Ръководство с инструкции за микроконтролер Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Глава 1: Въведение
Серията RP2350 предлага различни опции за пакети в сравнение със серията RP2040. RP2350A и RP2354A идват в пакет QFN-60 съответно без и с вътрешна флаш памет, докато RP2354B и RP2350B идват в пакет QFN-80 със и без флаш памет.

Глава 2: Мощност
Серията RP2350 разполага с нов превключващ том на чипtage регулатор с пет пина. Този регулатор изисква външни компоненти за работа, но предлага по-висока енергийна ефективност при по-високи токове на натоварване в сравнение с линейния регулатор от серията RP2040. Обърнете внимание на чувствителността към шум в щифта VREG_AVDD, който захранва аналоговата схема.

Често задавани въпроси (FAQ)

Въпрос: Каква е основната разлика между RP2350A и RP2350B?
О: Основната разлика е в наличието на вътрешна флаш памет. RP2350A няма вътрешна флаш памет, докато RP2350B има.
Q: Колко пина прави voltage регулатор в серията RP2350 имате?
О: ОбtagРегулаторът в серията RP2350 има пет пина.

Хардуерен дизайн с RP2350 Използване на микроконтролери RP2350 за изграждане на платки и продукти

Колофон

Тази документация е лицензирана съгласно Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). дата на компилация: 2024-08-08 версия компилация: c0acc5b-чист
Правна бележка за отказ от отговорност

ТЕХНИЧЕСКИ ДАННИ И ДАННИ ЗА НАДЕЖДНОСТ ЗА ПРОДУКТИ RASPBERRY PI (ВКЛЮЧИТЕЛНО ЛИСТОВЕ С ДАННИ), КАКТО СЕ МОДИФИЦИРАТ ОТ ВРЕМЕ НА ВРЕМЕ („РЕСУРСИ“) СЕ ПРЕДОСТАВЯТ ОТ RASPBERRY PI LTD („RPL“) „КАКТО Е“ И ВСЯКАКВИ ИЗРИЧНИ ИЛИ КОСВЕНИ ГАРАНЦИИ, ВКЛЮЧИТЕЛНО, НО НЕ ОГРАНИЧЕНО ДО КОСВЕНИ ГАРАНЦИИ ЗА ПРОДАВАЕМОСТ И ПРИГОДНОСТ ЗА ОПРЕДЕЛЕНА ЦЕЛ СЕ ОТХВЪРЛЯТ. ДО МАКСИМАЛНАТА СТЕПЕН, ПОЗВОЛЕНА ОТ ПРИЛОЖИМОТО ЗАКОНОДАТЕЛСТВО, В НИКАКЪВ СЛУЧАЙ RPL НЕ НОСИ ОТГОВОРНОСТ ЗА НИКАКВИ ПРЕКИ, НЕПРЯКИ, СЛУЧАЙНИ, СПЕЦИАЛНИ, ПРИМЕРНИ ИЛИ ПОСЛЕДВАЩИ ЩЕТИ (ВКЛЮЧИТЕЛНО, НО НЕ ОГРАНИЧАВАЩО СЕ ДО, ПОЛУЧАВАНЕ НА ЗАМЕСТИТЕЛ СТОКИ ИЛИ УСЛУГИ; ЗАГУБА НА ИЗПОЛЗВАНЕ, ДАННИ ИЛИ ПЕЧАЛБИ; КАКВОТО И ДА Е ПРИЧИНЕНА ОТГОВОРНОСТТА, НЕЗАВИСИМО ДА ЛИ Е ВЪЗ ДОГОВОР, СТРИКНА ОТГОВОРНОСТ ИЛИ ДЕЛИКТ (ВКЛЮЧИТЕЛНО НЕБРЕЖНОСТ ИЛИ ДРУГИ НАЧИНИ), ПРОИЗТИЧАЩИ ОТ ИЗПОЛЗВАНЕТО НА РЕСУРСИТЕ, ДОРИ И АКО СА УВЕДОМЕНИ ЗА ВЪЗМОЖНОСТТА ЗА ТАКИВА ЩЕТИ.
RPL си запазва правото да прави подобрения, подобрения, корекции или каквито и да е други модификации на РЕСУРСИТЕ или продуктите, описани в тях, по всяко време и без допълнително известие.
РЕСУРСИТЕ са предназначени за опитни потребители с подходящи нива на познания в областта на дизайна. Потребителите са изцяло отговорни за техния избор и използване на РЕСУРСИТЕ и всяко приложение на продуктите, описани в тях. Потребителят се съгласява да обезщети и предпази RPL от всички задължения, разходи, щети или други загуби, произтичащи от тяхното използване на РЕСУРСИ.

RPL предоставя на потребителите разрешение да използват РЕСУРСИ единствено във връзка с продуктите Raspberry Pi. Всяка друга употреба на РЕСУРСИ е забранена. Не се предоставя лиценз за други права на интелектуална собственост или права на трета страна.
ВИСОКОРИСКОВИ ДЕЙНОСТИ. Продуктите Raspberry Pi не са проектирани, произведени или предназначени за използване в опасни среди, изискващи безопасна работа, като например при експлоатацията на ядрени съоръжения, навигационни или комуникационни системи на самолети, контрол на въздушното движение, оръжейни системи или критични за безопасността приложения (включително поддържащи живота системи и други медицински устройства), при които повредата на продуктите може да доведе директно до смърт, лично нараняване или тежки физически или екологични щети („Дейности с висок риск“). RPL изрично отхвърля всякакви изрични или подразбиращи се гаранции за годност за дейности с висок риск и не поема отговорност за използване или включване на продукти на Raspberry Pi в дейности с висок риск.

Продуктите Raspberry Pi се предоставят в съответствие със Стандартните условия на RPL. Предоставянето на РЕСУРСИ от RPL не разширява или по друг начин променя Стандартните условия на RPL, включително, но не само, отказите от отговорност и гаранциите, изразени в тях.

Глава 1. Въведение

Фигура 1. KiCad 3D изобразяване на RP2350A Минимален дизайн прample

Когато за първи път представихме Raspberry Pi RP2040, пуснахме и „минимален“ дизайн напр.ample и придружаващото ръководство Хардуерен дизайн с RP2040, което, надявам се, обяснява как RP2040 може да се използва в проста платка и защо са направени различните избори на компоненти. С пристигането на серията RP235x е време да преразгледаме оригиналния дизайн RP2040 Minimal и да го актуализираме, за да отчетем новите функции, а също и за всеки от вариантите на пакета; RP2350A със своя пакет QFN-60 и RP2350B, който е QFN-80. Отново, тези проекти са във формат Kicad (7.0) и са достъпни за изтегляне (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Минималната дъска
Оригиналната платка Minimal беше опит да се осигури опростен референтен дизайн, като се използва минималният брой външни компоненти, необходими за работа на RP2040 и все още всички IO изложени и достъпни. Това по същество се състои от източник на захранване (линеен регулатор от 5 V до 3.3 V), кристален осцилатор, флаш памет и IO връзки (микро USB гнездо и GPIO конектори). Новите Minimal платки от серия RP235x са до голяма степен същите, но с някои промени, необходими поради новия хардуер. В допълнение към това и въпреки че донякъде се противопоставям на минималния характер на дизайна, добавих няколко бутона за bootsel и run, заедно с отделна заглавка на SWD, което трябва да означава напълно по-малко разочароващо изживяване при отстраняване на грешки този път. Дизайните не се нуждаят строго погледнато от тези бутони, сигналите все още са налични в заглавките и те могат да бъдат пропуснати, ако сте особено съзнателни за разходите или пространството или имате мазохистични наклонности.

Серия RP2040 срещу RP235x
Най-очевидната промяна е в пакетите. Докато RP2040 е 7x7mm QFN-56, серията RP235x в момента има четири различни члена. Има две устройства, които споделят един и същ пакет QFN-60; RP2350A, който не съдържа вътрешна флаш памет, и RP2354A, който има. По същия начин, QFN-80 също се предлага в два варианта; RP2354B със светкавица и RP2350B без. Устройствата QFN-60 и оригиналният RP2040 имат общо наследствоtage.

Всеки от тях има 30 GPIO, четири от които също са свързани към ADC, и са с размери 7x7 mm. Въпреки това RP2350A не е незаменим заместител на RP2040, тъй като броят на щифтовете на всеки е различен. За разлика от това, чиповете QFN-80 вече имат 48 GPIO, а осем от тях вече поддържат ADC. Поради това сега имаме две дъски Minimal; един за 60-пиновите устройства и един за 80-те. Тези минимални платки са предназначени основно за частите без вътрешна светкавица (RP2350), но дизайните могат лесно да се използват с вътрешни флаш устройства (RP2354), като просто пропуснете вградената светкавица памет или дори да го използвате като вторично флаш устройство (повече за това по-късно). Има малка разлика между двете платки, с изключение на факта, че версията QFN-80 има по-дълги редове от заглавки, за да побере допълнителния GPIO, и следователно платката е по-голяма.

Освен пакета, най-голямата разлика на ниво платка между серията RP235x и RP2040 са захранванията. Серията RP235x има някои нови захранващи щифтове и различен вътрешен регулатор. Линейният регулатор от 100 mA на RP2040 е заменен с превключващ регулатор от 200 mA и като такъв изисква някои много специфични схеми и не малко внимание при оформлението. Силно препоръчително е да следите внимателно нашето оформление и избор на компоненти; вече преминахме през болката да се наложи да направим няколко повторения на дизайна, така че се надяваме, че не се налага.

Фигура 2. KiCad 3D изобразяване на RP2350B Минимален дизайн прample

Дизайнът
Намерението на Minimal design exampLes е да се създаде чифт прости платки, използващи серията RP235x, които трябва да бъдат евтини и лесни за производство, без да се използват ненужно екзотични PCB технологии. Минималните платки следователно са двуслойни дизайни, използващи компоненти, които трябва да са общодостъпни и всички монтирани от горната страна на платката. Въпреки че би било хубаво да се използват големи, лесни за ръчно запояване компоненти, малката стъпка на QFN чиповете (2 мм) означава, че използването на някои 0.4 (0402 метрични) пасивни компоненти е неизбежно, ако трябва да се използват всички GPIO. Въпреки че ръчното запояване на компоненти 1005 не е голямо предизвикателство с приличен поялник, е почти невъзможно да запоявате QFN без специализирано оборудване.

През следващите няколко раздела ще се опитам да обясня за какво служи допълнителната верига и, надявам се, как стигнахме до избора, който направихме. Тъй като всъщност ще говоря за два отделни дизайна, по един за всеки размер на опаковката, опитах се да опростя нещата, доколкото мога. Доколкото е възможно, всички референции на компоненти за двете платки са идентични, така че ако се позова на U1, R1 и т.н., тогава това е еднакво подходящо и за двете платки. Очевидното изключение е, когато компонентът е само на една от платките (във всички случаи това ще бъде на по-големия 80-пинов вариант), тогава въпросният компонент ще бъде само на дизайна QFN-80; напримерample, R13 се появява само на тази платка.

Глава 2. Мощност

Захранванията от серията RP235x и RP2040 се различават донякъде този път, въпреки че в най-простата си конфигурация все още изисква две захранвания, 3.3V и 1.1V. Серията RP235x едновременно е по-гладна за енергия, тъй като е с по-висока производителност, а също и по-икономична (когато е в състояние на ниска мощност) от своя предшественик, така че линейният регулатор на RP2040 е надграден с превключващ регулатор. Това ни позволява по-голяма енергийна ефективност при по-високи токове (до 200mA в сравнение със 100mA преди).

Нов том на чипtagрегулатор

Фигура 3. Схематична секция, показваща веригата на вътрешния регулатор

Линейният регулатор на RP2040 имаше два щифта, 3.3 V вход и 1.1 V изход за захранване на DVDD на чипа. Този път регулаторът от серията RP235x има пет пина и изисква някои външни компоненти, за да работи. Въпреки че това изглежда малко назад по отношение на използваемостта, превключващият регулатор има предимствоtage да бъде по-енергийно ефективен при по-високи токове на натоварване.

Както подсказва името, регулаторът бързо включва и изключва вътрешен транзистор, свързващ 3.3V входен обемtage (VREG_VIN) към щифта VREG_LX и с помощта на индуктор (L1) и изходен кондензатор (C7), той може да произведе DC изходен обемtage, който е бил свален от входа. Пинът VREG_FB следи изходния обемtage, и регулира съотношението вкл./изкл. на цикъла на превключване, за да гарантира, че необходимият обtage се поддържа. Тъй като големи токове се превключват от VREG_VIN към VREG_LX, е необходим голям кондензатор (C6) близо до входа, така че да не нарушаваме твърде много захранването от 3.3 V. Говорейки за тези големи превключващи токове, регулаторът се предлага и със собствена връзка за заземяване, VREG_PGND. По подобен начин с VREG_VIN и VREG_LX, оформлението на тази връзка е критично и докато VREG_PGND трябва да се свърже към главния GND, това трябва да се направи по такъв начин, че всички големи превключващи токове да се връщат директно към PGND извода, без да нарушават останалата част GND твърде много.

Последният щифт е VREG_AVDD, който захранва аналоговата верига в регулатора, а това е много чувствително към шум.

Фигура 4. Схематична секция, показваща оформлението на печатната платка на регулатора

Оформлението на регулатора върху минималните платки отразява точно това на Raspberry Pi Pico 2. Голяма част от работата е вложена в дизайна на тази схема, като са необходими много итерации на печатната платка, за да бъде възможно най-добрата може. Въпреки че бихте могли да поставите тези компоненти по различни начини и все пак да накарате регулатора да „работи“ (т.е. да произвежда изходен об.tage на приблизително правилното ниво, достатъчно добро, за да го накара да изпълнява код), ние открихме, че нашият регулатор трябва да бъде третиран точно по правилния начин, за да бъде щастлив, а под щастлив имам предвид произвеждането на правилния изходен обемtage при различни условия на ток на натоварване.
Докато извършвахме нашите експерименти по този въпрос, бяхме донякъде разочаровани да ни напомнят, че неудобният свят на физиката не винаги може да бъде игнориран. Ние, като инженери, до голяма степен се опитваме да правим точно това; опростяване на компоненти, игнориране (често) на незначителни физически свойства и вместо това фокусиране върху свойството, което ни интересува. Напр.ampНапример, един обикновен резистор има не само съпротивление, но и индуктивност и т.н. В нашия случай ние (пре)открихме, че индукторите имат магнитно поле, свързано с тях, и което е важно, излъчва в посока, в зависимост от посоката на намотката се навива и посоката на протичане на тока. Също така ни беше напомнено, че "напълно" екраниран индуктор не означава това, което си мислите, че може. Магнитното поле е отслабено до голяма степен, но някои все още излизат. Ние открихме, че производителността на регулатора може да бъде значително подобрена, ако индукторът е „по правилния начин“.
Оказва се, че магнитното поле, излъчвано от индуктор с „неправилна посока“, пречи на изходния кондензатор на регулатора (C7), което от своя страна нарушава контролната верига в RP2350. С правилната ориентация на индуктора и прецизното оформление и избор на компоненти, използвани тук, този проблем изчезва. Несъмнено ще има други оформления, компоненти и т.н., които биха могли да работят с индуктор във всякаква ориентация, но те най-вероятно ще използват много повече пространство на печатни платки, за да го направят. Осигурихме това препоръчително оформление, за да спестим на хората многото инженерни часове, които сме прекарали в разработването и усъвършенстването на това компактно и работещо решение.
Нещо повече, ние отиваме толкова далеч, че казваме, че ако решите да не използвате нашия бившample, тогава го правите на свой собствен риск. Подобно на това, което вече правим с RP2040 и кристалната верига, където настояваме (добре, силно препоръчваме) да използвате определена част (ще го направим отново в кристалната част на този документ).
Насочеността на тези малки индуктори почти навсякъде се игнорира, като ориентацията на намотката на бобината е невъзможна за извеждане, а също и произволно разпределена по протежение на макара от компоненти. Често може да се открие, че по-големите размери на корпуса на индуктора имат маркировки за полярност, но не можахме да намерим подходящи в избрания от нас размер на корпуса 0806 (2016 метричен). За тази цел ние работихме с Abracon, за да произведем част от 3.3 μH с точка, която да показва полярността, и което е важно, елате на макара, като всички те са подравнени по един и същи начин. TBD са (или много скоро) ще бъдат предоставени на широката публика от дистрибутори. Както бе споменато по-рано, захранването на VREG_AVDD е много чувствително към шум и следователно трябва да бъде филтрирано. Установихме, че тъй като VREG_AVDD черпи само около 200 μA, RC филтър от 33 Ω и 4.7 μF е достатъчен.
Така че, за да обобщим, използваните компоненти ще бъдат...
- C6, C7 & C9 – 4.7μF (0402, 1005 метрика)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016 метрика)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 метричен)
Листът с данни RP2350 има по-подробна дискусия относно препоръките за оформление на регулатора, моля, вижте изискванията за оформление на външни компоненти и печатни платки.

Входно захранване

Връзката за входно захранване за този дизайн е чрез 5V VBUS щифт на Micro-USB конектор (обозначен с J1 на фигура 5). Това е често срещан метод за захранване на електронни устройства и тук има смисъл, тъй като RP2350 има USB функционалност, която ще свържем към щифтовете за данни на този конектор. Тъй като се нуждаем само от 3.3 V за този дизайн (захранването от 1.1 V идва от вътрешния), трябва да намалим входящото 5 V USB захранване, в този случай, използвайки друг външен обемtage регулатор, в този случай линеен регулатор (известен още като регулатор с ниско отпадане или LDO). След като преди това възхвалявах предимствата на използването на ефективен превключващ регулатор, може да е мъдър избор да използвам такъв и тук, но аз избрах простотата. Първо, използването на LDO почти винаги е по-лесно. Не са необходими изчисления, за да разберете какъв размер индуктор трябва да използвате или колко големи са изходните кондензатори, а оформлението обикновено също е много по-ясно. Второ, спестяването на всяка капка енергия не е целта тук; ако беше, щях сериозно да обмисля използването на превключващ регулатор, а вие можете да намерите ексampда го направя на Raspberry Pi Pico 2. И трето, мога просто да „заема“ веригата, която използвах преди това на версията RP2040 на платката Minimal. Избраният тук NCP1117 (U2) има фиксиран изход от 3.3 V, широко се предлага и може да осигури до 1 A ток, което ще бъде достатъчно за повечето дизайни. Поглед към листа с данни за NCP1117 ни казва, че това устройство изисква кондензатор от 10 μF на входа и друг на изхода (C1 и C5).

Разединителни кондензатори

Фигура 6. Схематична секция, показваща входовете за захранване на RP2350, voltage регулатор и разединителни кондензатори

Друг аспект на дизайна на захранването са отделящите кондензатори, необходими за RP2350. Те осигуряват две основни функции. Първо, те филтрират шума от захранването и второ, осигуряват локално захранване, което веригите в RP2350 могат да използват за кратко време. Това предотвратява обtagнивото в непосредствена близост от падане твърде много, когато текущото търсене внезапно се увеличи. Поради това е важно да поставите отделянето близо до захранващите щифтове. Обикновено препоръчваме използването на 100nF кондензатор на захранващ щифт, но в няколко случая се отклоняваме от това правило.

Фигура 7. Секция от оформлението, показваща маршрутизирането и отделянето на RP2350

Първо, за да можем да имаме достатъчно място за всички щифтове на чипа, за да могат да бъдат изведени, далеч от устройството, трябва да направим компромис с количеството разделителни кондензатори, които можем да използваме. В този дизайн щифтове 53 и 54 на RP2350A (щифтове 68 и 69 на RP2350B) споделят един кондензатор (C12 на фигура 7 и фигура 6), тъй като няма много място от тази страна на устройството и компонентите и оформлението на регулатора имат предимство.
Тази липса на пространство може да бъде донякъде преодоляна, ако използваме по-сложна/скъпа технология, като по-малки компоненти или четирислойна печатна платка с компоненти както от горната, така и от долната страна. Това е компромис в дизайна; намалихме сложността и разходите за сметка на по-малък разделящ капацитет и кондензатори, които са малко по-далеч от чипа, отколкото е оптимално (това увеличава индуктивността). Това може да има ефект на ограничаване на максималната скорост, при която дизайнът може да работи, тъй като voltagЗахранването може да стане твърде шумно и да падне под минималния разрешен обемtage; но за повечето приложения този компромис трябва да е приемлив.

Другото отклонение от правилото 100nF е, за да можем допълнително да подобрим voltage производителност на регулатора; препоръчваме да използвате 4.7μF за C10, който е поставен от другата страна на чипа от регулатора.

Глава 3. Флаш памет

Основна светкавица

Фигура 8. Схематична секция, показваща основната флаш памет и веригата USB_BOOT

За да можем да съхраняваме програмен код, от който RP2350 може да стартира и стартира, трябва да използваме флаш памет, по-специално четворна SPI флаш памет. Избраното тук устройство е устройство W25Q128JVS (U3 на фигура 8), което е 128Mbit чип (16MB). Това е най-големият размер на паметта, който RP2350 може да поддържа. Ако конкретното ви приложение не се нуждае от толкова много памет, тогава може да се използва по-малка, по-евтина памет вместо това.
Тъй като тази шина за данни може да бъде с доста висока честота и се използва редовно, QSPI щифтовете на RP2350 трябва да бъдат свързани директно към светкавицата, като се използват къси връзки, за да се поддържа целостта на сигнала и също така да се намалят кръстосаните смущения в околните вериги. Crosstalk е мястото, където сигналите в мрежата на една верига могат да предизвикат нежелана сила на звукаtages в съседна верига, което потенциално причинява възникване на грешки.

Сигналът QSPI_SS е специален случай. Той е свързан директно към светкавицата, но също така има два резистора (е, четири, но ще се спра на това по-късно), свързани към него. Първият (R1) е издърпване към 3.3V захранване. Флаш паметта изисква входът за избор на чип да бъде на същата сила на звукаtage като собствен щифт за захранване от 3.3 V, когато устройството е включено, в противен случай то не функционира правилно. Когато RP2350 се включи, неговият QSPI_SS щифт автоматично ще се изтегли, но има кратък период от време по време на включване, когато състоянието на QSPI_SS щифта не може да бъде гарантирано. Добавянето на издърпващ резистор гарантира, че това изискване винаги ще бъде изпълнено. R1 е маркиран като DNF (Do Not Fit) на схемата, тъй като открихме, че с това конкретно флаш устройство външното издърпване е ненужно. Въпреки това, ако се използва различна светкавица, може да стане важно да можете да поставите резистор от 10 kΩ тук, така че той е включен за всеки случай.
Вторият резистор (R6) е 1kΩ резистор, свързан към бутон (SW1), означен като „USB_BOOT“. Това е така, защото щифтът QSPI_SS се използва като "каишка за зареждане"; RP2350 проверява стойността на този I/O по време на последователността на зареждане и ако се установи, че е логическа 0, тогава RP2350 се връща в режим BOOTSEL, където RP2350 се представя като USB устройство за масово съхранение и кодът може да бъде копиран директно към него. Ако просто натиснем бутона, издърпваме щифта QSPI_SS към земята и ако след това устройството бъде нулирано (напр. чрез превключване на щифта RUN), RP2350 ще се рестартира в режим BOOTSEL, вместо да се опитва да изпълни съдържанието на флаш паметта. Тези резистори, R2 и R6 (R9 и R10 също), трябва да бъдат поставени близо до флаш чипа, така че избягваме допълнителни дължини на медни писти, които биха могли да повлияят на сигнала.
Всичко по-горе се отнася специално за RP2350, който няма вътрешна светкавица. Разбира се, устройствата RP2354 имат вътрешна 2MB флаш памет, така че външната U3 памет не е необходима, така че U3 може безопасно да бъде премахнат от схемата или просто да бъде оставен непопълнен. Във всеки от тези случаи все още бихме искали да запазим превключвателя USB_BOOT свързан към QSPI_SS, така че да можем да влезем в режим на зареждане от USB.

Вторична флаш памет или PSRAM

Серията RP235x вече поддържа второ устройство с памет, използващо същите QSPI пинове, с GPIO, осигуряващ допълнителен избор на чип. Така че, ако използваме RP2354 (който има вътрешна светкавица), тогава можем да използваме U3 като вторична светкавица или дори да я заменим с PSRAM устройство. За да направим това, трябва да изключим QSPI_SS от U3 и вместо това да го свържем към подходящ GPIO. Най-близкият GPIO, който може да бъде избор на чип (XIP_CS1n), е GPIO0, така че като премахнем 0Ω от R10 и го монтираме към R9, сега можем да получим достъп до U3 в допълнение към светкавицата в чипа. За да вземете напълно аванtage от тази функция, където имаме две външни устройства с памет, така че частите RP2350 без флаш памет да могат да се възползват, по-голямата от двете платки Minimal, за RP2350B, включва допълнителен отпечатък (U4) за допълнителен чип памет.

Фигура 9. Схематична секция, показваща опционалното устройство с вторична памет

За да можете да използвате това устройство, то очевидно ще трябва да бъде попълнено, както и R11 (0Ω) и R13 (10KΩ). Добавянето на R11 свързва GPIO0 (сигнала XIP_CS1n) към избора на чип на втората памет. Издърпването на щифта за избор на чип определено е необходимо този път, тъй като състоянието по подразбиране на GPIO0 е да бъде изтеглено ниско при включване, което би довело до повреда на нашето флаш устройство. C22 също ще бъде необходим за осигуряване на локално отделяне на захранването за U4.

Поддържани флаш чипове
Първоначалната последователност на светкавичната сонда, използвана от дъното за извличане на втория stage от флаш, използва команда за серийно четене 03h с 24-битово адресиране и сериен часовник от приблизително 1MHz. Той многократно преминава през четирите комбинации от полярност на часовника и фаза на часовника, търсейки валидна секунда stage CRC32 контролна сума.
Като второ stagСлед това e е свободен да конфигурира изпълнение на място, като използва същата команда за серийно четене 03h, RP2350 може да изпълнява кеширано изпълнение на флаш на място с всеки чип, поддържащ серийно четене 03h с 24-битово адресиране, което включва повечето флаш устройства от серия 25 . SDK предоставя example втори stage за CPOL=0 CPHA=0, при https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. За да поддържа флаш програмиране с помощта на рутинните процедури в долната част, устройството трябва да отговаря и на следните команди:

02h 256-байтова страница програма
05h регистър на състоянието е прочетен
06h задаване на ключ за разрешаване на запис

20h 4kB секторно изтриване

RP2350 също поддържа голямо разнообразие от двойни SPI и QSPI режими на достъп. Напримерampле, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S конфигурира устройство от серия Winbond W25Q за режим на непрекъснато четене на quad-IO, където RP2350 изпраща quad-IO адреси (без команден префикс) и флашът отговаря с quad-IO данни.

Необходимо е известно внимание при флаш XIP режимите, при които флаш устройството спира да отговаря на стандартни серийни команди, като режима на непрекъснато четене на Winbond, споменат по-горе. Това може да причини проблеми, когато RP2350 се нулира, но флаш устройството не е включено, тъй като тогава светкавицата няма да реагира на последователността на сондата за флаш бутром. Преди да издаде серийно четене 03h, bootrom винаги издава следната фиксирана последователност, която е най-добрата последователност за прекратяване на XIP на набор от флаш устройства:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (чрез изтегляне надолу за избягване на конкуренция), проблем ×32 часовника
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (чрез издърпвания за избягване на конкуренция), проблем ×32 часовника
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (задвижван нисък Z, всички други I/O Hi-Z), проблем ×16 такта

Ако избраното от вас устройство не реагира на тази последователност, когато е в режим на непрекъснато четене, то трябва да се поддържа в състояние, в което всяко прехвърляне е предшествано от серийна команда, в противен случай RP2350 няма да може да се възстанови след вътрешно нулиране.
За повече подробности относно QSPI, моля, вижте QSPI Memory Interface (QMI) в листа с данни RP2350.

Глава 4. Кристален осцилатор

Фигура 10. Схематична секция, показваща кристалния осцилатор и товарните кондензатори

Строго погледнато, RP2350 всъщност не изисква външен източник на часовник, тъй като има собствен вътрешен осцилатор. Въпреки това, тъй като честотата на този вътрешен осцилатор не е добре дефинирана или контролирана, варира от чип до чип, както и с различен обем на захранванеtages и температури, се препоръчва използването на стабилен външен честотен източник. Приложения, които разчитат на точни честоти, не са възможни без външен честотен източник, като USB е основен примерampле.
Осигуряването на външен източник на честота може да се извърши по един от двата начина: или чрез осигуряване на източник на часовник с CMOS изход (квадратна вълна на IOVDD voltagд) в щифта XIN или чрез използване на 12MHz кристал, свързан между тях
XIN и XOUT. Използването на кристал е предпочитаният вариант тук, тъй като са сравнително евтини и много точни.

Избраният кристал за този дизайн е ABM8-272-T3 (Y1 на фигура 10). Това е същият 12MHz кристал, използван при Raspberry Pi Pico и Raspberry Pi Pico 2. Горещо препоръчваме използването на този кристал заедно с придружаващата го схема, за да гарантирате, че часовникът стартира бързо при всякакви условия, без да повредите самия кристал. Кристалът има честотен толеранс от 30 ppm, което трябва да е достатъчно добро за повечето приложения. Заедно с толеранс на честотата от +/-30ppm, той има максимално ESR от 50Ω и капацитет на натоварване от 10pF, като и двете имаха отношение към избора на съпътстващи компоненти.
За да осцилира кристал с желаната честота, производителят определя капацитета на натоварване, който му е необходим, за да го направи, и в този случай той е 10pF. Този товарен капацитет се постига чрез поставяне на два кондензатора с еднаква стойност, по един от всяка страна на кристала към земята (C3 и C4). От гледна точка на кристала view, тези кондензатори са свързани последователно между двата му извода. Основната теория на веригата ни казва, че те се комбинират, за да дадат капацитет от (C3*C4)/(C3+C4), и тъй като C3=C4, тогава това е просто C3/2. В този бившampизползвали сме кондензатори от 15pF, така че серийната комбинация е 7.5pF. В допълнение към този умишлен капацитет на натоварване, ние също трябва да добавим стойност за непреднамерения допълнителен капацитет или паразитен капацитет, който получаваме от релсите на PCB и щифтовете XIN и XOUT на RP2350. Ще приемем стойност от 3pF за това и тъй като този капацитет е успореден на C3 и C4, ние просто добавяме това, за да ни даде общ капацитет на натоварване от 10.5pF, което е достатъчно близо до целта от 10pF. Както можете да видите, паразитният капацитет на печатните платки е фактор и затова трябва да ги поддържаме малки, за да не разстроим кристала и да спрем да осцилира по предназначение. Опитайте се да запазите оформлението възможно най-кратко.
Второто съображение е максималното ESR (еквивалентно серийно съпротивление) на кристала. Избрахме устройство с максимум 50 Ω, тъй като открихме, че това, заедно с 1kΩ сериен резистор (R2), е добра стойност за предотвратяване на прекомерно задвижване на кристала и повреда при използване на IOVDD ниво на 3.3V. Ако обаче IOVDD е по-малко от 3.3 V, токът на задвижване на щифтовете XIN/XOUT е намален и ще откриете, че ampсилата на кристала е по-ниска или дори може изобщо да не осцилира. В този случай ще трябва да се използва по-малка стойност на серийния резистор. Всяко отклонение от кристалната верига, показана тук, или с ниво на IOVDD, различно от 3.3 V, ще изисква задълбочено тестване, за да се гарантира, че кристалът осцилира при всякакви условия и се стартира достатъчно бързо, за да не причини проблеми с вашето приложение.

Препоръчителен кристал

За оригинални проекти, използващи RP2350, препоръчваме да използвате Abracon ABM8-272-T3. Напримерample, в допълнение към минималния дизайн example, вижте схемата на платката Pico 2 в Приложение B на листа с данни на Raspberry Pi Pico 2 и дизайна на Pico 2 files.
За най-добра производителност и стабилност в типичните работни температурни диапазони използвайте Abracon ABM8-272-T3. Можете да получите ABM8-272-T3 директно от Abracon или от оторизиран търговец. Pico 2 е специално настроен за ABM8-272-T3, който има следните спецификации:

Дори ако използвате кристал с подобни спецификации, ще трябва да тествате веригата в диапазон от температури, за да осигурите стабилност.
Кристалния осцилатор се захранва от IOVDD voltagд. В резултат на това кристалът Abracon и този конкретен damping резистор са настроени за работа от 3.3 V. Ако използвате различен IO voltage, ще трябва да пренастроите.
Всякакви промени в кристалните параметри рискуват нестабилност във всички компоненти, свързани към кристалната верига.

Ако не можете да получите препоръчания кристал директно от Abracon или дистрибутор, свържете се с applications@raspberrypi.com.

Глава 5. IO

USB
Фигура 11. Схематична секция, показваща USB щифтовете на RP2350 и крайния край на серията

RP2350 предоставя два пина, които да се използват за пълноскоростен (FS) или нискоскоростен (LS) USB, като хост или устройство, в зависимост от използвания софтуер. Както вече обсъдихме, RP2350 може да стартира и като USB устройство за масово съхранение, така че свързването на тези щифтове към USB конектора (J1 на фигура 5) има смисъл. Щифтовете USB_DP и USB_DM на RP2350 не изискват никакви допълнителни издърпвания или издърпвания (необходими за указване на скорост, FS или LS, или дали е хост или устройство), тъй като те са вградени в I/O. Въпреки това, тези I/Os изискват 27Ω серийни крайни резистори (R7 и R8 на Фигура 11), поставени близо до чипа, за да отговарят на спецификацията на USB импеданса.
Въпреки че RP2350 е ограничен до пълна скорост на предаване на данни (12Mbps), трябва да се опитаме да се уверим, че характерният импеданс на предавателните линии (медните релси, свързващи чипа с конектора) е близък до
USB спецификация от 90Ω (измерено диференциално). На платка с дебелина 1 mm като тази, ако използваме 0.8 mm широки писти на USB_DP и USB_DM, с разстояние от 0.15 mm между тях, трябва да получим диференциален характерен импеданс от около 90 Ω. Това е, за да се гарантира, че сигналите могат да се движат по тези преносни линии възможно най-чисто, минимизирайки voltagотражения, които могат да намалят целостта на сигнала. За да работят правилно тези преносни линии, трябва да се уверим, че директно под тези линии има земя. Плътна, непрекъсната площ от смляна мед, простираща се по цялата дължина на пистата. При този дизайн почти целият долен меден слой е посветен на земята и беше отделено специално внимание, за да се гарантира, че USB пистите преминават само върху земята. Ако за вашата компилация е избрана PCB с дебелина над 1 mm, тогава имаме две възможности. Можем да преработим USB предавателните линии, за да компенсираме по-голямото разстояние между коловоза и земята отдолу (което може да е физическа невъзможност), или бихме могли да го игнорираме и да се надяваме на най-доброто. USB FS може да бъде доста прощаващ, но вашият пробег може да варира. Вероятно ще работи в много приложения, но вероятно няма да е съвместим с USB стандарта.

I/O заглавки

Фигура 12. Схематична секция, показваща 2.54 mm I/O заглавки на версията QFN60

В допълнение към вече споменатия USB конектор, има двойка двуредови 2.54 mm конектори (J2 и J3 на Фигура 12), по един от всяка страна на платката, към които са свързани останалите I/O. Има 30 GPIO на RP2350A, докато има 48 GPIO на RP2350B, така че заглавките на тази версия на платката Minimal са по-големи, за да позволят допълнителните пинове (вижте Фигура 13).
Тъй като това е дизайн с общо предназначение, без конкретно приложение в ума, I/O са предоставени за свързване по желание на потребителя. Вътрешният ред от щифтове на всеки конектор са I/O, а външният ред е свързан към земята. Добра практика е да включите много основания на I/O конектори. Това помага да се поддържа земя с нисък импеданс и също така да се осигурят много потенциални обратни пътища за токове, пътуващи към и от
I/O връзки. Това е важно, за да се сведат до минимум електромагнитните смущения, които могат да бъдат причинени от обратните токове на бързо превключващи сигнали, които преминават по дълги циклични пътища за завършване на веригата.

И двата заглавия са на една и съща решетка от 2.54 mm, което прави свързването на тази платка с други неща, като например дъски за макет, по-лесно. Може да помислите за монтиране само на един ред заглавка вместо двуредов заглавка, като се откажете от външния ред заземяващи връзки, за да направите по-удобно да се монтира към макет.

Фигура 13. Схематична секция, показваща 2.54 mm I/O заглавки на версията QFN80

Конектор за отстраняване на грешки

Фигура 14. Схематична секция, показваща незадължителния JST конектор за SWD отстраняване на грешки

За отстраняване на грешки в чипа може да пожелаете да се свържете към SWD интерфейса на RP2350. Двата щифта, SWD и SWCLK, са налични на 2.54 mm конектор, J3, за да позволят сондата за отстраняване на грешки по ваш избор да бъде лесно свързана. В допълнение към това включих незадължителен JST хедър, който позволява лесно свързване към Raspberry Pi Debug Probe. Не е необходимо да използвате това, 2.54 мм заглавки ще са достатъчни, ако възнамерявате да отстранявате грешки в софтуера, но смятам, че е по-удобно да го направите. Избрах хоризонтален конектор, най-вече защото ми харесва как изглежда, дори и да не е на ръба на платката, но има и вертикални, макар и с малко по-различен отпечатък.

Бутони
Дизайнът Minimal вече съдържа не един, а два бутона, докато версията RP240 нямаше нито един. Единият е за избор на зареждане от USB, както обсъдихме по-рано, но вторият е бутон за нулиране, свързан към щифта RUN. Нито едно от тях не е строго необходимо (въпреки че бутонът BOOTSEL ще трябва да бъде заменен с хедър или подобен, ако се изисква USB режим на зареждане) и може да бъде премахнат, ако пространството или цената са проблем, но те със сигурност правят използването на RP2350 далеч по-приятно изживяване.

Приложение A: Пълна схема - версия RP2350A

Фигура 15. Пълна схема на минималния дизайн за RP2350A

Приложение B: Пълна схема - версия RP2350B

Фигура 16. Пълна схема на минималния дизайн за RP2350B

Приложение H: История на издаването на документация

8 август 2024 г
Първоначално издание.

i Raspberry Pi
Raspberry Pi е търговска марка на Raspberry Pi Ltd
Raspberry Pi Ltd

Документи / Ресурси

Микроконтролер Raspberry Pi SC1631 Raspberry [pdf] Ръководство за употреба
Микроконтролер SC1631 Raspberry, SC1631, Микроконтролер Raspberry, Микроконтролер

Референции

Ръководство за потребителя

Микроконтролер Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Инструкции за употреба на продукта