberging, terwyl die RP2354B en RP2350B in 'n QFN-80-pakket met en sonder flitsberging kom.

Hoofstuk 2: Krag
Die RP2350-reeks beskik oor 'n nuwe on-chip skakel voltage reguleerder met vyf penne. Hierdie reguleerder benodig eksterne komponente vir werking, maar bied hoër kragdoeltreffendheid by hoër lasstrome in vergelyking met die lineêre reguleerder in die RP2040-reeks. Gee aandag aan geraas sensitiwiteit in die VREG_AVDD pen wat die analoog stroombaan verskaf.

Gereelde Vrae (Gereelde Vrae)

V: Wat is die belangrikste verskil tussen RP2350A en RP2350B?
A: Die belangrikste verskil lê in die teenwoordigheid van interne flitsberging. RP2350A het nie interne flitsberging nie, terwyl RP2350B het.
V: Hoeveel penne het die voltage reguleerder in die RP2350-reeks het?
A: Die voltagDie reguleerder in die RP2350-reeks het vyf penne.

Hardeware-ontwerp met RP2350 Gebruik RP2350-mikrobeheerders om borde en produkte te bou

Kolofon

Hierdie dokumentasie is gelisensieer onder 'n Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). bou-datum: 2024-08-08 bou-weergawe: c0acc5b-skoon
Wetlike vrywaringskennisgewing

TEGNIESE EN BETROUBAARHEIDSDATA VIR RASPBERRY PI-PRODUKTE (INSLUITEND DATABLADE) SOOS VAN TYD TOT TYD GEWYSIG ("HULPBRONNE") WORD VERSKAF DEUR RASPBERRY PI BPK ("RPL") "SOOS IS" EN ENIGE UITDRUKKELIJKE OF INGESULDE, INGESULDE, INGESLUIT, NIE geïmpliseer nie. TOT, WORD DIE GEÏSPLISEERDE WAARBORGE VAN VERHANDELBAARHEID EN GESKIKTHEID VIR 'N SPESIFIEKE DOEL AFGEWYS. IN DIE MAKSIMUM MATE WAT DEUR TOEPASLIKE WET TOEGESTAAN IS, SAL RPL IN GEEN GEVAL AANSPREEKLIK WEES VIR ENIGE DIREKTE, INDIREKTE, TOEVALLE, SPESIALE, VOORBEELDLIKE OF GEVOLLIKE SKADE (INSLUITEND, MAAR NIE BEPERK TOT, VERKRYWERS VAN GOEDE, VERKRYWERS NIE; DATA OF WINSTE OF BESIGHEIDSONDERBREKING) HOOF VEROORSAAK EN OP ENIGE TEORIE VAN AANSPREEKLIKHEID, HETsy IN KONTRAK, STRENGE AANSPREEKLIKHEID, OF DRAAD (INSLUITEND NALATIGHEID OF ANDERS) WAT OP ENIGE MANIER UIT DIE GEBRUIK VOORTSTAAN; VAN SULKE SKADE.
RPL behou die reg voor om enige verbeterings, verbeterings, regstellings of enige ander wysigings aan die HULPBRONNE of enige produkte wat daarin beskryf word, te eniger tyd en sonder verdere kennisgewing aan te bring.
Die HULPBRONNE is bedoel vir geskoolde gebruikers met geskikte vlakke van ontwerpkennis. Gebruikers is alleen verantwoordelik vir hul keuse en gebruik van die HULPBRONNE en enige toepassing van die produkte wat daarin beskryf word. Gebruiker stem in om RPL te vrywaar en skadeloos te hou teen alle aanspreeklikhede, koste, skade of ander verliese wat voortspruit uit hul gebruik van die HULPBRONNE.

RPL gee gebruikers toestemming om die HULPBRONNE uitsluitlik in samewerking met die Raspberry Pi-produkte te gebruik. Alle ander gebruik van die HULPBRONNE is verbode. Geen lisensie word aan enige ander EVL of ander derdeparty intellektuele eiendomsreg toegestaan nie.
HOË RISIKO AKTIWITEITE. Raspberry Pi-produkte is nie ontwerp, vervaardig of bedoel vir gebruik in gevaarlike omgewings wat faalveilige werkverrigting vereis nie, soos in die bedryf van kernfasiliteite, vliegtuignavigasie- of kommunikasiestelsels, lugverkeerbeheer, wapenstelsels of veiligheidskritieke toepassings (insluitend lewensondersteuning) stelsels en ander mediese toestelle), waarin die mislukking van die produkte direk tot die dood, persoonlike besering of ernstige fisiese of omgewingskade kan lei (“Hoërisiko-aktiwiteite”). RPL ontken spesifiek enige uitdruklike of geïmpliseerde waarborg van geskiktheid vir hoërisiko-aktiwiteite en aanvaar geen aanspreeklikheid vir die gebruik of insluiting van Raspberry Pi-produkte in hoërisiko-aktiwiteite nie.

Raspberry Pi-produkte word verskaf onderhewig aan RPL se Standaardbepalings. RPL se voorsiening van die HULPBRONNE brei nie RPL se Standaardbepalings uit of wysig andersins nie, insluitend maar nie beperk tot die vrywarings en waarborge wat daarin uitgedruk word nie.

Hoofstuk 1. Inleiding

Figuur 1. KiCad 3D-weergawe van die RP2350A Minimale ontwerp bvample

Toe ons die Raspberry Pi RP2040 die eerste keer bekend gestel het, het ons ook 'n 'Minimale' ontwerp-eks vrygestelample en meegaande gids Hardeware-ontwerp met RP2040 wat hopelik verduidelik het hoe die RP2040 in 'n eenvoudige stroombaanbord gebruik kan word, en waarom die verskillende komponentkeuses gemaak is. Met die koms van die RP235x-reeks, is dit tyd om die oorspronklike RP2040 Minimal-ontwerp te hersien, en dit op te dateer om rekening te hou met die nuwe kenmerke, en ook vir elkeen van die pakketvariante; die RP2350A met sy QFN-60-pakket, en die RP2350B wat 'n QFN-80 is. Weereens, hierdie ontwerpe is in Kicad (7.0) formaat, en is beskikbaar om af te laai (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Die Minimale Raad
Die oorspronklike Minimal-bord was 'n poging om 'n eenvoudige verwysingsontwerp te verskaf, met die minimum van eksterne komponente wat nodig is om die RP2040 te laat loop en steeds al die IO blootgestel en toeganklik te hê. Dit het in wese bestaan uit 'n kragbron ('n 5V tot 3.3V lineêre reguleerder), kristalossillator, flitsgeheue en IO-verbindings ('n mikro-USB-sok en GPIO-koppe). Die nuwe RP235x-reeks Minimal-borde is grootliks dieselfde, maar met 'n paar veranderinge wat nodig is as gevolg van die nuwe hardeware. Benewens hierdie, en ten spyte daarvan dat dit ietwat teen die minimale aard van die ontwerp gaan, het ek 'n paar knoppies vir bootsel en hardloop bygevoeg, tesame met 'n aparte SWD-kopskrif, wat hierdie keer 'n heeltemal minder frustrerende ontfoutervaring behoort te beteken. Ontwerpe het nie streng gesproke hierdie knoppies nodig nie, die seine is steeds beskikbaar op die kopstukke, en hulle kan weggelaat word as jy besonder koste- of ruimtebewus is, of masochistiese neigings het.

RP2040 vs RP235x-reeks
Die mees ooglopende verandering is in die pakkette. Terwyl die RP2040 'n 7x7 mm QFN-56 is, het die RP235x-reeks tans vier verskillende lede. Daar is twee toestelle wat dieselfde QFN-60-pakket deel; die RP2350A wat nie interne flitsberging bevat nie, en die RP2354A wat dit wel doen. Net so kom die QFN-80 ook in twee geure; die RP2354B met flits, en RP2350B sonder. Die QFN-60-toestelle en die oorspronklike RP2040 deel 'n gemeenskaplike heritage.

Hulle het elk 30 GPIO's, waarvan vier ook aan die ADC gekoppel is, en is 7x7 mm groot. Ten spyte hiervan is die RP2350A nie 'n inloop-plaasvervanger vir die RP2040 nie, aangesien die aantal penne op elkeen verskillend is. Daarenteen het die QFN-80-skyfies nou 48 GPIO's, en agt hiervan is nou ADC-geskik. As gevolg hiervan het ons nou twee Minimale borde; een vir die 60-pen-toestelle, en een vir die 80. Hierdie Minimal-borde is hoofsaaklik ontwerp vir die dele sonder interne flits (RP2350), maar die ontwerpe kan maklik met die interne flitstoestelle (RP2354) gebruik word deur bloot die aanboordflits weg te laat geheue, of selfs om dit as 'n sekondêre flitstoestel te gebruik (meer hieroor later). Daar is min verskil tussen die twee borde, behalwe die feit dat die QFN-80-weergawe langer rye kopskrifte het om die ekstra GPIO te akkommodeer, en die bord is dus groter.

Afgesien van die pakket, is die grootste bordvlakverskil tussen die RP235x-reeks en RP2040 die kragbronne. Die RP235x-reeks het 'n paar nuwe kragpenne en 'n ander interne reguleerder. Die 100mA lineêre reguleerder van die RP2040 is vervang met 'n 200mA skakel reguleerder, en as sodanig vereis dit 'n paar baie spesifieke stroombane, en nie min sorg geneem met die uitleg. Dit word sterk aanbeveel dat u ons uitleg en komponentkeuses noukeurig volg; ons het reeds deur die pyn gegaan om verskeie herhalings van die ontwerp te moet maak, so hopelik hoef jy dit nie te doen nie.

Figuur 2. KiCad 3D-weergawe van die RP2350B Minimale ontwerp bvample

Die Ontwerp
Die bedoeling van die Minimale ontwerp examples is om 'n paar eenvoudige borde te skep deur die RP235x-reeks te gebruik, wat goedkoop en maklik vervaardigbaar moet wees, sonder om onnodig eksotiese PCB-tegnologieë te gebruik. Die Minimale planke is dus 2-laag ontwerpe, met komponente wat algemeen beskikbaar behoort te wees, en almal aan die bokant van die bord gemonteer. Alhoewel dit lekker sal wees om groot, maklik handsoldeerbare komponente te gebruik, beteken die klein toonhoogte van die QFN-skyfies (0.4mm) dat die gebruik van sommige 0402 (1005 metrieke) passiewe komponente onvermydelik is as al die GPIO's gebruik moet word. Alhoewel handsoldeer 0402-komponente nie te uitdagend is met 'n ordentlike soldeerbout nie, is dit byna onmoontlik om die QFN's sonder spesialistoerusting te soldeer.

Oor die volgende paar afdelings gaan ek probeer om te verduidelik waarvoor die bykomende stroombane is, en hopelik hoe ons die keuses gemaak het wat ons gemaak het. Aangesien ek eintlik van twee afsonderlike ontwerpe gaan praat, een vir elke pakketgrootte, het ek probeer om dinge so eenvoudig as moontlik te hou. Sover moontlik is al die komponentverwysings vir die twee borde identies, so as ek na U1, R1, ens verwys, dan is dit ewe relevant vir beide borde. Die ooglopende uitsondering is wanneer die komponent slegs op een van die borde is (in alle gevalle sal dit op die groter 80-pen variant wees), dan sal die betrokke komponent slegs op die QFN-80-ontwerp wees; byvoorbeeldample, R13 verskyn slegs op hierdie bord.

Hoofstuk 2. Krag

Die kragbronne van die RP235x-reeks en die RP2040 verskil hierdie keer ietwat, hoewel dit in sy eenvoudigste opset steeds twee toevoer benodig, 3.3V en 1.1V. Die RP235x-reeks is terselfdertyd meer kraghonger, want dit is hoër werkverrigting, en ook spaarsamer (wanneer in 'n lae kragtoestand) as sy voorganger, en dus is die lineêre reguleerder op die RP2040 opgegradeer met 'n skakelreguleerder. Dit laat ons groter kragdoeltreffendheid by hoër strome toe (tot 200mA in vergelyking met die 100mA voorheen).

Nuwe on-chip voltage reguleerder

Figuur 3. Skematiese snit wat die interne reguleerderkring toon

Die lineêre reguleerder van die RP2040 het twee penne, 'n 3.3V-invoer en 'n 1.1V-uitset gehad om die DVDD op die skyfie te voorsien. Hierdie keer het die reguleerder van die RP235x-reeks vyf penne, en vereis 'n paar eksterne komponente om dit te laat werk. Alhoewel dit 'n bietjie van 'n terugwaartse stap lyk in terme van bruikbaarheid, het die skakelreguleerder die voordeeltage om meer kragdoeltreffend te wees teen hoër lasstrome.

Soos die naam aandui, skakel die reguleerder vinnig 'n interne transistor aan en af wat die 3.3V insetvol verbindtage (VREG_VIN) na die VREG_LX pen, en met behulp van 'n induktor (L1) en 'n uitset kapasitor (C7), kan dit 'n GS uitset vol produseertage wat van die inset afgestap is. Die VREG_FB pen monitor die uitset voltage, en pas die aan/af-verhouding van die skakelsiklus aan om te verseker dat die vereiste voltage word gehandhaaf. Aangesien groot strome van VREG_VIN na VREG_LX oorgeskakel word, word 'n groot kapasitor (C6) naby die inset vereis, sodat ons nie die 3.3V-toevoer te veel ontstel nie. Van hierdie groot skakelstrome gepraat, die reguleerder kom ook met sy eie grondterugkonneksie, VREG_PGND. Net so met VREG_VIN en VREG_LX is die uitleg van hierdie verbinding krities, en terwyl VREG_PGND aan die hoof-GND moet koppel, moet dit op so 'n manier gedoen word dat al die groot skakelstrome direk na die PGND-pen terugkeer, sonder om die res van die GND te veel.

Die laaste pen is VREG_AVDD, wat die analoogkringe binne die reguleerder verskaf, en dit is baie sensitief vir geraas.

Figuur 4. Skematiese gedeelte wat die PCB-uitleg van die reguleerder toon

Die uitleg van die reguleerder op die minimale borde weerspieël nou dié van die Raspberry Pi Pico 2. Baie werk is in die ontwerp van hierdie stroombaan gegaan, met baie herhalings van die PCB wat nodig is om dit so goed te maak soos ons moontlik kan. Terwyl jy hierdie komponente op 'n verskeidenheid van verskillende maniere kan plaas en steeds die reguleerder laat 'werk' (dws, produseer 'n uitset voltage op ongeveer die regte vlak, goed genoeg om dit met kode te laat loop), het ons gevind dat ons reguleerder op presies die regte manier behandel moet word om dit gelukkig te hou, en met gelukkig bedoel ek om die korrekte uitset vol te produseertage onder 'n reeks lasstroomtoestande.
Terwyl ons ons eksperimente hieroor uitgevoer het, was ons ietwat teleurgesteld om daaraan herinner te word dat die ongerieflike wêreld van fisika nie altyd geïgnoreer kan word nie. Ons as ingenieurs probeer grootliks presies dit doen; vereenvoudig komponente, ignoreer (dikwels) onbeduidende fisiese eienskappe, en fokus eerder op die eiendom waarin ons belangstel. Bv.ample, 'n eenvoudige weerstand het nie net 'n weerstand nie, maar ook induktansie, ens. In ons geval het ons (her)ontdek dat induktore 'n magneetveld het wat daarmee geassosieer word, en belangriker nog, uitstraal in 'n rigting afhangende van watter kant toe die spoel is gewikkel, en die rigting van die vloei van die stroom. Ons is ook daaraan herinner dat 'n 'volledig' afgeskermde induktor nie beteken wat jy dink dit mag nie. Die magneetveld word tot 'n groot mate verswak, maar sommige ontsnap steeds. Ons het gevind dat die reguleerder se werkverrigting aansienlik verbeter kan word as die induktor 'op die regte manier is'.
Dit blyk dat die magneetveld wat uit 'n 'verkeerde om' induktor uitstraal, inmeng met die reguleerder-uitsetkapasitor (C7), wat op sy beurt die beheerkring binne RP2350 ontwrig. Met die induktor in die regte oriëntasie, en die presiese uitleg en komponentkeuses wat hier gebruik word, gaan hierdie probleem weg. Daar sal ongetwyfeld ander uitlegte, komponente, ens. wees wat met 'n induktor in enige oriëntasie kan werk, maar hulle sal heel waarskynlik baie meer PCB-spasie gebruik om dit te doen. Ons het hierdie aanbevole uitleg verskaf om mense die baie ingenieursure te bespaar wat ons spandeer het om hierdie kompakte en goedgemanierde oplossing te ontwikkel en te verfyn.
Meer tot die punt, ons gaan so ver as om te sê dat as jy kies om nie ons eks te gebruik nieample, dan doen jy dit op eie risiko. Baie soos ons reeds doen met RP2040 en die kristalkring, waar ons daarop aandring (wel, stel sterk voor) dat jy 'n spesifieke deel gebruik (ons sal dit weer in die kristalafdeling van hierdie dokument doen).
Die rigting van hierdie klein induktors word feitlik universeel geïgnoreer, met die oriëntasie van die spoelwikkeling wat onmoontlik is om af te lei, en ook ewekansig langs 'n rol komponente versprei. Daar kan dikwels gevind word dat groter induktoromhulsels polariteitsmerke op het, maar ons kon geen geskikte vind in die 0806 (2016 metrieke) omhulselgrootte wat ons gekies het. Vir hierdie doel het ons saam met Abracon gewerk om 'n 3.3μH-deel te vervaardig met 'n punt om polariteit aan te dui, en belangriker, kom op 'n katrol met hulle almal op dieselfde manier in lyn. Die TBD word (of sal binnekort) vanaf verspreiders aan die algemene publiek beskikbaar gestel word. Soos vroeër genoem, is die VREG_AVDD-toevoer baie sensitief vir geraas, en moet dus gefiltreer word. Ons het gevind dat aangesien die VREG_AVDD slegs rondom 200μA trek, 'n RC-filter van 33Ω en 4.7μF voldoende is.
Dus, om saam te vat, sal die komponente wat gebruik word ...
- C6, C7 & C9 – 4.7μF (0402, 1005 metrieke)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016 metrieke)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metrieke)
Die RP2350-datablad het 'n meer gedetailleerde bespreking oor die reguleerderuitlegaanbevelings, sien asseblief Eksterne komponente en PCB-uitlegvereistes.

Inset toevoer

Die insetkragverbinding vir hierdie ontwerp is via die 5V VBUS-pen van 'n Mikro-USB-aansluiting (gemerk J1 in Figuur 5). Dit is 'n algemene metode om elektroniese toestelle aan te dryf, en dit maak sin hier, aangesien RP2350 USB-funksionaliteit het, wat ons aan die datapenne van hierdie verbinding sal verbind. Aangesien ons net 3.3V nodig het vir hierdie ontwerp (die 1.1V-toevoer kom van die interne), moet ons die inkomende 5V USB-toevoer verlaag, in hierdie geval, met 'n ander, eksterne volumetage reguleerder, in hierdie geval 'n lineêre reguleerder (ook bekend as Low Drop Out regulator, of LDO). Nadat ek voorheen die deugde van die gebruik van 'n doeltreffende skakelreguleerder verheerlik het, kan dit ook 'n wyse keuse wees om ook een hier te gebruik, maar ek het vir eenvoud gekies. Eerstens, die gebruik van 'n LDO is byna altyd makliker. Daar is geen berekeninge nodig om uit te vind watter grootte induktor jy moet gebruik, of hoe groot die uitsetkapasitors is nie, en die uitleg is gewoonlik ook baie eenvoudiger. Tweedens, om elke laaste druppel krag te bespaar is nie hier die doel nie; as dit was, sou ek dit ernstig oorweeg om 'n skakelreguleerder te gebruik, en jy kan 'n eks vindample om dit op die Raspberry Pi Pico 2 te doen. En derdens kan ek eenvoudig die stroombaan wat ek voorheen op die RP2040-weergawe van die Minimal-bord gebruik het, 'leen'. Die NCP1117 (U2) wat hier gekies word, het 'n vaste uitset van 3.3V, is wyd beskikbaar en kan tot 1A stroom verskaf, wat genoeg sal wees vir die meeste ontwerpe. 'n Kykie na die datablad vir die NCP1117 vertel ons dat hierdie toestel 'n 10μF kapasitor op die inset benodig, en nog een op die uitset (C1 en C5).

Ontkoppel kapasitors

Figuur 6. Skematiese gedeelte wat die RP2350 kragtoevoer insette, voltage reguleerder en ontkoppelkapasitors

Nog 'n aspek van die kragtoevoerontwerp is die ontkoppelkapasitors wat benodig word vir RP2350. Dit bied twee basiese funksies. Eerstens filter hulle kragtoevoergeraas uit, en tweedens verskaf hulle 'n plaaslike lading wat die stroombane binne RP2350 op kort kennisgewing kan gebruik. Dit verhoed dat die voltage vlak in die onmiddellike omgewing van te veel daal wanneer die huidige vraag skielik toeneem. Daarom is dit belangrik om ontkoppeling naby die kragpenne te plaas. Gewoonlik beveel ons die gebruik van 'n 100nF kapasitor per kragpen aan, maar ons wyk in 'n paar gevalle van hierdie reël af.

Figuur 7. Gedeelte van uitleg wat RP2350-roetering en ontkoppeling toon

Eerstens, om genoeg spasie te hê vir al die chippenne om weg van die toestel af weggevoer te kan word, moet ons 'n kompromie aangaan met die hoeveelheid ontkoppelkapasitors wat ons kan gebruik. In hierdie ontwerp deel penne 53 en 54 van RP2350A (penne 68 en 69 van RP2350B) 'n enkele kapasitor (C12 in Figuur 7 en Figuur 6), aangesien daar nie baie ruimte aan daardie kant van die toestel is nie, en die komponente en uitleg van die reguleerder geniet voorkeur.
Hierdie gebrek aan spasie kan ietwat oorkom word as ons meer komplekse/duur tegnologie gebruik, soos kleiner komponente, of 'n vierlaag PCB met komponente aan beide die bo- en onderkant. Dit is 'n ontwerp-afruil; ons het die kompleksiteit en koste verminder, ten koste van minder ontkoppelskapasitansie, en kapasitors wat effens verder van die skyfie af is as wat optimaal is (dit verhoog die induktansie). Dit kan die effek hê dat die maksimum spoed waarmee die ontwerp kan werk, beperk word, aangesien die voltage toevoer kan te raserig raak en onder die minimum toegelate voltage; maar vir die meeste toepassings behoort hierdie afweging aanvaarbaar te wees.

Die ander afwyking van die 100nF-reël is sodat ons die voltage reguleerder prestasie; ons beveel aan om 'n 4.7μF vir C10 te gebruik, wat aan die ander kant van die skyfie van die reguleerder geplaas word.

Hoofstuk 3. Flitsgeheue

Primêre flits

Figuur 8. Skematiese gedeelte wat die primêre flitsgeheue en USB_BOOT-stroombaan wys

Om programkode te kan stoor waarvandaan RP2350 kan selflaai en hardloop, moet ons 'n flitsgeheue gebruik, spesifiek 'n quad SPI-flitsgeheue. Die toestel wat hier gekies word, is 'n W25Q128JVS-toestel (U3 in die figuur 8), wat 'n 128Mbit-skyfie (16MB) is. Dit is die grootste geheuegrootte wat RP2350 kan ondersteun. As jou spesifieke toepassing nie soveel berging benodig nie, kan 'n kleiner, goedkoper geheue eerder gebruik word.
Aangesien hierdie databus redelik hoë frekwensie kan wees en gereeld in gebruik is, moet die QSPI-penne van RP2350 direk aan die flits bedraad word, deur kort verbindings te gebruik om die seinintegriteit te handhaaf, en om ook oorspraak in omliggende stroombane te verminder. Crosstalk is waar seine op een stroombaannet ongewenste voltages op 'n naburige stroombaan, wat moontlik foute kan veroorsaak.

Die QSPI_SS sein is 'n spesiale geval. Dit is direk aan die flits gekoppel, maar dit het ook twee resistors (wel, vier, maar ek kom later daarop) wat daaraan gekoppel is. Die eerste (R1) is 'n optrek na die 3.3V-toevoer. Die flitsgeheue vereis dat die chip-kies-invoer op dieselfde vol istage as sy eie 3.3V toevoerpen soos die toestel aangeskakel word, anders werk dit nie reg nie. Wanneer die RP2350 aangeskakel word, sal sy QSPI_SS-pen outomaties verstek na 'n optrek, maar daar is 'n kort tydperk tydens aanskakeling waar die toestand van die QSPI_SS-pen nie gewaarborg kan word nie. Die byvoeging van 'n optrekweerstand verseker dat daar altyd aan hierdie vereiste voldoen sal word. R1 is gemerk as DNF (Moenie Pas nie) op die skema, aangesien ons gevind het dat met hierdie spesifieke flitstoestel die eksterne optrek onnodig is. As 'n ander flits egter gebruik word, kan dit belangrik word om 'n 10kΩ-weerstand hier te kan insit, so dit is ingesluit vir ingeval.
Die tweede weerstand (R6) is 'n 1kΩ weerstand, gekoppel aan 'n drukknoppie (SW1) gemerk 'USB_BOOT'. Dit is omdat die QSPI_SS pen gebruik word as 'n 'boot strap'; RP2350 kontroleer die waarde van hierdie I/O tydens die opstartvolgorde, en as dit gevind word dat dit 'n logiese 0 is, keer RP2350 terug na die BOOTSEL-modus, waar RP2350 homself as 'n USB-massabergingstoestel voorstel, en kode direk gekopieer kan word daaraan. As ons bloot die knoppie druk, trek ons QSPI_SS-pen na grond, en as die toestel dan teruggestel word (bv. deur die RUN-pen te wissel), sal RP2350 in BOOTSEL-modus herbegin in plaas daarvan om die inhoud van die flits te probeer laat loop. Hierdie weerstande, R2 en R6 (R9 en R10 ook), moet naby die flitsskyfie geplaas word, so ons vermy bykomende lengtes koperspore wat die sein kan beïnvloed.
Al die bogenoemde is spesifiek van toepassing op die RP2350, wat geen interne flits het nie. Natuurlik het die RP2354-toestelle interne 2MB-flitsgeheue, so die eksterne U3-geheue is nie nodig nie, dus kan U3 veilig uit die skema verwyder word, of eenvoudig onbevolk gelaat word. In een van hierdie gevalle sal ons steeds die USB_BOOT-skakelaar aan QSPI_SS gekoppel wil hou, sodat ons steeds die USB-selflaaimodus kan betree.

Sekondêre flits of PSRAM

Die RP235x-reeks ondersteun nou 'n tweede geheue-toestel wat dieselfde QSPI-penne gebruik, met 'n GPIO wat die bykomende chip-keuse verskaf. Dus, as ons 'n RP2354 gebruik (wat interne flits het), dan kan ons U3 as 'n sekondêre flits gebruik, of dit selfs vervang met 'n PSRAM-toestel. Om dit te kan doen, moet ons QSPI_SS van U3 ontkoppel, en dit eerder aan 'n geskikte GPIO koppel. Die naaste GPIO wat in staat is om 'n chip select (XIP_CS1n) te wees, is GPIO0, so deur die 0Ω van R10 te verwyder en dit op R9 te pas, kan ons nou toegang tot U3 bykomend tot die on-chip flits. Ten einde ten volle voordeel te trektage van hierdie kenmerk, waar ons twee eksterne geheue toestelle het sodat die flitslose RP2350-onderdele kan baat, die grootste van die twee Minimal-borde, vir die RP2350B, sluit 'n opsionele voetspoor (U4) vir 'n bykomende geheueskyfie in.

Figuur 9. Skematiese gedeelte wat die opsionele sekondêre geheue toestel wys

Om hierdie toestel te kan gebruik, sal dit natuurlik gevul moet word, asook R11 (0Ω), en R13 (10KΩ). Die byvoeging van R11 verbind GPIO0 (die XIP_CS1n-sein) met die skyfiekeuse van die tweede geheue. Die optrek op die skyfiekiespen is beslis hierdie keer nodig, aangesien die verstektoestand van GPIO0 laag getrek moet word by aanskakeling, wat sal veroorsaak dat ons flitstoestel misluk. C22 sal ook nodig wees om plaaslike kragtoevoer ontkoppeling vir U4 te verskaf.

Ondersteunde flitsskyfies
Die aanvanklike flitssondevolgorde, wat deur die onderkant gebruik word om die tweede s te onttrektage vanaf flits, gebruik 'n 03h seriële leesopdrag, met 24-bis adressering, en 'n seriële horlosie van ongeveer 1MHz. Dit blaai herhaaldelik deur die vier kombinasies van klokpolariteit en klokfase, op soek na 'n geldige sekonde stage CRC32 kontrolesom.
Soos die tweede atage is dan vry om uitvoer-in-plek te konfigureer deur dieselfde 03h-reeksleesopdrag te gebruik, RP2350 kan gekasflitsuitvoer-in-plek uitvoer met enige skyfie wat 03h-reekslees ondersteun met 24-bis adressering, wat die meeste 25-reeks flitstoestelle insluit . Die SDK bied 'n exampdie tweede stage vir CPOL=0 CPHA=0, by https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Om flitsprogrammering te ondersteun deur die roetines onderaan te gebruik, moet die toestel ook op die volgende opdragte reageer:

02h 256-grepe bladsy program
05h statusregister gelees
06h stel skryf enable grendel

20h 4kB sektor uitvee

RP2350 ondersteun ook 'n wye verskeidenheid dubbel-SPI- en QSPI-toegangsmodusse. Byvoorbeeldample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S stel 'n Winbond W25Q-reeks toestel op vir quad-IO deurlopende leesmodus, waar RP2350 quad-IO adresse stuur (sonder 'n opdragvoorvoegsel) en die flits reageer met quad-IO data.

Omsigtigheid is nodig met flits XIP-modusse waar die flitstoestel ophou reageer op standaard reeksopdragte, soos die Winbond deurlopende leesmodus hierbo genoem. Dit kan probleme veroorsaak wanneer RP2350 teruggestel word, maar die flitstoestel word nie aangeskakel nie, want die flits sal dan nie op die selflaairom se flitsondersoekvolgorde reageer nie. Voor die uitreiking van die 03h-reekslees, reik die bootrom altyd die volgende vaste volgorde uit, wat 'n beste poging is om XIP op 'n reeks flitstoestelle te staak:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (via pull-downs om twis te vermy), reik ×32 horlosies uit
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (via pull-ups om twis te vermy), reik ×32 horlosies uit
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (aangedrewe lae-Z, alle ander I/O's Hi-Z), uitgawe ×16 horlosies

As u gekose toestel nie op hierdie volgorde reageer wanneer dit in sy deurlopende leesmodus is nie, moet dit in 'n toestand gehou word waar elke oordrag voorafgegaan word deur 'n reeksopdrag, anders sal RP2350 nie kan herstel na 'n interne terugstelling nie.
Vir meer besonderhede oor die QSPI, sien asseblief QSPI Memory Interface (QMI) in die RP2350 datablad.

Hoofstuk 4. Kristal ossillator

Figuur 10. Skematiese snit wat die kristal ossillator en las kapasitors toon

Streng gesproke benodig RP2350 nie eintlik 'n eksterne klokbron nie, aangesien dit sy eie interne ossillator het. Aangesien die frekwensie van hierdie interne ossillator egter nie goed gedefinieer of beheer is nie, wisselend van skyfie tot skyfie, sowel as met verskillende toevoervolumestages en temperature, word dit aanbeveel om 'n stabiele eksterne frekwensiebron te gebruik. Toepassings wat op presiese frekwensies staatmaak is nie moontlik sonder 'n eksterne frekwensiebron nie, USB is 'n uitstekende voorbeeldample.
Die verskaffing van 'n eksterne frekwensiebron kan op een van twee maniere gedoen word: óf deur 'n klokbron te voorsien met 'n CMOS-uitset (vierkantgolf van IOVDD vol.tage) in die XIN-pen, of deur 'n 12MHz-kristal wat tussen verbind is, te gebruik
XIN en XOUT. Die gebruik van 'n kristal is hier die voorkeuropsie, aangesien hulle beide relatief goedkoop en baie akkuraat is.

Die gekose kristal vir hierdie ontwerp is 'n ABM8-272-T3 (Y1 in Figuur 10). Dit is dieselfde 12MHz kristal wat op die Raspberry Pi Pico en Raspberry Pi Pico 2 gebruik word. Ons beveel sterk aan om hierdie kristal saam met die gepaardgaande stroombane te gebruik om te verseker dat die horlosie vinnig begin onder alle toestande sonder om die kristal self te beskadig. Die kristal het 'n frekwensietoleransie van 30ppm, wat goed genoeg behoort te wees vir die meeste toepassings. Saam met 'n frekwensietoleransie van +/- 30ppm, het dit 'n maksimum ESR van 50Ω, en 'n laskapasitansie van 10pF, wat albei 'n invloed gehad het op die keuse van gepaardgaande komponente.
Vir 'n kristal om teen die verlangde frekwensie te ossilleer, spesifiseer die vervaardiger die vragkapasitansie wat dit nodig het om dit te doen, en in hierdie geval is dit 10pF. Hierdie las kapasitansie word bereik deur twee kapasitors van gelyke waarde te plaas, een aan elke kant van die kristal na grond (C3 en C4). Van die kristal se punt van view, is hierdie kapasitors in serie tussen sy twee terminale verbind. Basiese stroombaanteorie sê vir ons dat hulle kombineer om 'n kapasitansie van (C3*C4)/(C3+C4) te gee, en as C3=C4, dan is dit eenvoudig C3/2. In hierdie example, ons het 15pF kapasitors gebruik, so die reekskombinasie is 7.5pF. Benewens hierdie opsetlike las-kapasitansie, moet ons ook 'n waarde byvoeg vir die onbedoelde ekstra kapasitansie, of parasitiese kapasitansie, wat ons van die PCB-spore en die XIN- en XOUT-penne van RP2350 kry. Ons sal 'n waarde van 3pF hiervoor aanneem, en aangesien hierdie kapasitansie parallel met C3 en C4 is, voeg ons dit eenvoudig by om vir ons 'n totale las-kapasitansie van 10.5pF te gee, wat naby genoeg is aan die teiken van 10pF. Soos u kan sien, is die parasitiese kapasitansie van die PCB-spore 'n faktor, en ons moet hulle dus klein hou sodat ons nie die kristal ontstel en keer dat dit soos bedoel onssilleer nie. Probeer om die uitleg so kort as moontlik te hou.
Die tweede oorweging is die maksimum ESR (ekwivalente reeksweerstand) van die kristal. Ons het gekies vir 'n toestel met 'n maksimum van 50Ω, aangesien ons gevind het dat dit, saam met 'n 1kΩ-reeksweerstand (R2), 'n goeie waarde is om te verhoed dat die kristal oordryf en beskadig word wanneer 'n IOVDD gebruik word vlak van 3.3V. As IOVDD egter minder as 3.3V is, word die dryfstroom van die XIN/XOUT-penne verminder, en jy sal vind dat die amplitude van die kristal is laer, of kan glad nie eers ossilleer nie. In hierdie geval sal 'n kleiner waarde van die serieweerstand gebruik moet word. Enige afwyking van die kristalstroombaan wat hier gewys word, of met 'n IOVDD-vlak anders as 3.3V, sal uitgebreide toetsing vereis om te verseker dat die kristal onder alle toestande ossilleer, en vinnig genoeg begin om nie probleme met jou toepassing te veroorsaak nie.

Aanbevole kristal

Vir oorspronklike ontwerpe wat RP2350 gebruik, beveel ons aan om die Abracon ABM8-272-T3 te gebruik. Byvoorbeeldample, bykomend tot die minimale ontwerp exampsien die Pico 2-bordskema in Bylaag B van die Raspberry Pi Pico 2-datablad en die Pico 2-ontwerp files.
Vir die beste werkverrigting en stabiliteit oor tipiese bedryfstemperatuurreekse, gebruik die Abracon ABM8-272-T3. Jy kan die ABM8-272-T3 direk van Abracon of van 'n gemagtigde herverkoper verkry. Pico 2 is spesifiek ingestel vir die ABM8-272-T3, wat die volgende spesifikasies het:

Selfs as jy 'n kristal met soortgelyke spesifikasies gebruik, sal jy die stroombaan oor 'n reeks temperature moet toets om stabiliteit te verseker.
Die kristal ossillator word aangedryf van die IOVDD voltage. As gevolg hiervan het die Abracon-kristal en daardie spesifieke damping-weerstand is ingestel vir 3.3V-werking. As jy 'n ander IO voltage, jy sal weer moet instel.
Enige veranderinge aan kristalparameters hou onstabiliteit in gevaar oor enige komponente wat aan die kristalkring gekoppel is.

As jy nie die aanbevole kristal direk van Abracon of 'n herverkoper kan kry nie, kontak applications@raspberrypi.com.

Hoofstuk 5. IO's

USB
Figuur 11. Skematiese gedeelte wat die USB-penne van RP2350 en reeksbeëindiging toon

Die RP2350 bied twee penne wat gebruik kan word vir volle spoed (FS) of lae spoed (LS) USB, hetsy as 'n gasheer of toestel, afhangende van die sagteware wat gebruik word. Soos ons reeds bespreek het, kan RP2350 ook as 'n USB-massabergingstoestel begin, so dit maak sin om hierdie penne aan die USB-aansluiting (J1 in Figuur 5) aan te sluit. Die USB_DP- en USB_DM-penne op RP2350 benodig geen bykomende optrek- of aftrekpunte nie (vereis om spoed, FS of LS aan te dui, of dit 'n gasheer of toestel is), aangesien dit by die I/O's ingebou is. Hierdie I/O's benodig egter wel 27Ω-reeksbeëindigingsweerstande (R7 en R8 in Figuur 11), wat naby die skyfie geplaas is, om aan die USB-impedansiespesifikasie te voldoen.
Selfs al is RP2350 beperk tot volle spoed datatempo (12Mbps), moet ons probeer om seker te maak dat die kenmerkende impedansie van die transmissielyne (die koperspore wat die skyfie met die koppelaar verbind) naby die
USB-spesifikasie van 90Ω (differensieel gemeet). Op 'n 1mm dik bord soos hierdie, as ons 0.8mm breë spore op USB_DP en USB_DM gebruik, met 'n gaping van 0.15mm tussen hulle, behoort ons 'n differensiële kenmerkende impedansie van ongeveer 90Ω te kry. Dit is om te verseker dat die seine so skoon as moontlik langs hierdie transmissielyne kan beweeg, om voltage refleksies wat die integriteit van die sein kan verminder. Om hierdie transmissielyne behoorlik te laat werk, moet ons seker maak dat direk onder hierdie lyne 'n grond is. 'n Soliede, ononderbroke area van gemaalde koper, wat oor die hele lengte van die baan strek. By hierdie ontwerp is byna die hele onderste koperlaag aan grond gewy, en daar is veral gesorg dat die USB-bane oor niks anders as grond gaan nie. As 'n PCB dikker as 1 mm vir jou bou gekies word, dan het ons twee opsies. Ons kan die USB-transmissielyne herontwerp om te vergoed vir die groter afstand tussen die baan en grond onder (wat 'n fisiese onmoontlikheid kan wees), of ons kan dit ignoreer, en hoop vir die beste. USB FS kan redelik vergewensgesind wees, maar jou kilometers kan verskil. Dit sal waarskynlik in baie toepassings werk, maar dit sal waarskynlik nie aan die USB-standaard voldoen nie.

I/O-opskrifte

Figuur 12. Skematiese gedeelte wat die 2.54 mm I/O-opskrifte van die QFN60-weergawe wys

Benewens die USB-aansluiting wat reeds genoem is, is daar 'n paar dubbelrye 2.54 mm kopstukke (J2 en J3 in Figuur 12), een aan elke kant van die bord, waaraan die res van die I/O gekoppel is. Daar is 30 GPIO op die RP2350A, terwyl daar 48 GPIO op die RP2350B is, so die opskrifte op hierdie weergawe van die Minimal bord is groter om voorsiening te maak vir die ekstra penne (sien Figuur 13).
Aangesien dit 'n algemene doelontwerp is, met geen spesifieke toepassing in gedagte nie, is die I/O beskikbaar gestel om gekoppel te word soos die gebruiker wil. Die binneste ry penne op elke kop is die I/O's, en die buitenste ry is almal aan grond gekoppel. Dit is goeie praktyk om baie gronde op I/O-verbindings in te sluit. Dit help om 'n lae impedansie grond te handhaaf, en ook om baie potensiële terugkeerpaaie te verskaf vir strome wat na en van die
I/O-verbindings. Dit is belangrik om elektromagnetiese interferensie te minimaliseer wat veroorsaak kan word deur die terugkeerstrome van vinnig skakelende seine wat lang, lusende paaie neem om die stroombaan te voltooi.

Albei kopstukke is op dieselfde 2.54 mm-rooster, wat dit makliker maak om hierdie bord aan ander dinge, soos broodborde, te koppel. Jy sal dalk wil oorweeg om slegs 'n enkelry-kopstuk in plaas van die dubbelry-kopstuk aan te pas, om die buitenste ry grondverbindings te verwyder, om dit geriefliker te maak om op 'n broodbord te pas.

Figuur 13. Skematiese gedeelte wat die 2.54 mm I/O-opskrifte van die QFN80-weergawe wys

Ontfout koppelaar

Figuur 14. Skematiese gedeelte wat die opsionele JST-aansluiting vir SWD-ontfouting wys

Vir on-chip ontfouting, wil jy dalk aan die SWD-koppelvlak van die RP2350 koppel. Die twee penne, SWD en SWCLK, is beskikbaar op die 2.54 mm kop, J3, sodat die ontfoutingsondersoek van jou keuse maklik gekoppel kan word. Benewens hierdie, het ek 'n opsionele JST-kop ingesluit, wat 'n maklike verbinding met Raspberry Pi Debug Probe moontlik maak. Jy hoef dit nie te gebruik nie, die 2.54 mm-kopstukke sal voldoende wees as jy van plan is om sagteware te ontfout, maar ek vind dit geriefliker om dit te doen. Ek het 'n horisontale koppelstuk gekies, meestal omdat ek daarvan hou, al is dit nie op die rand van die bord nie, maar vertikales is beskikbaar, alhoewel met 'n effens ander voetspoor.

Knoppies
Die minimale ontwerp bevat nou nie een nie, maar twee knoppies, waar die RP240-weergawe geen gehad het nie. Een is vir USB-selflaaiseleksie soos ons voorheen bespreek het, maar die tweede is 'n 'terugstel'-knoppie, gekoppel aan die RUN-pen. Nie een van hierdie is streng nodig nie (alhoewel die BOOTSEL-knoppie met 'n kopskrif of soortgelyk vervang moet word as USB-selflaaimodus vereis word), en kan verwyder word as spasie of koste 'n bekommernis is, maar dit maak dit beslis 'n verre gebruik van die RP2350 aangenamer ervaring.

Bylaag A: Volledige Skematiese -RP2350A weergawe

Figuur 15. Volledige skema van die minimale ontwerp vir RP2350A

Bylaag B: Volledige Skematiese -RP2350B weergawe

Figuur 16. Volledige skematiese van die minimale ontwerp vir RP2350B

Bylaag H: Dokumentasievrystellinggeskiedenis

8 Augustus 2024
Aanvanklike vrystelling.

en Raspberry Pi
Raspberry Pi is 'n handelsmerk van Raspberry Pi Bpk
Raspberry Pi Bpk

Dokumente / Hulpbronne

Raspberry Pi SC1631 Framboos-mikrobeheerder [pdf] Instruksiehandleiding
SC1631 Framboos-mikrobeheerder, SC1631, framboos-mikrobeheerder, mikrobeheerder

Verwysings

Gebruikershandleiding

Raspberry Pi SC1631 Framboos-mikrobeheerder

Produkgebruiksinstruksies