Manual d'instruccions del microcontrolador Raspberry Pi SC1631

Capítol 1: Introducció
La sèrie RP2350 ofereix diferents opcions de paquet en comparació amb la sèrie RP2040. Els RP2350A i RP2354A vénen en un paquet QFN-60 sense i amb emmagatzematge flash intern respectivament, mentre que els RP2354B i RP2350B vénen en un paquet QFN-80 amb i sense emmagatzematge flash.

Capítol 2: Poder
La sèrie RP2350 inclou un nou volum de commutació en xiptage regulador amb cinc pins. Aquest regulador requereix components externs per funcionar, però ofereix una major eficiència energètica a corrents de càrrega més altes en comparació amb el regulador lineal de la sèrie RP2040. Preste atenció a la sensibilitat al soroll del pin VREG_AVDD que subministra els circuits analògics.

Preguntes freqüents (FAQ)

P: Quina és la diferència principal entre RP2350A i RP2350B?
R: La diferència principal rau en la presència d'emmagatzematge flash intern. L'RP2350A no té emmagatzematge flash intern mentre que l'RP2350B sí.
P: Quants pins fa el voltagi el regulador de la sèrie RP2350 té?
A: El voltagEl regulador de la sèrie RP2350 té cinc pins.

Disseny de maquinari amb RP2350 Ús de microcontroladors RP2350 per construir plaques i productes

Colofó

Aquesta documentació està subjecta a una llicència Creative Commons Attribution-SenseDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). data de compilació: 2024-08-08 versió de compilació: c0acc5b-clean
Avís legal d'exempció de responsabilitat

LES DADES TÈCNIQUES I DE FIABILITAT DELS PRODUCTES RASPBERRY PI (INCLOSO LES FITXES DE DADES) MODIFICAT DE TANTA EN TEMPS ("RECURSOS") LES PROPORCIONEN PER RASPBERRY PI LTD ("RPL") "TAL CUAL" I QUALSEVOL GARANTIA EXPRESSA O IMPLÍCITA, INCLOSA, PERÒ NO LIMITADA. A, LES GARANTIES IMPLÍCITES DE COMERCIABILITAT I IDONEITAT PER A UN PROPÒSIT PARTICULAR ES RENUNCIAN. EN LA MESURA MÀXIMA PERMESA PER LA LLEI APLICABLE EN CAP CAS, RPL SERÀ RESPONSABLE DE CAP DANYS DIRECTS, INDIRECTS, INCIDENTALS, ESPECIALS, EXEMPLARS O CONSEQUENTLS (INCLOSOS, PERÒ NO LIMITAR-SE, LA ADQUISICIÓ DE BÉNS SUBSTITUTS, PÈRDUES DE DADES; , O BENEFICIS; O INTERRUPCIÓ DE NEGOCIS) SIGUI QUE ÉS CAUSADA I SOBRE QUALSEVOL TEORIA DE RESPONSABILITAT, JA SIGUI EN CONTRACTE, RESPONSABILITAT ESTRICTA O ALTRES (INCLOSA LA NEGLIGÈNCIA O ALTRE MANERA) SORRIJADA DE QUALSEVOL MANERA DE L'ÚS DE LA RESPONSABILITAT, D'AQUEST DANY.
RPL es reserva el dret de fer qualsevol millora, millora, correcció o qualsevol altra modificació als RECURSOS o als productes que s'hi descriuen en qualsevol moment i sense cap avís.
Els RECURSOS estan destinats a usuaris qualificats amb nivells adequats de coneixements de disseny. Els usuaris són els únics responsables de la seva selecció i ús dels RECURSOS i de qualsevol aplicació dels productes que s'hi descriuen. L'usuari es compromet a indemnitzar i mantenir indemne a RPL de totes les responsabilitats, costos, danys o altres pèrdues derivades del seu ús dels RECURSOS.

RPL concedeix als usuaris permís per utilitzar els RECURSOS només juntament amb els productes Raspberry Pi. Queda prohibit qualsevol altre ús dels RECURSOS. No s'atorga cap llicència a cap altre RPL o dret de propietat intel·lectual de tercers.
ACTIVITATS D'ALT RISC. Els productes Raspberry Pi no estan dissenyats, fabricats ni pensats per al seu ús en entorns perillosos que requereixin un rendiment segur contra errors, com ara en l'operació d'instal·lacions nuclears, sistemes de navegació o comunicació d'aeronaus, control de trànsit aeri, sistemes d'armes o aplicacions crítiques per a la seguretat (inclòs el suport vital). sistemes i altres dispositius mèdics), en els quals la fallada dels productes podria provocar directament la mort, lesions personals o danys físics o ambientals greus (“Activitats d'alt risc”). RPL renuncia específicament a qualsevol garantia expressa o implícita d'aptitud per a Activitats d'Alt Risc i no accepta cap responsabilitat per l'ús o inclusió dels productes Raspberry Pi a les Activitats d'Alt Risc.

Els productes Raspberry Pi es proporcionen subjectes a les condicions estàndard de RPL. La disposició de RPL dels RECURSOS no amplia ni modifica d'una altra manera les Condicions estàndard de RPL, incloses, entre altres, les exempcions de responsabilitat i garanties expressades en elles.

Capítol 1. Introducció

Figura 1. Representació 3D KiCad del RP2350A Disseny mínim example

Quan vam presentar per primera vegada el Raspberry Pi RP2040, també vam llançar un disseny "mínim" exampi la guia adjunta Disseny de maquinari amb RP2040 que, amb sort, explicava com es podria utilitzar l'RP2040 en una placa de circuit senzilla i per què es van triar els diferents components. Amb l'arribada de la sèrie RP235x, és hora de revisar el disseny original RP2040 Minimal i actualitzar-lo per tenir en compte les noves característiques, i també per a cadascuna de les variants del paquet; l'RP2350A amb el seu paquet QFN-60 i l'RP2350B, que és un QFN-80. De nou, aquests dissenys estan en format Kicad (7.0) i estan disponibles per descarregar (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

La Junta Mínima
La placa Minimal original va ser un intent de proporcionar un disseny de referència senzill, utilitzant el mínim de components externs necessaris per executar l'RP2040 i encara tenir totes les IO exposades i accessibles. Es tractava bàsicament d'una font d'alimentació (un regulador lineal de 5 V a 3.3 V), un oscil·lador de cristall, memòria flaix i connexions IO (una presa micro USB i capçaleres GPIO). Les noves plaques Minimal de la sèrie RP235x són en gran part les mateixes, però amb alguns canvis necessaris a causa del nou maquinari. A més d'això, i tot i anar una mica en contra de la naturalesa mínima del disseny, he afegit un parell de botons per a bootsel i execució, juntament amb una capçalera SWD independent, la qual cosa hauria de significar una experiència de depuració molt menys frustrant aquesta vegada. Els dissenys no necessiten aquests botons en sentit estricte, els senyals encara estan disponibles a les capçaleres i es poden ometre si sou especialment conscients dels costos o de l'espai, o si teniu tendències masoquistes.

Sèrie RP2040 vs RP235x
El canvi més evident és en els paquets. Mentre que l'RP2040 és un QFN-7 de 7x56 mm, la sèrie RP235x actualment té quatre membres diferents. Hi ha dos dispositius que comparteixen el mateix paquet QFN-60; l'RP2350A que no conté emmagatzematge flash intern i l'RP2354A que sí. De la mateixa manera, el QFN-80 també es presenta en dos sabors; el RP2354B amb flaix i el RP2350B sense. Els dispositius QFN-60 i l'RP2040 original comparteixen una herència comunatage.

Cadascun té 30 GPIO, quatre dels quals també estan connectats a l'ADC i tenen una mida de 7x7 mm. Malgrat això, l'RP2350A no és un substitut de l'RP2040, ja que el nombre de pins de cadascun és diferent. Per contra, els xips QFN-80 ara tenen 48 GPIO, i vuit d'aquests ara són capaços d'ADC. Per això, ara tenim dos taulers Minimal; un per als dispositius de 60 pins i un per als 80. Aquestes plaques Minimal estan dissenyades principalment per a les peces sense flaix intern (RP2350), però els dissenys es poden utilitzar fàcilment amb els dispositius de flaix intern (RP2354) simplement ometint el flaix integrat. memòria, o fins i tot utilitzar-lo com a dispositiu flash secundari (més sobre això més endavant). Hi ha poca diferència entre les dues plaques, a part del fet que la versió QFN-80 té files més llargues de capçaleres per acomodar el GPIO addicional i, per tant, la placa és més gran.

A part del paquet, la diferència més gran a nivell de placa entre la sèrie RP235x i RP2040 són les fonts d'alimentació. La sèrie RP235x té alguns pins d'alimentació nous i un regulador intern diferent. El regulador lineal de 100 mA del RP2040 s'ha substituït per un regulador de commutació de 200 mA i, com a tal, requereix uns circuits molt específics i no es té poca cura amb la disposició. És molt recomanable que seguiu de prop les nostres seleccions de disseny i components; ja hem passat pel dolor d'haver de fer diverses iteracions del disseny, així que esperem que no ho hàgiu de fer.

Figura 2. Representació 3D KiCad del RP2350B Disseny mínim example

El Disseny
La intenció del disseny Minimal examples consisteix a crear un parell de plaques senzilles utilitzant la sèrie RP235x, que s'haurien de fabricar de manera fàcil i econòmica, sense utilitzar tecnologies PCB innecessàriament exòtiques. Les plaques Minimal són, per tant, dissenys de 2 capes, que utilitzen components que haurien d'estar disponibles habitualment, i tots muntats a la part superior del tauler. Tot i que seria bo utilitzar components grans i fàcils de soldar a mà, el petit pas dels xips QFN (0.4 mm) significa que l'ús d'alguns components passius 0402 (1005 mètriques) és inevitable si s'han d'utilitzar tots els GPIO. Tot i que la soldadura manual de components 0402 no és massa difícil amb un soldador decent, és gairebé impossible soldar els QFN sense un equip especialitzat.

Durant les properes seccions, intentaré explicar per a què serveix el circuit addicional i, tant de bo, com vam prendre les decisions que vam fer. Com que de fet parlaré de dos dissenys separats, un per a cada mida de paquet, he intentat que les coses siguin tan senzilles com puc. En la mesura que sigui possible, totes les referències de components de les dues taules són idèntiques, de manera que si em refereixo a U1, R1, etc., és igual de rellevant per a les dues taules. L'excepció òbvia és quan el component només es troba en una de les plaques (en tots els casos, aquesta serà a la variant més gran de 80 pins), aleshores el component en qüestió només estarà en el disseny QFN-80; per example, R13 només apareix en aquest tauler.

Capítol 2. Poder

Les fonts d'alimentació de la sèrie RP235x i de l'RP2040 difereixen una mica aquesta vegada, tot i que en la seva configuració més senzilla, encara requereix dues fonts, 3.3 V i 1.1 V. La sèrie RP235x té simultàniament més fam d'energia, ja que és un rendiment més alt i també més frugal (quan es troba en un estat de baixa potència) que la seva predecessora, de manera que el regulador lineal de l'RP2040 s'ha actualitzat amb un regulador de commutació. Això ens permet una major eficiència energètica a corrents més altes (fins a 200 mA en comparació amb els 100 mA anteriors).

Nou en xip voltage regulador

Figura 3. Secció esquemàtica que mostra el circuit regulador intern

El regulador lineal de l'RP2040 tenia dos pins, una entrada de 3.3 V i una sortida d'1.1 V per subministrar el DVDD al xip. Aquesta vegada, el regulador de la sèrie RP235x té cinc pins i requereix alguns components externs perquè funcioni. Tot i que sembla un pas enrere en termes d'usabilitat, el regulador de commutació té l'avantatgetage de ser més eficient energèticament a corrents de càrrega més altes.

Com el seu nom indica, el regulador encén i apaga ràpidament un transistor intern que connecta el vol d'entrada de 3.3 V.tage (VREG_VIN) al pin VREG_LX, i amb l'ajuda d'un inductor (L1) i un condensador de sortida (C7), pot produir un vol de sortida de CCtage que s'ha reduït de l'entrada. El pin VREG_FB supervisa el volum de sortidatage, i ajusta la relació d'encesa/apagada del cicle de commutació, per garantir que el vol requerittage es manté. Com que els corrents grans es canvien de VREG_VIN a VREG_LX, es requereix un gran condensador (C6) proper a l'entrada, de manera que no alterarem massa el subministrament de 3.3 V. Parlant d'aquests grans corrents de commutació, el regulador també inclou la seva pròpia connexió de retorn a terra, VREG_PGND. De la mateixa manera amb VREG_VIN i VREG_LX, la disposició d'aquesta connexió és crítica, i encara que VREG_PGND s'ha de connectar a la GND principal, s'ha de fer de manera que tots els corrents de commutació grans tornin directament al pin PGND, sense pertorbar la resta de el GND massa.

L'últim pin és VREG_AVDD, que subministra els circuits analògics dins del regulador, i això és molt sensible al soroll.

Figura 4. Secció esquemàtica que mostra la disposició del PCB del regulador

La disposició del regulador a les plaques mínimes reflecteix molt la del Raspberry Pi Pico 2. S'ha treballat molt en el disseny d'aquest circuit, amb moltes iteracions de la PCB necessàries per tal de fer-lo tan bo com sigui possible. pot. Tot i que podeu col·locar aquests components de diverses maneres diferents i fer que el regulador "funcioni" (és a dir, produir un volum de sortida).tagi aproximadament al nivell correcte, prou bo per fer-lo executar el codi), hem descobert que el nostre regulador ha de ser tractat exactament de la manera correcta per mantenir-lo feliç, i per feliç, vull dir produir el volum de sortida correctetage sota un rang de condicions de corrent de càrrega.
Mentre realitzàvem els nostres experiments sobre això, vam quedar una mica decebuts en recordar-nos que no sempre es pot ignorar el inconvenient món de la física. Nosaltres, com a enginyers, en gran part intentem fer exactament això; simplificant components, ignorant (sovint) propietats físiques insignificants i, en canvi, centrant-nos en la propietat que ens interessa. Per exempleampuna simple resistència no només té una resistència, sinó també una inductància, etc. En el nostre cas, hem (re)descobert que els inductors tenen un camp magnètic associat i, sobretot, irradia en una direcció depenent de la direcció de la bobina. s'enrotlla, i la direcció del flux del corrent. També se'ns va recordar que un inductor "completament" blindat no vol dir el que creieu que podria. El camp magnètic s'atenua en gran mesura, però alguns encara escapen. Hem trobat que el rendiment del regulador es podria millorar massivament si l'inductor és "el camí correcte".
Resulta que el camp magnètic que emet des d'un inductor de "manera equivocada" interfereix amb el condensador de sortida del regulador (C7), que al seu torn altera el circuit de control dins de RP2350. Amb l'inductor amb l'orientació adequada i la disposició precisa i les seleccions de components que s'utilitzen aquí, aquest problema desapareix. Sens dubte, hi haurà altres dissenys, components, etc., que podrien funcionar amb un inductor en qualsevol orientació, però probablement utilitzaran molt més espai de PCB per fer-ho. Hem proporcionat aquest disseny recomanat per estalviar a la gent les moltes hores d'enginyeria que hem dedicat desenvolupant i perfeccionant aquesta solució compacta i ben educada.
Més concretament, anem a dir que si decideixes no utilitzar el nostre example, llavors ho fas sota el teu propi risc. Igual que ja fem amb RP2040 i el circuit de cristall, on insistim (bé, suggerim fermament) que utilitzeu una part determinada (ho tornarem a fer a la secció de cristall d'aquest document).
La direccionalitat d'aquests petits inductors s'ignora pràcticament universalment, amb l'orientació de la bobina impossible de deduir, i també es distribueix aleatòriament al llarg d'una bobina de components. Sovint es pot trobar que les mides de caixa de l'inductor més grans tenen marques de polaritat, però no n'hem pogut trobar cap adequada a la mida de la caixa 0806 (mètrica 2016) que hem escollit. Amb aquesta finalitat, hem treballat amb Abracon per produir una part de 3.3 μH amb un punt per indicar la polaritat i, el que és important, venir en un rodet amb tots alineats de la mateixa manera. Els TBD es posaran (o molt aviat) estaran a disposició del públic en general dels distribuïdors. Com s'ha esmentat anteriorment, el subministrament VREG_AVDD és molt sensible al soroll i, per tant, s'ha de filtrar. Hem trobat que com que el VREG_AVDD només consumeix uns 200 μA, un filtre RC de 33Ω i 4.7 μF és adequat.
Així, per resumir, els components utilitzats seran...
- C6, C7 i C9 - 4.7μF (0402, 1005 mètrica)
- L1 – Abracon TBD (mètrica 0806, 2016)
- R3 - 33Ω (0402, 1005 mètrica)
El full de dades RP2350 té una discussió més detallada sobre les recomanacions de disseny del regulador; consulteu Components externs i requisits de disseny de PCB.

Subministrament d’entrada

La connexió d'alimentació d'entrada d'aquest disseny es fa mitjançant el pin VBUS de 5 V d'un connector Micro-USB (etiquetat J1 a la figura 5). Aquest és un mètode comú per alimentar dispositius electrònics i aquí té sentit, ja que RP2350 té la funcionalitat USB, que connectarem als pins de dades d'aquest connector. Com que només necessitem 3.3 V per a aquest disseny (el subministrament d'1.1 V prové de l'interior), hem de baixar el subministrament USB de 5 V entrant, en aquest cas, utilitzant un altre vol extern.tage regulador, en aquest cas un regulador lineal (també conegut com a Low Drop Out regulador, o LDO). Després d'haver exaltat anteriorment les virtuts d'utilitzar un regulador de commutació eficient, també podria ser una opció sàvia utilitzar-ne un aquí, però he optat per la simplicitat. En primer lloc, utilitzar un LDO gairebé sempre és més fàcil. No es requereixen càlculs per esbrinar quina mida de l'inductor hauríeu d'utilitzar, o quina mida són els condensadors de sortida, i el disseny també sol ser molt més senzill. En segon lloc, estalviar fins a l'última gota d'energia no és l'objectiu aquí; si ho fos, pensaria seriosament en utilitzar un regulador de commutació i podeu trobar un exampde fer-ho a la Raspberry Pi Pico 2. I, en tercer lloc, simplement puc "prestar" el circuit que vaig utilitzar anteriorment a la versió RP2040 de la placa Minimal. El NCP1117 (U2) escollit aquí té una sortida fixa de 3.3 V, està àmpliament disponible i pot proporcionar fins a 1 A de corrent, que serà suficient per a la majoria de dissenys. Una ullada al full de dades de l'NCP1117 ens diu que aquest dispositiu requereix un condensador de 10μF a l'entrada i un altre a la sortida (C1 i C5).

Condensadors de desacoblament

Figura 6. Secció esquemàtica que mostra les entrades de la font d'alimentació RP2350, voltage regulador i condensadors de desacoblament

Un altre aspecte del disseny de la font d'alimentació són els condensadors de desacoblament necessaris per a RP2350. Aquests ofereixen dues funcions bàsiques. En primer lloc, filtren el soroll de la font d'alimentació i, en segon lloc, proporcionen un subministrament local de càrrega que els circuits de l'RP2350 poden utilitzar amb poca antelació. Això impedeix el voltagEl nivell a les proximitats immediates de baixar massa quan la demanda actual augmenta sobtadament. Perquè, per això, és important col·locar el desacoblament a prop dels pins d'alimentació. Normalment, recomanem l'ús d'un condensador de 100nF per pin d'alimentació, però, ens desviem d'aquesta regla en un parell de casos.

Figura 7. Secció del disseny que mostra l'encaminament i el desacoblament de l'RP2350

En primer lloc, per poder tenir prou espai perquè tots els pins del xip es puguin encaminar, lluny del dispositiu, hem de comprometre's amb la quantitat de condensadors de desacoblament que podem utilitzar. En aquest disseny, els pins 53 i 54 de RP2350A (pins 68 i 69 de RP2350B) comparteixen un únic condensador (C12 a la figura 7 i la figura 6), ja que no hi ha molt espai en aquest costat del dispositiu i els components. i la disposició del regulador tenen prioritat.
Aquesta manca d'espai es podria superar una mica si utilitzem una tecnologia més complexa/car, com ara components més petits, o una PCB de quatre capes amb components tant a la part superior com a la inferior. Aquesta és una compensació de disseny; hem disminuït la complexitat i el cost, a costa de tenir menys capacitat de desacoblament, i condensadors que estan una mica més allunyats del xip del que és òptim (això augmenta la inductància). Això podria tenir l'efecte de limitar la velocitat màxima a la qual podria funcionar el disseny, ja que el voltagEl subministrament podria ser massa sorollós i baixar per sota del volum mínim permèstage; però per a la majoria de les aplicacions, aquesta compensació hauria de ser acceptable.

L'altra desviació de la regla de 100nF és perquè puguem millorar encara més el voltage rendiment del regulador; recomanem utilitzar un 4.7μF per a C10, que és el que es col·loca a l'altre costat del xip del regulador.

Capítol 3. Memòria Flash

Flaix primari

Figura 8. Secció esquemàtica que mostra la memòria flash primària i els circuits USB_BOOT

Per poder emmagatzemar el codi de programa des del qual RP2350 pot arrencar i executar, hem d'utilitzar una memòria flaix, concretament una memòria flaix SPI quad. El dispositiu escollit aquí és un dispositiu W25Q128JVS (U3 a la figura 8), que és un xip de 128 Mbit (16 MB). Aquesta és la mida de memòria més gran que admet RP2350. Si la vostra aplicació en particular no necessita tant d'emmagatzematge, es podria utilitzar una memòria més petita i més barata.
Com que aquest bus de dades pot ser de freqüència bastant alta i s'utilitza regularment, els pins QSPI de l'RP2350 s'han de connectar directament al flaix, utilitzant connexions curtes per mantenir la integritat del senyal i també per reduir la diafonia als circuits circumdants. La diafonia és on els senyals d'una xarxa de circuits poden induir un volum no desitjattages en un circuit veí, que pot provocar errors.

El senyal QSPI_SS és un cas especial. Està connectat directament al flaix, però també té dues resistències (bé, quatre, però hi parlaré més endavant) connectades. El primer (R1) és un pull-up al subministrament de 3.3 V. La memòria flaix requereix que l'entrada de selecció de xip estigui al mateix volumtage com el seu propi pin d'alimentació de 3.3 V quan el dispositiu s'encén, en cas contrari, no funciona correctament. Quan l'RP2350 s'encén, el seu pin QSPI_SS es farà automàticament per defecte, però hi ha un curt període de temps durant l'encesa on no es pot garantir l'estat del pin QSPI_SS. L'addició d'una resistència pull-up garanteix que aquest requisit sempre es compleixi. R1 està marcat com a DNF (No s'ajusta) a l'esquema, ja que hem descobert que amb aquest dispositiu flaix en particular, l'extracció externa és innecessària. Tanmateix, si s'utilitza un flaix diferent, pot ser important poder inserir aquí una resistència de 10 kΩ, de manera que s'ha inclòs per si de cas.
La segona resistència (R6) és una resistència d'1 kΩ, connectada a un polsador (SW1) etiquetat "USB_BOOT". Això es deu al fet que el pin QSPI_SS s'utilitza com a "corretja d'arrencada"; RP2350 comprova el valor d'aquesta E/S durant la seqüència d'arrencada, i si es troba que és un 0 lògic, llavors RP2350 torna al mode BOOTSEL, on RP2350 es presenta com un dispositiu d'emmagatzematge massiu USB i el codi es pot copiar directament. a ell. Si simplement premem el botó, estirem el pin QSPI_SS a terra, i si el dispositiu es reinicia posteriorment (per exemple, canviant el pin RUN), RP2350 es reiniciarà en mode BOOTSEL en lloc d'intentar executar el contingut del flaix. Aquestes resistències, R2 i R6 (també R9 i R10), s'han de col·locar a prop del xip de flaix, de manera que evitem longituds addicionals de pistes de coure que podrien afectar el senyal.
Tot l'anterior s'aplica específicament al RP2350, que no té flash intern. Per descomptat, els dispositius RP2354 tenen memòries flash internes de 2 MB, de manera que no es requereix la memòria U3 externa, de manera que l'U3 es pot eliminar amb seguretat de l'esquema o simplement deixar-lo sense poblar. En qualsevol d'aquests casos, encara voldríem mantenir l'interruptor USB_BOOT connectat a QSPI_SS, de manera que encara puguem entrar en mode d'arrencada USB.

Flaix secundari o PSRAM

La sèrie RP235x ara admet un segon dispositiu de memòria que utilitza els mateixos pins QSPI, amb un GPIO que proporciona la selecció de xip addicional. Per tant, si utilitzem un RP2354 (que té flaix intern), podríem utilitzar U3 com a flaix secundari, o fins i tot substituir-lo per un dispositiu PSRAM. Per fer-ho, hem de desconnectar QSPI_SS d'U3 i, en canvi, connectar-lo a un GPIO adequat. El GPIO més proper que pot ser una selecció de xip (XIP_CS1n) és GPIO0, de manera que eliminant el 0Ω de R10 i ajustant-lo a R9, ara podem accedir a U3 a més del flaix del xip. Per tal d'aprofitar plenamenttagD'aquesta característica, on disposem de dos dispositius de memòria externs perquè les peces RP2350 sense flaix es puguin beneficiar, la més gran de les dues plaques Minimal, per a l'RP2350B, inclou una empremta opcional (U4) per a un xip de memòria addicional.

Figura 9. Secció esquemàtica que mostra el dispositiu de memòria secundària opcional

Per poder utilitzar aquest dispositiu, òbviament s'haurà d'omplir, així com R11 (0Ω) i R13 (10KΩ). L'addició de R11 connecta GPIO0 (el senyal XIP_CS1n) a la selecció de xip de la segona memòria. El pull-up del pin de selecció del xip és definitivament necessari aquesta vegada, ja que l'estat predeterminat de GPIO0 s'ha de baixar a l'encesa, cosa que faria que el nostre dispositiu flaix fallés. C22 també seria necessari per proporcionar el desacoblament de la font d'alimentació local per a U4.

Xips flash compatibles
La seqüència inicial de la sonda de flaix, utilitzada per la part inferior per extreure el segon stage de flash, utilitza una ordre de lectura sèrie 03h, amb adreçament de 24 bits i un rellotge sèrie d'aproximadament 1 MHz. Recorre repetidament les quatre combinacions de polaritat del rellotge i fase del rellotge, buscant un segon s vàlid.tage suma de comprovació CRC32.
Com el segon stagAleshores, és lliure de configurar l'execució en el lloc mitjançant la mateixa ordre de lectura en sèrie 03h, RP2350 pot realitzar una execució flash en memòria cau amb qualsevol xip que admeti lectura en sèrie 03h amb adreçament de 24 bits, que inclou la majoria de dispositius flash de la sèrie 25 . L'SDK proporciona un exempleampel segon stage per CPOL=0 CPHA=0, a https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Per donar suport a la programació flash mitjançant les rutines de la part inferior, el dispositiu també ha de respondre a les ordres següents:

02h Programa de pàgina de 256 bytes
05h lectura del registre d'estat
06h estableix el pestell d'habilitació d'escriptura

Esborrat de sectors de 20 h 4 kB

L'RP2350 també admet una gran varietat de modes d'accés dual-SPI i QSPI. Per exampel, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S configura un dispositiu Winbond de la sèrie W25Q per al mode de lectura contínua de quad-IO, on RP2350 envia adreces de quad-IO (sense prefix d'ordres) i el flaix respon amb dades de quad-IO.

Cal tenir una mica de precaució amb els modes flaix XIP en què el dispositiu flaix deixa de respondre a les ordres sèrie estàndard, com el mode de lectura contínua Winbond esmentat anteriorment. Això pot causar problemes quan es restableix l'RP2350, però el dispositiu flaix no s'engega, perquè llavors el flaix no respondrà a la seqüència de la sonda de flaix del bootrom. Abans d'emetre la lectura en sèrie 03h, el bootrom sempre emet la següent seqüència fixa, que és una seqüència de millor esforç per interrompre XIP en una sèrie de dispositius flash:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (mitjançant desplegables per evitar conflictes), emet ×32 rellotges
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (mitjançant pull-ups per evitar conflictes), emet ×32 rellotges
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (conduït a baix-Z, totes les altres E/S Hi-Z), emet ×16 rellotges

Si el dispositiu escollit no respon a aquesta seqüència quan està en el seu mode de lectura contínua, s'ha de mantenir en un estat en què cada transferència estigui prefixada per una ordre en sèrie, en cas contrari, l'RP2350 no es podrà recuperar després d'un restabliment intern.
Per obtenir més detalls sobre el QSPI, consulteu la interfície de memòria QSPI (QMI) al full de dades de l'RP2350.

Capítol 4. Oscil·lador de cristall

Figura 10. Secció esquemàtica que mostra l'oscil·lador de cristall i els condensadors de càrrega

En sentit estricte, RP2350 en realitat no requereix una font de rellotge externa, ja que té el seu propi oscil·lador intern. No obstant això, com que la freqüència d'aquest oscil·lador intern no està ben definida ni controlada, varia de xip a xip, així com amb diferents volums d'alimentació.tages i temperatures, es recomana utilitzar una font de freqüència externa estable. Les aplicacions que es basen en freqüències exactes no són possibles sense una font de freqüència externa, essent USB un exemple principalample.
Proporcionar una font de freqüència externa es pot fer de dues maneres: ja sigui proporcionant una font de rellotge amb una sortida CMOS (ona quadrada de vol IOVDDtage) al pin XIN, o utilitzant un cristall de 12 MHz connectat entre ells
XIN i XOUT. L'ús d'un cristall és l'opció preferida aquí, ja que tots dos són relativament econòmics i molt precisos.

El cristall escollit per a aquest disseny és un ABM8-272-T3 (Y1 a la figura 10). Aquest és el mateix cristall de 12 MHz que s'utilitza al Raspberry Pi Pico i al Raspberry Pi Pico 2. Us recomanem que utilitzeu aquest cristall juntament amb els circuits que l'acompanyen per assegurar-vos que el rellotge s'iniciï ràpidament en totes les condicions sense danyar el propi cristall. El cristall té una tolerància de freqüència de 30 ppm, que hauria de ser prou bona per a la majoria d'aplicacions. Juntament amb una tolerància de freqüència de +/- 30 ppm, té una ESR màxima de 50 Ω i una capacitat de càrrega de 10 pF, ambdues incidències en l'elecció dels components acompanyants.
Perquè un cristall oscil·li a la freqüència desitjada, el fabricant especifica la capacitat de càrrega que necessita perquè ho faci i, en aquest cas, és de 10pF. Aquesta capacitat de càrrega s'aconsegueix col·locant dos condensadors d'igual valor, un a cada costat del cristall a terra (C3 i C4). Des del punt de cristall de view, aquests condensadors estan connectats en sèrie entre els seus dos terminals. La teoria bàsica de circuits ens diu que es combinen per donar una capacitat de (C3*C4)/(C3+C4), i com a C3=C4, llavors és simplement C3/2. En aquest exampi, hem utilitzat condensadors de 15pF, de manera que la combinació de sèrie és de 7.5pF. A més d'aquesta capacitat de càrrega intencionada, també hem d'afegir un valor per a la capacitat addicional no intencionada, o capacitat paràsita, que obtenim de les pistes de PCB i dels pins XIN i XOUT de l'RP2350. Assumirem un valor de 3pF per a això, i com que aquesta capacitat està en paral·lel a C3 i C4, simplement afegim això per donar-nos una capacitat de càrrega total de 10.5 pF, que és prou a prop de l'objectiu de 10pF. Com podeu veure, la capacitat parasitària de les traces de PCB és un factor i, per tant, hem de mantenir-les petites per no alterar el cristall i deixar que oscil·li com es pretenia. Intenta mantenir el disseny el més curt possible.
La segona consideració és la màxima ESR (resistència en sèrie equivalent) del cristall. Hem optat per un dispositiu amb un màxim de 50Ω, ja que hem descobert que això, juntament amb una resistència en sèrie d'1kΩ (R2), és un bon valor per evitar que el cristall es sobrepassi i es faci malbé quan s'utilitza un IOVDD. nivell de 3.3 V. Tanmateix, si IOVDD és inferior a 3.3 V, el corrent d'accionament dels pins XIN/XOUT es redueix i trobareu que el ampla litud del cristall és menor, o potser ni tan sols oscil·la en absolut. En aquest cas, caldrà utilitzar un valor més petit de la resistència en sèrie. Qualsevol desviació del circuit de cristall que es mostra aquí, o amb un nivell IOVDD diferent de 3.3 V, requerirà proves exhaustives per garantir que el cristall oscil·li en totes les condicions i s'iniciï amb la suficient rapidesa com per no causar problemes amb la vostra aplicació.

Cristall recomanat

Per a dissenys originals amb RP2350, recomanem utilitzar l'Abracon ABM8-272-T3. Per example, a més del disseny mínim example, vegeu l'esquema de la placa Pico 2 a l'apèndix B de la fitxa de dades de Raspberry Pi Pico 2 i el disseny de Pico 2 files.
Per obtenir el millor rendiment i estabilitat en els intervals de temperatura de funcionament típics, utilitzeu l'Abracon ABM8-272-T3. Podeu obtenir l'ABM8-272-T3 directament d'Abracon o d'un distribuïdor autoritzat. Pico 2 s'ha ajustat específicament per a l'ABM8-272-T3, que té les especificacions següents:

Fins i tot si utilitzeu un cristall amb especificacions similars, haureu de provar el circuit en un rang de temperatures per garantir l'estabilitat.
L'oscil·lador de cristall s'alimenta des del vol IOVDDtage. Com a resultat, el cristall d'Abracon i aquell dampLes resistències estan ajustades per a un funcionament de 3.3 V. Si utilitzeu un vol IO diferenttage, haureu de tornar a sintonitzar.
Qualsevol canvi en els paràmetres del cristall corre el risc d'inestabilitat en qualsevol dels components connectats al circuit del cristall.

Si no podeu obtenir el cristall recomanat directament d'Abracon o d'un distribuïdor, poseu-vos en contacte applications@raspberrypi.com.

Capítol 5. IOs

USB
Figura 11. Secció esquemàtica que mostra els pins USB de l'RP2350 i la terminació en sèrie

L'RP2350 proporciona dos pins per utilitzar-los per a USB de velocitat completa (FS) o baixa velocitat (LS), ja sigui com a host o dispositiu, depenent del programari utilitzat. Com ja hem comentat, RP2350 també pot arrencar com a dispositiu d'emmagatzematge massiu USB, de manera que connectar aquests pins al connector USB (J1 a la figura 5) té sentit. Els pins USB_DP i USB_DM de l'RP2350 no requereixen cap pull-ups o pull-downs addicionals (necessaris per indicar la velocitat, FS o LS, o si és un host o dispositiu), ja que estan integrats a les E/S. Tanmateix, aquestes E/S requereixen resistències de terminació en sèrie de 27Ω (R7 i R8 a la figura 11), col·locades a prop del xip, per complir l'especificació d'impedància USB.
Tot i que RP2350 es limita a la velocitat de dades a màxima velocitat (12 Mbps), hem d'intentar assegurar-nos que la impedància característica de les línies de transmissió (les vies de coure que connecten el xip al connector) estiguin properes a la
Especificació USB de 90Ω (mesurada de manera diferencial). En un tauler d'1 mm de gruix com aquest, si utilitzem pistes de 0.8 mm d'ample en USB_DP i USB_DM, amb un espai de 0.15 mm entre elles, hauríem d'obtenir una impedància característica diferencial d'uns 90Ω. Això és per garantir que els senyals puguin viatjar per aquestes línies de transmissió de la manera més neta possible, minimitzant el voltage reflexions que poden reduir la integritat del senyal. Perquè aquestes línies de transmissió funcionin correctament, hem d'assegurar-nos que directament a sota d'aquestes línies hi ha un sòl. Una zona sòlida i ininterrompuda de coure mòlt, que s'estén per tota la longitud de la via. En aquest disseny, gairebé la totalitat de la capa inferior de coure es dedica a terra, i es va tenir especial cura per garantir que les pistes USB no passessin més que terra. Si s'escull un PCB de més d'1 mm per a la vostra construcció, tenim dues opcions. Podríem redissenyar les línies de transmissió USB per compensar la major distància entre la pista i el sòl que hi ha a sota (que podria ser una impossibilitat física), o podríem ignorar-ho i esperar el millor. USB FS pot ser força indulgent, però el vostre quilometratge pot variar. És probable que funcioni en moltes aplicacions, però probablement no serà compatible amb l'estàndard USB.

Capçaleres d'E/S

Figura 12. Secció esquemàtica que mostra les capçaleres d'E/S de 2.54 mm de la versió QFN60

A més del connector USB ja esmentat, hi ha un parell de capçaleres de doble fila de 2.54 mm (J2 i J3 a la figura 12), un a cada costat de la placa, als quals s'han connectat la resta de les E/S. Hi ha 30 GPIO a l'RP2350A, mentre que hi ha 48 GPIO a l'RP2350B, de manera que les capçaleres d'aquesta versió de la placa mínima són més grans per permetre els pins addicionals (vegeu la figura 13).
Com que es tracta d'un disseny de propòsit general, sense cap aplicació particular en ment, les E/S s'han posat a disposició per connectar-se com l'usuari vulgui. La fila interior de pins de cada capçalera són les E/S, i la fila exterior està connectada a terra. És una bona pràctica incloure molts motius als connectors d'E/S. Això ajuda a mantenir un sòl de baixa impedància i també a proporcionar molts camins potencials de retorn per als corrents que viatgen cap a i des del
Connexions d'E/S. Això és important per minimitzar la interferència electromagnètica que pot ser causada pels corrents de retorn dels senyals de commutació ràpida que prenen camins llargs i en bucle per completar el circuit.

Les dues capçaleres es troben a la mateixa graella de 2.54 mm, cosa que facilita la connexió d'aquesta placa a altres coses, com ara plaques de prova. És possible que vulgueu considerar la possibilitat d'ajustar només una capçalera d'una sola fila en comptes de la capçalera de doble fila, prescindint de la fila exterior de connexions a terra, per fer-la més convenient adaptar-se a una placa de prova.

Figura 13. Secció esquemàtica que mostra les capçaleres d'E/S de 2.54 mm de la versió QFN80

Connector de depuració

Figura 14. Secció esquemàtica que mostra el connector JST opcional per a la depuració SWD

Per a la depuració en xip, és possible que vulgueu connectar-vos a la interfície SWD de l'RP2350. Els dos pins, SWD i SWCLK, estan disponibles a la capçalera de 2.54 mm, J3, per permetre que la sonda de depuració que trieu es connecti fàcilment. A més d'això, he inclòs una capçalera JST opcional, que permet una connexió fàcil a Raspberry Pi Debug Probe. No cal que ho feu servir, les capçaleres de 2.54 mm seran suficients si teniu intenció de depurar programari, però em sembla més convenient fer-ho. He escollit un connector horitzontal, sobretot perquè m'agrada l'aspecte que té, encara que no estigui a la vora del tauler, però n'hi ha de verticals, encara que amb una petjada lleugerament diferent.

Botons
El disseny Minimal ara conté no un, sinó dos botons, on la versió RP240 no en tenia cap. Un és per a la selecció d'arrencada USB, com hem comentat anteriorment, però el segon és un botó de "restabliment", connectat al pin RUN. Cap d'ells és estrictament necessari (tot i que el botó BOOTSEL s'hauria de substituir per una capçalera o similar si es requeria el mode d'arrencada USB), i es pot eliminar si l'espai o el cost és un problema, però sens dubte fan que l'ús de l'RP2350 sigui molt experiència més agradable.

Apèndix A: Esquema complet -Versió RP2350A

Figura 15. Esquema complet del disseny mínim per a RP2350A

Apèndix B: Esquema complet -Versió RP2350B

Figura 16. Esquema complet del disseny mínim per a RP2350B

Apèndix H: Historial de publicacions de documentació

8 d'agost de 2024
Alliberament inicial.

i Raspberry Pi
Raspberry Pi és una marca comercial de Raspberry Pi Ltd
Raspberry Pi Ltd

Documents/Recursos

Microcontrolador Raspberry Pi SC1631 Raspberry [pdfManual d'instruccions
SC1631 Microcontrolador Raspberry, SC1631, Microcontrolador Raspberry, Microcontrolador

Referències

Manual d'usuari

Microcontrolador Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Instruccions d'ús del producte