Raspberry Pi SC1631 Raspberry mikrokontroler Uputstvo za upotrebu

Poglavlje 1: Uvod
Serija RP2350 nudi različite opcije pakovanja u poređenju sa serijom RP2040. RP2350A i RP2354A dolaze u QFN-60 paketu bez i sa internom fleš memorijom, respektivno, dok RP2354B i RP2350B dolaze u QFN-80 paketu sa i bez fleš memorije.

Poglavlje 2: Snaga
RP2350 serija ima novu on-chip switching voltage regulator sa pet pinova. Ovaj regulator zahteva eksterne komponente za rad, ali nudi veću energetsku efikasnost pri većim strujama opterećenja u poređenju sa linearnim regulatorom u seriji RP2040. Obratite pažnju na osjetljivost na šum u pinu VREG_AVDD koji napaja analogno kolo.

Često postavljana pitanja (FAQ)

P: Koja je glavna razlika između RP2350A i RP2350B?
O: Glavna razlika leži u prisutnosti interne flash memorije. RP2350A nema internu flash memoriju dok RP2350B ima.
P: Koliko pinova ima voltage regulator u seriji RP2350 imaju?
O: VoltagRegulator u seriji RP2350 ima pet pinova.

Dizajn hardvera sa RP2350 Korišćenjem RP2350 mikrokontrolera za pravljenje ploča i proizvoda

Kolofon

Ova dokumentacija je licencirana pod Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). build-date: 2024-08-08 build-version: c0acc5b-clean
Pravno obaveštenje o odricanju od odgovornosti

TEHNIČKE PODATKE I POUZDANOST ZA PROIZVODE RASPBERRY PI (UKLJUČUJUĆI LISTE PODATAKA) KOJE SE S VREMENA NA VREME MODIFIKUJU (“RESURSI”) OBEZBEĐUJE RASPBERRY PI LTD (“RPL”) “KAKO JESU” I BILO KOJI IZRIČITO, NJ. DA SE IMPLICIRANE GARANCIJE O PRODAJNOSTI I PRIKLADNOSTI ZA ODREĐENU NAMJENU ODRIČE. U MAKSIMALNOJ MERI KOJI JE DOZVOLJENO VAŽEĆIM ZAKONOM NI U KOJEM SLUČAJU NEĆE BITI ODGOVORAN ZA BILO KAKVE DIREKTNE, INDIREKTNE, SLUČAJNE, POSEBNE, PRIMJERNE ILI POSLJEDIČNE ŠTETE (UKLJUČUJUĆI, ALI KOJI SE ODGOVARA, ALI OD GODINE). S; GUBITAK KORIŠĆENJA, PODATAKA ILI DOBITAKA ILI PREKIDA POSLOVANJA) KOJI BI BILO UZROKOVANI I NA BILO KOJOJ TEORIJI ODGOVORNOSTI, BILO U UGOVORU, STROGOJ ODGOVORNOSTI ILI DEŽITU (UKLJUČUJUĆI NEMAR ILI NA DRUGI NAČIN) KOJI NASTAJE NA BILO KOJI NAČIN; BILITY TAKVE ŠTETE.
RPL zadržava pravo da izvrši bilo kakva poboljšanja, poboljšanja, ispravke ili bilo koje druge modifikacije RESURSA ili bilo kojih proizvoda opisanih u njima u bilo koje vrijeme i bez daljnje najave.
RESURSI su namijenjeni kvalifikovanim korisnicima sa odgovarajućim nivoima znanja o dizajnu. Korisnici su isključivo odgovorni za svoj odabir i korištenje RESURSA i svaku primjenu proizvoda opisanih u njima. Korisnik je saglasan da će obeštetiti i zadržati RPL bezopasnim za sve obaveze, troškove, štete ili druge gubitke koji proizlaze iz njihovog korišćenja RESURSA.

RPL daje korisnicima dozvolu da koriste RESURSE isključivo u kombinaciji s Raspberry Pi proizvodima. Svaka druga upotreba RESURSA je zabranjena. Ne daje se licenca bilo kojem drugom RPL-u ili drugom pravu intelektualne svojine treće strane.
AKTIVNOSTI VISOKOG RIZIKA. Raspberry Pi proizvodi nisu dizajnirani, proizvedeni ili namijenjeni za upotrebu u opasnim okruženjima koja zahtijevaju sigurne performanse, kao što su rad nuklearnih postrojenja, navigacijski ili komunikacijski sistemi aviona, kontrola zračnog prometa, sistemi oružja ili sigurnosno kritične aplikacije (uključujući održavanje života sistemi i drugi medicinski uređaji), kod kojih bi kvar proizvoda mogao direktno dovesti do smrti, ozljede ili teške fizičke ili ekološke štete („Visoko rizične aktivnosti“). RPL se izričito odriče bilo kakve eksplicitne ili implicirane garancije o prikladnosti za aktivnosti visokog rizika i ne prihvata nikakvu odgovornost za upotrebu ili uključivanje Raspberry Pi proizvoda u visokorizične aktivnosti.

Raspberry Pi proizvodi su podložni standardnim uslovima RPL-a. RPL-ova odredba RESURSA ne proširuje niti na drugi način mijenja RPL-ove Standardne uslove uključujući, ali ne ograničavajući se na odricanja odgovornosti i garancije izražene u njima.

Poglavlje 1. Uvod

Slika 1. KiCad 3D prikaz RP2350A Minimalni dizajn prample

Kada smo prvi put predstavili Raspberry Pi RP2040, izdali smo i 'Minimalni' dizajn example i prateći vodič Dizajn hardvera sa RP2040 koji, nadamo se, objašnjava kako se RP2040 može koristiti u jednostavnoj ploči i zašto su napravljeni različiti izbori komponenti. Sa dolaskom serije RP235x, vrijeme je da se vratimo na originalni RP2040 Minimal dizajn i ažuriramo ga kako bismo uzeli u obzir nove karakteristike, kao i svaku od varijanti paketa; RP2350A sa svojim QFN-60 paketom i RP2350B koji je QFN-80. Opet, ovi dizajni su u Kicad (7.0) formatu i dostupni su za preuzimanje (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Minimalna ploča
Originalna Minimal ploča bila je pokušaj pružanja jednostavnog referentnog dizajna, koristeći minimalni minimum vanjskih komponenti potrebnih za pokretanje RP2040, a da je i dalje izložen i dostupan sav IO. Ovo se u suštini sastojalo od izvora napajanja (linearni regulator od 5V do 3.3V), kristalnog oscilatora, fleš memorije i IO konekcija (mikro USB utičnica i GPIO zaglavlja). Nove ploče serije RP235x Minimal su uglavnom iste, ali sa nekim promjenama koje su neophodne zbog novog hardvera. Pored ovoga, i uprkos tome što se pomalo protivi minimalnoj prirodi dizajna, dodao sam nekoliko dugmadi za bootsel i run, zajedno sa zasebnim SWD zaglavljem, što bi ovog puta trebalo značiti potpuno manje frustrirajuće iskustvo otklanjanja grešaka. Dizajni striktno govoreći ne trebaju ova dugmad, signali su još uvijek dostupni na zaglavljima i mogu se izostaviti ako ste posebno svjesni troškova ili prostora, ili imate mazohističke sklonosti.

RP2040 protiv serije RP235x
Najočitija promjena je u paketima. Dok je RP2040 QFN-7 7x56mm, serija RP235x trenutno ima četiri različita člana. Postoje dva uređaja koji dijele isti QFN-60 paket; RP2350A koji ne sadrži internu fleš memoriju i RP2354A koji ima. Slično, QFN-80 takođe dolazi u dve vrste; RP2354B sa blicem i RP2350B bez. QFN-60 uređaji i originalni RP2040 dijele zajedničku baštinutage.

Svaki od njih ima po 30 GPIO-a, od kojih su četiri povezana na ADC i veličine su 7x7 mm. Unatoč tome, RP2350A nije zamjenska zamjena za RP2040, jer je broj pinova na svakom različit. Nasuprot tome, QFN-80 čipovi sada imaju 48 GPIO-a, a osam od njih je sada sposobno za ADC. Zbog toga sada imamo dvije Minimal ploče; jedan za 60 pin uređaje, a jedan za 80. Ove Minimal ploče su prvenstveno dizajnirane za dijelove bez internog blica (RP2350), međutim dizajn se može lako koristiti sa internim flash uređajima (RP2354) jednostavnim izostavljanjem ugrađenog blica memoriju, ili čak da je koristite kao sekundarni fleš uređaj (više o tome kasnije). Postoji mala razlika između ove dvije ploče, osim činjenice da QFN-80 verzija ima duže redove zaglavlja za smještaj dodatnog GPIO-a, pa je ploča stoga veća.

Osim pakovanja, najveća razlika na nivou ploče između RP235x serije i RP2040 su izvori napajanja. Serija RP235x ima neke nove igle za napajanje i drugačiji unutrašnji regulator. Linearni regulator od 100 mA RP2040 zamijenjen je prekidačkim regulatorom od 200 mA, i kao takav, zahtijeva neka vrlo specifična kola i nema malo pažnje na raspored. Toplo se preporučuje da pažljivo pratite naš izgled i izbor komponenti; već smo prošli kroz bol zbog toga što moramo napraviti nekoliko iteracija dizajna, pa se nadamo da nećete morati.

Slika 2. KiCad 3D prikaz RP2350B Minimalni dizajn prample

The Design
Namjera Minimal design examples je kreirati par jednostavnih ploča koristeći seriju RP235x, koje bi trebale biti jeftine i jednostavne za proizvodnju, bez upotrebe nepotrebno egzotičnih PCB tehnologija. Minimalne ploče su stoga dvoslojne konstrukcije, koristeći komponente koje bi trebale biti opšte dostupne, a sve montirane na gornju stranu ploče. Iako bi bilo lijepo koristiti velike komponente koje se lako lemljuju rukom, mali korak QFN čipova (2 mm) znači da je korištenje nekih 0.4 (0402 metričkih) pasivnih komponenti neizbježno ako se koriste svi GPIO-ovi. Iako ručno lemljenje 1005 komponenti nije previše izazovno sa pristojnim lemilom, vrlo je gotovo nemoguće zalemiti QFN-ove bez specijalističke opreme.

U sljedećih nekoliko odjeljaka pokušat ću objasniti čemu služe dodatna kola, i nadamo se kako smo došli do izbora koje smo napravili. Kako ću zapravo govoriti o dva odvojena dizajna, po jednom za svaku veličinu pakovanja, pokušao sam da stvari budu što jednostavnije. Koliko je to moguće, sve reference komponenti za dvije ploče su identične, tako da ako govorim o U1, R1, itd., onda je to jednako relevantno za obje ploče. Očigledan izuzetak je kada je komponenta samo na jednoj od ploča (u svim slučajevima, ovo će biti na većoj varijanti sa 80 pinova), tada će komponenta u pitanju biti samo na QFN-80 dizajnu; nprample, R13 se pojavljuje samo na ovoj ploči.

Poglavlje 2. Snaga

Napajanja serije RP235x i RP2040 se ovog puta ponešto razlikuju, iako u svojoj najjednostavnijoj konfiguraciji i dalje zahtijevaju dva napajanja, 3.3V i 1.1V. Serija RP235x je istovremeno više gladna energije, jer ima veće performanse, a takođe i štedljivija (kada je u stanju niske potrošnje) od svog prethodnika, pa je linearni regulator na RP2040 nadograđen prekidačkim regulatorom. Ovo nam omogućava veću energetsku efikasnost pri većim strujama (do 200mA u poređenju sa 100mA ranije).

Novi on-chip voltage regulator

Slika 3. Šematski dio koji prikazuje krug unutrašnjeg regulatora

Linearni regulator RP2040 imao je dva pina, ulaz od 3.3 V i izlaz od 1.1 V za napajanje DVDD-a na čipu. Ovaj put, regulator serije RP235x ima pet pinova i zahtijeva neke vanjske komponente da bi funkcionirao. Iako ovo izgleda kao korak unazad u smislu upotrebljivosti, prekidački regulator ima prednosttage da je energetski efikasniji pri većim strujama opterećenja.

Kao što ime govori, regulator brzo uključuje i isključuje interni tranzistor koji povezuje ulaz od 3.3 Vtage (VREG_VIN) na pin VREG_LX, i uz pomoć induktora (L1) i izlaznog kondenzatora (C7), može proizvesti DC izlazni volumentage koji je smanjen sa ulaza. VREG_FB pin prati izlaznu voltage, i prilagođava omjer uključivanja/isključivanja ciklusa uključivanja, kako bi se osiguralo da tražena voltage se održava. Kako se velike struje prebacuju sa VREG_VIN na VREG_LX, potreban je veliki kondenzator (C6) blizu ulaza, tako da ne ometamo previše napajanje od 3.3V. Govoreći o ovim velikim strujama uključivanja, regulator takođe dolazi sa sopstvenom povratnom vezom uzemljenja, VREG_PGND. Slično sa VREG_VIN i VREG_LX, raspored ove veze je kritičan, i dok se VREG_PGND mora spojiti na glavni GND, to se mora učiniti na način da se sve velike struje prebacivanja vrate direktno na PGND pin, bez ometanja ostatka GND previše.

Poslednji pin je VREG_AVDD, koji napaja analogno kolo unutar regulatora, a ovo je veoma osetljivo na šum.

Slika 4. Šematski dio koji prikazuje PCB raspored regulatora

Raspored regulatora na minimalnim pločama blisko odražava onaj na Raspberry Pi Pico 2. Mnogo je posla uloženo u dizajn ovog kola, sa mnogo iteracija PCB-a potrebnih da bi bio što bolji. mogu. Iako možete postaviti ove komponente na razne različite načine i još uvijek natjerati regulator da 'radi' (tj. proizvesti izlaznu zapreminutage na otprilike pravom nivou, dovoljno dobar da pokrene kod), otkrili smo da se s našim regulatorom treba postupati na tačno pravi način da bi bio zadovoljan, a pod sretnim mislim na proizvodnju ispravnog izlaznog volumenatage pod različitim strujnim uslovima opterećenja.
Dok smo izvodili naše eksperimente na ovome, bili smo pomalo razočarani kada smo se podsjetili da se nezgodan svijet fizike ne može uvijek zanemariti. Mi, kao inženjeri, uglavnom pokušavamo da uradimo upravo to; pojednostavljujući komponente, ignorišući (često) beznačajna fizička svojstva i umjesto toga fokusirajući se na svojstva koja nas zanimaju. Na primjerampda, jednostavan otpornik nema samo otpor, već i induktivnost, itd. U našem slučaju smo (ponovno) otkrili da induktori imaju magnetsko polje povezano s njima, i što je još važnije, zrače u smjeru ovisno o tome na koji način je zavojnica je namotana, i smjer toka struje. Također smo podsjetili da 'potpuno' zaštićeni induktor ne znači ono što mislite da bi mogao. Magnetno polje je u velikoj mjeri oslabljeno, ali nešto ipak pobjegne. Otkrili smo da bi se performanse regulatora mogle znatno poboljšati ako je induktor "na pravi način".
Ispostavilo se da magnetsko polje koje emituje iz 'pogrešnog' induktora ometa izlazni kondenzator regulatora (C7), što zauzvrat remeti kontrolno kolo unutar RP2350. S pravilnom orijentacijom induktora i preciznim rasporedom i odabirom komponenti koji se ovdje koriste, onda ovaj problem nestaje. Nesumnjivo će postojati i drugi rasporedi, komponente itd, koji bi mogli raditi sa induktorom u bilo kojoj orijentaciji, ali će najvjerovatnije koristiti mnogo više PCB prostora da bi to učinili. Omogućili smo ovaj preporučeni izgled kako bismo ljudima uštedjeli mnoge inženjerske sate koje smo proveli razvijajući i usavršavajući ovo kompaktno rješenje koje se dobro ponaša.
Štoviše, idemo toliko daleko da kažemo da ako odlučite da ne koristite našeg bivšegample, onda to činite na sopstvenu odgovornost. Slično kao što već radimo sa RP2040 i kristalnim krugom, gdje insistiramo (pa, snažno predlažemo) da koristite određeni dio (to ćemo ponovo učiniti u dijelu s kristalima ovog dokumenta).
Usmjerenost ovih malih induktora je uglavnom univerzalno zanemarena, sa orijentacijom namotaja zavojnice nemoguće zaključiti, a također je nasumično raspoređena duž kotura komponenti. Često se može naći da veće veličine kućišta induktora imaju oznake polariteta, međutim nismo mogli pronaći odgovarajuće u veličini kućišta 0806 (2016) koju smo odabrali. U tu svrhu, radili smo s Abracon-om na proizvodnji dijela od 3.3 μH sa tačkom koja označava polaritet, i što je još važnije, dođite na kolut sa svim njima poravnatim na isti način. TBD su (ili će vrlo brzo) biti dostupni široj javnosti od distributera. Kao što je ranije spomenuto, VREG_AVDD napajanje je vrlo osjetljivo na šum, pa ga stoga treba filtrirati. Otkrili smo da kako VREG_AVDD crpi samo oko 200μA, RC filter od 33Ω i 4.7μF je adekvatan.
Dakle, da rezimiramo, korištene komponente će biti…
- C6, C7 i C9 – 4.7 μF (0402, 1005 metrika)
- L1 – Abracon TBD (0806, metrika 2016.)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metrički)
RP2350 datasheet sadrži detaljniju raspravu o preporukama za raspored regulatora, pogledajte zahtjeve za eksterne komponente i PCB raspored.

Ulazno napajanje

Ulazno napajanje za ovaj dizajn je preko 5V VBUS pina mikro-USB konektora (označenog sa J1 na slici 5). Ovo je uobičajena metoda napajanja elektronskih uređaja, i ovdje ima smisla, jer RP2350 ima USB funkcionalnost, koju ćemo spojiti na pinove podataka ovog konektora. Kako nam je potrebno samo 3.3 V za ovaj dizajn (napajanje od 1.1 V dolazi iz unutrašnjeg), moramo smanjiti dolazni 5 V USB napajanje, u ovom slučaju, koristeći drugi, vanjski voltagRegulator, u ovom slučaju linearni regulator (tzv. Low Drop Out regulator, ili LDO). Pošto smo prethodno veličali prednosti korišćenja efikasnog prekidača regulatora, takođe bi mogao biti mudar izbor da ga upotrebite i ovde, ali sam se odlučio za jednostavnost. Prvo, korištenje LDO-a je gotovo uvijek lakše. Nisu potrebne kalkulacije da biste utvrdili koju veličinu induktora trebate koristiti ili koliki su izlazni kondenzatori, a raspored je također mnogo jednostavniji. Drugo, ušteda i do posljednje kapi snage ovdje nije cilj; da jeste, ozbiljno bih razmislio o upotrebi prekidača regulatora, a možete naći bivšegampda to radim na Raspberry Pi Pico 2. I treće, mogu jednostavno 'pozajmiti' kolo koje sam prethodno koristio na RP2040 verziji Minimal ploče. NCP1117 (U2) odabran ovdje ima fiksni izlaz od 3.3 V, široko je dostupan i može pružiti do 1 A struje, što će biti dovoljno za većinu dizajna. Pogled na datasheet za NCP1117 nam govori da ovaj uređaj zahtijeva kondenzator od 10μF na ulazu, a drugi na izlazu (C1 i C5).

Razdvojni kondenzatori

Slika 6. Šematski dio koji prikazuje ulaze za napajanje RP2350, voltage regulator i kondenzatori za razdvajanje

Drugi aspekt dizajna napajanja su kondenzatori za razdvajanje potrebni za RP2350. One pružaju dvije osnovne funkcije. Prvo, filtriraju šum izvora napajanja, a drugo, obezbjeđuju lokalno napajanje koje kola unutar RP2350 mogu koristiti u kratkom roku. Ovo sprečava da se voltagNivo u neposrednoj blizini od prevelikog pada kada se trenutna potražnja naglo poveća. Zbog toga je važno da se razdvajanje smjesti u blizinu strujnih pinova. Obično preporučujemo upotrebu kondenzatora od 100nF po pinu napajanja, međutim, u nekoliko slučajeva odstupamo od ovog pravila.

Slika 7. Odjeljak izgleda koji prikazuje RP2350 usmjeravanje i razdvajanje

Prvo, da bismo mogli imati dovoljno prostora za sve pinove čipa da se mogu izvući, dalje od uređaja, moramo napraviti kompromis s količinom kondenzatora za razdvajanje koje možemo koristiti. U ovom dizajnu, pinovi 53 i 54 na RP2350A (pinovi 68 i 69 na RP2350B) dijele jedan kondenzator (C12 na slici 7 i slici 6), jer na toj strani uređaja nema puno mjesta, a komponente i raspored regulatora imaju prednost.
Ovaj nedostatak prostora mogao bi se donekle prevazići ako bismo koristili složeniju/skuplju tehnologiju, kao što su manje komponente, ili četveroslojni PCB sa komponentama na gornjoj i donjoj strani. Ovo je kompromis dizajna; smanjili smo složenost i troškove, na račun manjeg kapaciteta za razdvajanje i kondenzatora koji su malo dalje od čipa nego što je optimalno (ovo povećava induktivnost). Ovo bi moglo imati efekta ograničavanja maksimalne brzine na kojoj bi dizajn mogao raditi, jer je voltagNapajanje bi moglo postati previše bučno i pasti ispod minimalno dozvoljene zapreminetage; ali za većinu aplikacija, ovaj kompromis bi trebao biti prihvatljiv.

Drugo odstupanje od pravila 100nF je da možemo dalje poboljšati voltage performanse regulatora; preporučujemo korištenje 4.7μF za C10, koji se nalazi na drugoj strani čipa od regulatora.

Poglavlje 3. Flash memorija

Primarni blic

Slika 8. Šematski dio koji prikazuje primarnu fleš memoriju i USB_BOOT kolo

Da bismo mogli pohraniti programski kod iz kojeg se RP2350 može pokrenuti i pokrenuti, potrebno je da koristimo fleš memoriju, konkretno, četverostruku SPI fleš memoriju. Ovdje odabrani uređaj je W25Q128JVS uređaj (U3 na slici 8), koji je 128Mbit čip (16MB). Ovo je najveća veličina memorije koju RP2350 može podržati. Ako vašoj aplikaciji nije potrebno toliko prostora za pohranu, umjesto toga se može koristiti manja, jeftinija memorija.
Kako ova sabirnica podataka može biti prilično visokofrekventna i redovno se koristi, QSPI pinovi RP2350 bi trebali biti povezani direktno na blic, koristeći kratke veze za održavanje integriteta signala, kao i za smanjenje preslušavanja u okolnim kolima. Preslušavanje je mjesto gdje signali na mreži jednog kola mogu izazvati neželjeni voltages na susjednom kolu, što potencijalno uzrokuje greške.

QSPI_SS signal je poseban slučaj. Direktno je spojen na blic, ali ima i dva otpornika (dobro, četiri, ali na to ću kasnije) spojena na njega. Prvi (R1) je povlačenje do 3.3V napajanja. Flash memorija zahtijeva da ulaz za odabir čipa bude na istom volumenutage kao vlastiti 3.3V napojni pin dok je uređaj uključen, u suprotnom neće raditi ispravno. Kada se RP2350 uključi, njegov QSPI_SS pin će automatski po defaultu biti povučen, ali postoji kratak period tokom uključivanja u kojem se stanje QSPI_SS pina ne može garantovati. Dodatak pull-up otpornika osigurava da će ovaj zahtjev uvijek biti zadovoljen. R1 je označen kao DNF (Do Not Fit) na šemi, jer smo otkrili da kod ovog konkretnog flash uređaja eksterno povlačenje nije potrebno. Međutim, ako se koristi drugačiji blic, može postati važno da se ovdje može umetnuti otpornik od 10kΩ, tako da je uključen za svaki slučaj.
Drugi otpornik (R6) je otpornik od 1 kΩ, spojen na dugme (SW1) označeno kao 'USB_BOOT'. To je zato što se pin QSPI_SS koristi kao 'remen za pokretanje'; RP2350 provjerava vrijednost ovog I/O-a tokom sekvence pokretanja, a ako se utvrdi da je logička 0, tada se RP2350 vraća u BOOTSEL način rada, gdje se RP2350 predstavlja kao USB uređaj za masovnu pohranu, a kod se može kopirati direktno na to. Ako jednostavno pritisnemo dugme, povlačimo QSPI_SS pin na masu, a ako se uređaj naknadno resetuje (npr. preklapanjem RUN pina), RP2350 će se ponovo pokrenuti u BOOTSEL modu umesto pokušaja da pokrene sadržaj blica. Ove otpornike, R2 i R6 (R9 i R10 takođe), treba postaviti blizu fleš čipa, tako da izbegavamo dodatne dužine bakrenih staza koje bi mogle uticati na signal.
Sve navedeno se posebno odnosi na RP2350, koji nema interni blic. Naravno, RP2354 uređaji imaju interne 2MB fleš memorije, tako da eksterna U3 memorija nije potrebna, tako da se U3 može bezbedno ukloniti sa šeme, ili jednostavno ostaviti nepopunjenim. U bilo kojem od ovih slučajeva, i dalje bismo željeli zadržati USB_BOOT prekidač povezan na QSPI_SS, tako da i dalje možemo ući u USB režim pokretanja.

Sekundarni blic ili PSRAM

Serija RP235x sada podržava drugi memorijski uređaj koji koristi iste QSPI pinove, a GPIO pruža dodatni izbor čipa. Dakle, ako koristimo RP2354 (koji ima interni blic), onda bismo mogli koristiti U3 kao sekundarni blic, ili ga čak zamijeniti PSRAM uređajem. Da bismo to uradili, moramo da odspojimo QSPI_SS sa U3, i da ga umesto toga povežemo na odgovarajući GPIO. Najbliži GPIO koji može biti izbor čipa (XIP_CS1n) je GPIO0, tako da uklanjanjem 0Ω sa R10 i postavljanjem na R9, sada možemo pristupiti U3 pored blica na čipu. Kako bi u potpunosti iskoristili advantagE od ove funkcije, gdje imamo dva eksterna memorijska uređaja tako da dijelovi RP2350 bez blica mogu imati koristi, veća od dvije Minimal ploče, za RP2350B, uključuje opcioni otisak (U4) za dodatni memorijski čip.

Slika 9. Šematski dio koji prikazuje opcijski sekundarni memorijski uređaj

Da biste mogli da koristite ovaj uređaj, očigledno će morati da bude popunjen, kao i R11 (0Ω), i R13 (10KΩ). Dodavanje R11 povezuje GPIO0 (signal XIP_CS1n) sa odabirom čipa druge memorije. Povlačenje na pinu za odabir čipa je definitivno potrebno ovog puta, jer podrazumevano stanje GPIO0 treba da se povuče nisko pri uključivanju, što bi dovelo do kvara našeg fleš uređaja. C22 bi također bio potreban da bi se osiguralo odvajanje lokalnog napajanja za U4.

Podržani flash čipovi
Inicijalna sekvenca bljeskalice koju koristi dno za izdvajanje drugog stage iz flash-a, koristi komandu serijskog čitanja 03h, sa 24-bitnim adresiranjem i serijskim taktom od približno 1MHz. Više puta kruži kroz četiri kombinacije polariteta sata i faze sata, tražeći važeći sekund stage CRC32 kontrolna suma.
Kao drugo stage je tada slobodan da konfiguriše izvršavanje na mestu koristeći istu komandu serijskog čitanja 03h, RP2350 može izvesti keširano flash izvršenje na mestu sa bilo kojim čipom koji podržava 03h serijsko čitanje sa 24-bitnim adresiranjem, što uključuje većinu flash uređaja serije 25 . SDK pruža example second stage za CPOL=0 CPHA=0, at https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Da bi podržao flash programiranje korištenjem rutina na dnu, uređaj također mora odgovoriti na sljedeće komande:

02h 256-bajtni program stranice
05h čitanje statusnog registra
06h postaviti bravu za omogućavanje pisanja

20h 4kB brisanje sektora

RP2350 takođe podržava širok izbor dual-SPI i QSPI načina pristupa. Za nprample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S konfiguriše Winbond W25Q-serije uređaj za quad-IO kontinuirani način čitanja, gdje RP2350 šalje quad-IO adrese (bez komandnog prefiksa) i blic odgovara quad-IO podacima.

Potreban je određeni oprez sa flash XIP modovima u kojima fleš uređaj prestaje da odgovara na standardne serijske komande, kao što je gore pomenuti Winbond režim kontinuiranog čitanja. Ovo može uzrokovati probleme kada se RP2350 resetuje, ali fleš uređaj nije uključen u ciklus napajanja, jer blic tada neće reagovati na sekvencu sonde blica. Prije izdavanja serijskog čitanja 03h, bootrom uvijek izdaje sljedeću fiksnu sekvencu, što je redoslijed najboljeg napora za ukidanje XIP-a na nizu flash uređaja:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (preko padajućeg menija da se izbjegne svađa), izdavanje ×32 takta
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (preko povlačenja da bi se izbjegla svađa), izdavanje ×32 takta
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (pogon low-Z, svi ostali I/Os Hi-Z), emisija ×16 taktova

Ako vaš odabrani uređaj ne reaguje na ovu sekvencu kada je u svom kontinuiranom načinu čitanja, onda se mora držati u stanju u kojem je svaki prijenos prefiksiran serijskom naredbom, inače RP2350 neće moći da se oporavi nakon internog resetiranja.
Za više detalja o QSPI, pogledajte QSPI memorijski interfejs (QMI) u tablici podataka RP2350.

Poglavlje 4. Kristalni oscilator

Slika 10. Šematski dio koji prikazuje kristalni oscilator i kondenzatore opterećenja

Strogo govoreći, RP2350 zapravo ne zahtijeva eksterni izvor takta, jer ima vlastiti interni oscilator. Međutim, kako frekvencija ovog internog oscilatora nije dobro definisana ili kontrolisana, varira od čipa do čipa, kao i sa različitim obima napajanjatage i temperature, preporučuje se korištenje stabilnog vanjskog izvora frekvencije. Aplikacije koje se oslanjaju na tačne frekvencije nisu moguće bez eksternog izvora frekvencije, pri čemu je USB glavni primjerample.
Obezbeđivanje eksternog izvora frekvencije može se izvršiti na jedan od dva načina: ili obezbeđivanjem izvora takta sa CMOS izlazom (kvadratni talas IOVDD vol.tage) u XIN pin, ili pomoću kristala od 12MHz spojenog između
XIN i XOUT. Korištenje kristala je ovdje poželjna opcija, jer su i relativno jeftini i vrlo precizni.

Odabrani kristal za ovaj dizajn je ABM8-272-T3 (Y1 na slici 10). Ovo je isti kristal od 12MHz koji se koristi na Raspberry Pi Pico i Raspberry Pi Pico 2. Toplo preporučujemo korištenje ovog kristala zajedno sa pratećim strujnim krugom kako bi se osiguralo da se takt pokreće brzo u svim uvjetima bez oštećenja samog kristala. Kristal ima toleranciju frekvencije od 30ppm, što bi trebalo biti dovoljno dobro za većinu primjena. Uz toleranciju frekvencije od +/-30ppm, ima maksimalni ESR od 50Ω i kapacitet opterećenja od 10pF, što je imalo uticaja na izbor pratećih komponenti.
Da bi kristal oscilirao na željenoj frekvenciji, proizvođač navodi kapacitet opterećenja koji mu je potreban za to, a u ovom slučaju je 10pF. Ovaj kapacitet opterećenja se postiže postavljanjem dva kondenzatora jednake vrijednosti, po jedan sa svake strane kristala na masu (C3 i C4). Sa tačke kristala view, ovi kondenzatori su povezani serijski između njegova dva terminala. Osnovna teorija kola nam govori da se kombinuju da daju kapacitet od (C3*C4)/(C3+C4), a kako je C3=C4, onda je to jednostavno C3/2. U ovom exampLe, koristili smo kondenzatore od 15pF, tako da je serijska kombinacija 7.5pF. Pored ovog namjernog kapaciteta opterećenja, moramo dodati i vrijednost za nenamjerni dodatni kapacitet, ili parazitski kapacitet, koji dobijamo od PCB staza i XIN i XOUT pinova RP2350. Za ovo ćemo pretpostaviti vrijednost od 3pF, a kako je ova kapacitivnost paralelna sa C3 i C4, jednostavno dodamo ovo da bismo dobili ukupni kapacitet opterećenja od 10.5pF, što je dovoljno blizu cilja od 10pF. Kao što možete vidjeti, parazitski kapacitet tragova PCB-a je faktor, i stoga ih moramo držati malim kako ne bismo uznemirili kristal i zaustavili ga da oscilira kako je predviđeno. Pokušajte da raspored bude što kraći.
Drugo razmatranje je maksimalni ESR (ekvivalentni serijski otpor) kristala. Odlučili smo se za uređaj sa maksimalno 50Ω, jer smo otkrili da je ovo, zajedno sa serijskim otpornikom od 1kΩ (R2), dobra vrijednost za sprječavanje preopterećenja kristala i oštećenja prilikom korištenja IOVDD-a. nivo od 3.3V. Međutim, ako je IOVDD manji od 3.3 V, tada je pogonska struja XIN/XOUT pinova smanjena i vidjet ćete da ampvisina kristala je niža, ili možda uopće ne oscilira. U ovom slučaju će se morati koristiti manja vrijednost serijskog otpornika. Svako odstupanje od kristalnog kruga prikazanog ovdje, ili s IOVDD nivoom drugačijim od 3.3V, zahtijevat će opsežno testiranje kako bi se osiguralo da kristal oscilira u svim uvjetima i da se pokreće dovoljno brzo da ne uzrokuje probleme s vašom primjenom.

Preporučeni kristal

Za originalne dizajne koji koriste RP2350 preporučujemo korištenje Abracon ABM8-272-T3. Za nprample, pored minimalnog dizajna examppogledajte shemu Pico 2 ploče u Dodatku B Raspberry Pi Pico 2 Datasheet i Pico 2 dizajn files.
Za najbolje performanse i stabilnost u tipičnim rasponima radnih temperatura, koristite Abracon ABM8-272-T3. Možete nabaviti ABM8-272-T3 direktno od Abracona ili od ovlaštenog prodavača. Pico 2 je posebno podešen za ABM8-272-T3, koji ima sljedeće specifikacije:

Čak i ako koristite kristal sa sličnim specifikacijama, morat ćete testirati krug u rasponu temperatura kako biste osigurali stabilnost.
Kristalni oscilator se napaja iz IOVDD voltage. Kao rezultat toga, kristal Abracon i taj određeni dampOtpornici su podešeni za rad od 3.3V. Ako koristite drugi IO voltage, moraćete ponovo da podesite.
Svaka promjena parametara kristala rizikuje nestabilnost bilo koje komponente povezane na kristalno kolo.

Ako ne možete nabaviti preporučeni kristal direktno od Abracona ili preprodavača, kontaktirajte applications@raspberrypi.com.

Poglavlje 5. IO

USB
Slika 11. Šematski dio koji prikazuje USB pinove RP2350 i serijski završetak

RP2350 ima dva pina koja se koriste za punu brzinu (FS) ili nisku brzinu (LS) USB, bilo kao domaćin ili uređaj, ovisno o korištenom softveru. Kao što smo već raspravljali, RP2350 se takođe može pokrenuti kao USB uređaj za masovno skladištenje podataka, tako da povezivanje ovih pinova sa USB konektorom (J1 na slici 5) ima smisla. Pinovi USB_DP i USB_DM na RP2350 ne zahtijevaju nikakva dodatna povlačenja ili padanja (potrebna da se naznači brzina, FS ili LS, ili da li se radi o hostu ili uređaju), jer su oni ugrađeni u I/O. Međutim, ovi I/O-ovi zahtevaju serijski završni otpornici od 27Ω (R7 i R8 na slici 11), postavljeni blizu čipa, kako bi se ispunila specifikacija USB impedanse.
Iako je RP2350 ograničen na brzinu prijenosa podataka pune brzine (12Mbps), trebali bismo pokušati i osigurati da je karakteristična impedancija dalekovoda (bakarne staze koje povezuju čip sa konektorom) blizu
USB specifikacija od 90Ω (mjereno diferencijalno). Na ploči debljine 1 mm kao što je ova, ako koristimo trake širine 0.8 mm na USB_DP i USB_DM, sa razmakom od 0.15 mm između njih, trebali bismo dobiti diferencijalnu karakterističnu impedanciju od oko 90Ω. Ovo je da bi se osiguralo da signali mogu putovati duž ovih dalekovoda što je moguće čistije, minimizirajući voltage refleksije koje mogu smanjiti integritet signala. Da bi ovi dalekovodi radili ispravno, moramo se pobrinuti da direktno ispod ovih vodova bude uzemljenje. Čvrsta, neprekidna površina od mljevenog bakra, koja se proteže cijelom dužinom staze. Na ovom dizajnu, skoro ceo donji sloj bakra je posvećen zemlji, a posebna pažnja je stavljena na to da USB staze prolaze samo preko zemlje. Ako je PCB deblji od 1 mm odabran za vašu konstrukciju, onda imamo dvije opcije. Mogli bismo rekonstruirati USB dalekovode kako bismo kompenzirali veću udaljenost između staze i tla ispod (što bi moglo biti fizička nemogućnost), ili bismo to mogli zanemariti i nadati se najboljem. USB FS može biti prilično praštajući, ali vaša kilometraža može varirati. Vjerovatno će raditi u mnogim aplikacijama, ali vjerovatno neće biti usklađen sa USB standardom.

I/O zaglavlja

Slika 12. Šematski dio koji prikazuje 2.54 mm I/O zaglavlja QFN60 verzije

Pored već pomenutog USB konektora, postoji i par dvorednih 2.54 mm zaglavlja (J2 i J3 na slici 12), po jedan sa svake strane ploče, na koje je spojen ostatak I/O. Na RP30A postoji 2350 GPIO, dok na RP48B ima 2350 GPIO, tako da su zaglavlja na ovoj verziji Minimal ploče veća da bi omogućila dodatne pinove (pogledajte sliku 13).
Kako je ovo dizajn opće namjene, bez posebne primjene na umu, I/O su stavljeni na raspolaganje za povezivanje prema želji korisnika. Unutrašnji red pinova na svakom zaglavlju su I/O-ovi, a vanjski red su svi spojeni na masu. Dobra je praksa uključiti mnogo uzemljenja na I/O konektore. Ovo pomaže u održavanju niske impedanse uzemljenja, a također i osigurava puno potencijalnih povratnih puteva za struje koje putuju do i od
I/O konekcije. Ovo je važno kako bi se minimizirale elektromagnetne smetnje koje mogu biti uzrokovane povratnim strujama signala koji se brzo preklapaju koji imaju duge putanje u petlji da završe kolo.

Oba zaglavlja su na istoj mreži od 2.54 mm, što olakšava povezivanje ove ploče sa drugim stvarima, kao što su matične ploče. Možda biste trebali razmisliti o ugradnji samo jednog reda zaglavlja umjesto dvorednog zaglavlja, izostavljajući vanjski red priključaka za uzemljenje, kako biste ga učinili praktičnijim za postavljanje na matičnu ploču.

Slika 13. Šematski dio koji prikazuje 2.54 mm I/O zaglavlja QFN80 verzije

Konektor za otklanjanje grešaka

Slika 14. Šematski dio koji prikazuje opcijski JST konektor za SWD otklanjanje grešaka

Za otklanjanje grešaka na čipu, možda ćete želeti da se povežete na SWD interfejs RP2350. Dva pina, SWD i SWCLK, dostupni su na zaglavlju od 2.54 mm, J3, kako bi se omogućilo jednostavno povezivanje sonde za otklanjanje grešaka po vašem izboru. Pored ovoga, uključio sam opciono JST zaglavlje, koje omogućava jednostavnu vezu sa Raspberry Pi debug probom. Ne morate da koristite ovo, zaglavlja od 2.54 mm će biti dovoljna ako nameravate da otklanjate greške u softveru, ali smatram da je zgodnije da to uradite. Odabrao sam horizontalni konektor, uglavnom zato što mi se sviđa kako izgleda, čak i ako nije na ivici ploče, ali postoje vertikalni, ali sa malo drugačijim otiskom.

Dugmad
Minimal dizajn sada sadrži ne jedno, već dva dugmeta, dok verzija RP240 nije imala nijedan. Jedan je za izbor pokretanja sa USB-a, kao što smo ranije raspravljali, ali drugi je dugme za 'resetovanje', spojeno na RUN pin. Nijedan od ovih nije striktno potreban (iako bi dugme BOOTSEL moralo biti zamijenjeno zaglavljem ili sličnim ako je bio potreban USB mod za pokretanje), i može se ukloniti ako je prostor ili cijena problem, ali svakako čine korištenje RP2350 daleko prijatnije iskustvo.

Dodatak A: Kompletna verzija šeme -RP2350A

Slika 15. Potpuna šema minimalnog dizajna za RP2350A

Dodatak B: Kompletna verzija šeme -RP2350B

Slika 16. Potpuna šema minimalnog dizajna za RP2350B

Dodatak H: Istorija izdanja dokumentacije

8. avgusta 2024
Prvo izdanje.

i Raspberry Pi
Raspberry Pi je zaštitni znak kompanije Raspberry Pi Ltd
Raspberry Pi Ltd

Dokumenti / Resursi

Raspberry Pi SC1631 Raspberry mikrokontroler [pdfUputstvo za upotrebu
SC1631 Raspberry Mikrokontroler, SC1631, Raspberry Mikrokontroler, Mikrokontroler

Reference

Uputstvo za upotrebu

Raspberry Pi SC1631 Raspberry mikrokontroler

Upute za upotrebu proizvoda