Návod k použití mikrokontroléru Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Kapitola 1: Úvod
Řada RP2350 nabízí různé možnosti balení ve srovnání s řadou RP2040. RP2350A a RP2354A jsou dodávány v balení QFN-60 bez a s interním flash úložištěm, zatímco RP2354B a RP2350B jsou dodávány v balení QFN-80 s nebo bez flash úložiště.

Kapitola 2: Napájení
Řada RP2350 je vybavena novým přepínáním na čipu objtage regulátor s pěti kolíky. Tento regulátor vyžaduje k provozu externí komponenty, ale nabízí vyšší energetickou účinnost při vyšších zatěžovacích proudech ve srovnání s lineárním regulátorem řady RP2040. Věnujte pozornost citlivosti na šum na kolíku VREG_AVDD, který napájí analogové obvody.

Často kladené otázky (FAQ)

Otázka: Jaký je hlavní rozdíl mezi RP2350A a RP2350B?
Odpověď: Hlavní rozdíl spočívá v přítomnosti interního flash úložiště. RP2350A nemá interní flash úložiště, zatímco RP2350B ano.
Q: Kolik kolíků má voltagMá regulátor řady RP2350?
A: VoltagRegulátor řady RP2350 má pět pinů.

Návrh hardwaru s RP2350 Použití mikrokontrolérů RP2350 k sestavení desek a produktů

Tiráž

Tato dokumentace podléhá licenci Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). datum sestavení: 2024-08-08 Verze sestavení: c0acc5b-clean
Právní upozornění

TECHNICKÁ A SPOLEHLIVOSTNÍ ÚDAJE PRO PRODUKTY RASPBERRY PI (VČETNĚ DATOVÝCH LISTŮ), JAK JSOU ČAS OD ČASU MODIFIKOVANÉ („ZDROJE“), POSKYTUJE RASPBERRY PI LTD („RPL“) „TAK JAK JSOU“ A JAKÉKOLI VÝSLOVNÉ NEBO OMEZENÉ, BEZ ZÁRUK ODPOVÍDAJÍCÍ ZÁRUKY PRODEJNOSTI A VHODNOSTI PRO KONKRÉTNÍ ÚČEL. V MAXIMÁLNÍM ROZSAHU POVOLENÉM PŘÍSLUŠNÝM ZÁKONEM V ŽÁDNÉM PŘÍPADĚ NEBUDE RPL ODPOVĚDNÁ ZA JAKÉKOLI PŘÍMÉ, NEPŘÍMÉ, NÁHODNÉ, ZVLÁŠTNÍ, EXEMPLÁRNÍ NEBO NÁSLEDNÉ ŠKODY (VČETNĚ, ALE NEOMEZENO NA POSKYTNUTÍ POSKYTOVÁNÍ NÁHRADNÍCH DATA; , NEBO ZISKY NEBO PŘERUŠENÍ OBCHODNÍ ČINNOSTI), JAK JSOU ZPŮSOBENÉ A NA JAKÉKOLI TEorii ODPOVĚDNOSTI, AŤ VE SMLOUVĚ, PŘÍMÉ ODPOVĚDNOSTI NEBO deliktu (VČETNĚ NEDBALOSTI ČI JINAK), VZNIKLÉM JAKÝKOLI ZPŮSOB JAK JAK NAVYŠLI TOHOTO POUŽITÍ. TAKOVÉ ŠKODY.
Společnost RPL si vyhrazuje právo kdykoli a bez dalšího upozornění provádět jakákoli vylepšení, vylepšení, opravy nebo jakékoli jiné úpravy ZDROJŮ nebo jakýchkoli produktů v nich popsaných.
ZDROJE jsou určeny pro zkušené uživatele s odpovídající úrovní znalostí návrhu. Uživatelé jsou výhradně zodpovědní za svůj výběr a použití ZDROJŮ a jakékoli použití produktů v nich popsaných. Uživatel souhlasí s tím, že odškodní a ochrání RPL vůči veškerým závazkům, nákladům, škodám nebo jiným ztrátám vyplývajícím z používání ZDROJŮ.

RPL uděluje uživatelům oprávnění používat ZDROJE výhradně ve spojení s produkty Raspberry Pi. Jakékoli jiné použití ZDROJŮ je zakázáno. Žádná licence není udělena žádnému jinému RPL nebo jinému právu duševního vlastnictví třetí strany.
VYSOKÉ RIZIKOVÉ AKTIVITY. Produkty Raspberry Pi nejsou navrženy, vyrobeny ani zamýšleny pro použití v nebezpečných prostředích vyžadujících bezpečnost při selhání, jako je provoz jaderných zařízení, letecké navigační nebo komunikační systémy, řízení letového provozu, zbraňové systémy nebo aplikace kritické z hlediska bezpečnosti (včetně podpory života systémů a jiných zdravotnických prostředků), ve kterých by selhání produktů mohlo vést přímo k smrti, zranění osob nebo vážnému fyzickému poškození nebo poškození životního prostředí („Vysoce rizikové činnosti“). RPL výslovně odmítá jakoukoli výslovnou nebo předpokládanou záruku vhodnosti pro vysoce rizikové činnosti a nepřijímá žádnou odpovědnost za použití nebo zahrnutí produktů Raspberry Pi do vysoce rizikových činností.

Produkty Raspberry Pi jsou poskytovány v souladu se standardními podmínkami RPL. Poskytování ZDROJŮ společností RPL nerozšiřuje ani jinak neupravuje Standardní podmínky společnosti RPL, včetně, nikoli však výhradně, vyloučení odpovědnosti a záruk v nich vyjádřených.

Kapitola 1. Úvod

Obrázek 1. KiCad 3D vykreslování RP2350A Minimal design example

Když jsme poprvé představili Raspberry Pi RP2040, vydali jsme také „Minimal“ design example a doprovodná příručka Návrh hardwaru s RP2040, která snad vysvětlovala, jak lze RP2040 použít v jednoduché desce plošných spojů a proč byly provedeny různé volby komponent. S příchodem řady RP235x je čas znovu se podívat na původní design RP2040 Minimal a aktualizovat jej, aby zohlednil nové funkce a také každou z variant balíčku; RP2350A s balíčkem QFN-60 a RP2350B, což je QFN-80. Tyto návrhy jsou opět ve formátu Kicad (7.0) a jsou k dispozici ke stažení (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Minimální rada
Původní deska Minimal byla pokusem o poskytnutí jednoduchého referenčního návrhu s použitím naprostého minima externích komponent potřebných pro provoz RP2040 a přesto měla všechny IO odhalené a přístupné. Ten se v podstatě skládal ze zdroje energie (5V až 3.3V lineárního regulátoru), krystalového oscilátoru, flash paměti a IO připojení (micro USB zásuvka a GPIO headery). Nové desky Minimal řady RP235x jsou z velké části stejné, ale s určitými změnami, které jsou nutné kvůli novému hardwaru. Kromě toho, a přestože jdem poněkud proti minimalismu návrhu, přidal jsem několik tlačítek pro bootsel a spuštění spolu se samostatnou hlavičkou SWD, což by tentokrát mělo znamenat mnohem méně frustrující zážitek z ladění. Designy striktně vzato tato tlačítka nepotřebují, signály jsou stále k dispozici na hlavičkách a lze je vynechat, pokud si dáváte obzvlášť záležet na ceně nebo prostoru nebo máte masochistické sklony.

Řada RP2040 vs RP235x
Nejviditelnější změna je v balíčcích. Zatímco RP2040 je 7x7mm QFN-56, řada RP235x má v současnosti čtyři různé členy. Existují dvě zařízení, která sdílejí stejný balíček QFN-60; RP2350A, který neobsahuje interní flash paměť, a RP2354A, který ano. Podobně QFN-80 také přichází ve dvou příchutích; RP2354B s bleskem a RP2350B bez. Zařízení QFN-60 a původní RP2040 sdílejí společného hrdinutage.

Každý z nich má 30 GPIO, z nichž čtyři jsou také připojeny k ADC, a mají velikost 7x7 mm. Navzdory tomu není RP2350A náhradní náhradou za RP2040, protože počet pinů na každém je jiný. Naproti tomu čipy QFN-80 mají nyní 48 GPIO a osm z nich je nyní schopných ADC. Z tohoto důvodu máme nyní dvě desky Minimal; jedna pro 60pinová zařízení a jedna pro 80pinová zařízení. Tyto desky Minimal jsou primárně navrženy pro části bez interního blesku (RP2350), avšak konstrukce lze snadno použít s interními flash zařízeními (RP2354) pouhým vynecháním integrovaného blesku paměti, nebo jej dokonce použít jako sekundární flash zařízení (o tom později). Mezi těmito dvěma deskami je malý rozdíl, kromě skutečnosti, že verze QFN-80 má delší řady hlaviček pro umístění extra GPIO, a deska je proto větší.

Kromě balíčku jsou největším rozdílem na úrovni desky mezi řadami RP235x a RP2040 napájecí zdroje. Řada RP235x má některé nové napájecí kolíky a jiný vnitřní regulátor. 100mA lineární regulátor RP2040 byl nahrazen 200mA spínacím regulátorem a jako takový vyžaduje některé velmi specifické obvody a malou péči věnovanou uspořádání. Důrazně doporučujeme, abyste pečlivě sledovali naše rozvržení a výběr komponent; už jsme si prošli bolestí, že jsme museli udělat několik iterací návrhu, takže doufejme, že nebudete muset.

Obrázek 2. KiCad 3D vykreslování RP2350B Minimal design example

Návrh
Záměrem Minimal designu examples je vytvořit dvojici jednoduchých desek využívajících řadu RP235x, které by měly být levně a snadno vyrobitelné, bez použití zbytečně exotických technologií PCB. Desky Minimal jsou tedy dvouvrstvé, využívající komponenty, které by měly být běžně dostupné a všechny montované na horní stranu desky. I když by bylo hezké používat velké, snadno ručně pájitelné součástky, malá rozteč čipů QFN (2 mm) znamená, že použití některých pasivních součástek 0.4 (0402 metrických) je nevyhnutelné, pokud mají být použity všechny GPIO. Zatímco ruční pájení součástek 1005 není se slušnou páječkou příliš náročné, je téměř nemožné pájet QFN bez speciálního vybavení.

Během několika následujících sekcí se pokusím vysvětlit, k čemu jsou další obvody a doufejme, jak jsme dospěli k rozhodnutí, která jsme udělali. Protože ve skutečnosti budu mluvit o dvou samostatných návrzích, jednom pro každou velikost balení, snažil jsem se, aby věci byly co nejjednodušší. Pokud je to možné, všechny odkazy na komponenty pro dvě desky jsou identické, takže pokud odkazuji na U1, R1 atd., pak je to stejně relevantní pro obě desky. Jasnou výjimkou je situace, kdy je součástka pouze na jedné z desek (ve všech případech to bude na větší 80pinové variantě), pak bude dotyčná součástka pouze na provedení QFN-80; napřample, R13 se objevuje pouze na této desce.

Kapitola 2. Napájení

Napájecí zdroje řady RP235x a RP2040 se tentokrát poněkud liší, i když ve své nejjednodušší konfiguraci stále vyžadují dva zdroje, 3.3 V a 1.1 V. Řada RP235x je současně energeticky náročnější, protože má vyšší výkon a také úspornější (ve stavu nízké spotřeby) než její předchůdce, a proto byl lineární regulátor na RP2040 vylepšen o spínací regulátor. To nám umožňuje vyšší energetickou účinnost při vyšších proudech (až 200 mA ve srovnání s dřívějšími 100 mA).

Nový na čipu svtagregulátor

Obrázek 3. Schematický řez znázorňující vnitřní obvod regulátoru

Lineární regulátor RP2040 měl dva piny, vstup 3.3 V a výstup 1.1 V pro napájení DVDD na čipu. Tentokrát má regulátor řady RP235x pět pinů a vyžaduje nějaké externí komponenty, aby fungoval. I když se to zdá být z hlediska použitelnosti trochu krok zpět, spínací regulátor má výhodutage jsou energeticky účinnější při vyšších zatěžovacích proudech.

Jak název napovídá, regulátor rychle zapíná a vypíná interní tranzistor připojující 3.3V vstupní vol.tage (VREG_VIN) na pin VREG_LX a pomocí induktoru (L1) a výstupního kondenzátoru (C7) může produkovat stejnosměrný výstupní obj.tage, který byl snížen ze vstupu. Pin VREG_FB monitoruje výstupní objemtage, a upravuje poměr zapnutí/vypnutí spínacího cyklu, aby bylo zajištěno, že požadovaný objemtage je zachováno. Protože jsou velké proudy přepínány z VREG_VIN na VREG_LX, je zapotřebí velký kondenzátor (C6) blízko vstupu, takže příliš nenarušíme napájení 3.3V. Když už mluvíme o těchto velkých spínacích proudech, regulátor také přichází s vlastním uzemňovacím zpětným připojením, VREG_PGND. Podobně jako u VREG_VIN a VREG_LX je uspořádání tohoto připojení kritické, a přestože se VREG_PGND musí připojit k hlavnímu GND, musí to být provedeno tak, aby se všechny velké spínací proudy vracely přímo na kolík PGND, aniž by rušily ostatní GND příliš mnoho.

Posledním pinem je VREG_AVDD, který napájí analogový obvod v regulátoru a ten je velmi citlivý na šum.

Obrázek 4. Schematický řez znázorňující rozložení PCB regulátoru

Uspořádání regulátoru na minimálních deskách přesně zrcadlí rozmístění Raspberry Pi Pico 2. Do návrhu tohoto obvodu bylo vynaloženo mnoho práce a bylo potřeba mnoho iterací PCB, aby byl tak dobrý, jak jen můžeme. může. I když můžete tyto komponenty umístit mnoha různými způsoby a přesto nechat regulátor „fungovat“ (tj. produkovat výstupní obj.tage na zhruba správné úrovni, dost dobré na to, aby se spustil kód), zjistili jsme, že s naším regulátorem je třeba zacházet přesně tím správným způsobem, aby byl spokojený, a pod pojmem šťastný mám na mysli produkci správného výstupního obj.tage v rozsahu podmínek zátěžového proudu.
Při provádění našich experimentů na tomto jsme byli poněkud zklamáni, když jsme si připomněli, že nepohodlný svět fyziky nelze vždy ignorovat. My, jako inženýři, se do značné míry snažíme a děláme přesně toto; zjednodušování komponent, ignorování (často) nepodstatných fyzikálních vlastností a místo toho se soustředíme na vlastnost, která nás zajímá. Např.ample, jednoduchý rezistor nemá jen odpor, ale také indukčnost atd. V našem případě jsme (znovu) objevili, že induktory mají spojené magnetické pole, a co je důležité, vyzařují ve směru podle toho, kterým směrem cívka je navinutý a směr toku proudu. Také nám bylo připomenuto, že „plně“ stíněný induktor neznamená to, co si myslíte, že by mohl. Magnetické pole je do značné míry zeslabeno, ale část stále uniká. Zjistili jsme, že výkon regulátoru by se mohl výrazně zlepšit, pokud je induktor „správným způsobem“.
Ukázalo se, že magnetické pole vyzařované z induktoru „nevhodným způsobem“ interferuje s výstupním kondenzátorem regulátoru (C7), což zase narušuje řídicí obvody v RP2350. S induktorem ve správné orientaci a přesným rozložením a výběrem komponent zde použitý, pak tento problém zmizí. Nepochybně budou existovat další rozložení, komponenty atd., které by mohly pracovat s induktorem v libovolné orientaci, ale s největší pravděpodobností zaberou mnohem více místa na desce plošných spojů, aby tak učinily. Toto doporučené rozvržení jsme poskytli, abychom lidem ušetřili mnoho technických hodin, které jsme strávili vývojem a zdokonalováním tohoto kompaktního a dobře fungujícího řešení.
Více k věci, jdeme tak daleko, že říkáme, že pokud se rozhodnete nepoužívat našeho example, pak tak činíte na vlastní nebezpečí. Podobně jako to již děláme s RP2040 a krystalovým obvodem, kde trváme na (dobře, důrazně doporučujeme), abyste použili konkrétní součást (učiníme tak znovu v krystalové části tohoto dokumentu).
Směrovost těchto malých induktorů je do značné míry všeobecně ignorována, přičemž orientaci vinutí cívky nelze odvodit, a je také náhodně rozložena podél cívky součástek. U větších velikostí pouzdra induktoru lze často najít označení polarity, ale nenašli jsme žádné vhodné pro velikost pouzdra 0806 (metrická 2016), kterou jsme vybrali. Za tímto účelem jsme spolupracovali s Abraconem na výrobě 3.3μH části s tečkou označující polaritu, a co je důležité, přicházíme na cívku se všemi zarovnanými stejným způsobem. TBD jsou (nebo velmi brzy budou) zpřístupněny široké veřejnosti od distributorů. Jak již bylo zmíněno dříve, zdroj VREG_AVDD je velmi citlivý na šum, a proto musí být filtrován. Zjistili jsme, že jelikož VREG_AVDD odebírá pouze kolem 200μA, RC filtr 33Ω a 4.7μF je adekvátní.
Abychom to shrnuli, použité komponenty budou…
- C6, C7 & C9 – 4.7μF (0402, 1005 metrický)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016 metrický)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metrický)
Datový list RP2350 obsahuje podrobnější diskusi o doporučeních uspořádání regulátoru, viz požadavky na externí komponenty a plošné spoje.

Vstupní napájení

Připojení vstupního napájení pro tento design je přes 5V VBUS pin konektoru Micro-USB (označený J1 na obrázku 5). Toto je běžný způsob napájení elektronických zařízení a zde to dává smysl, protože RP2350 má funkci USB, kterou připojíme k datovým pinům tohoto konektoru. Protože pro tento návrh potřebujeme pouze 3.3 V (napájení 1.1 V pochází z interního zdroje), musíme snížit příchozí 5V USB napájení, v tomto případě pomocí jiného externího vol.tage regulátor, v tomto případě lineární regulátor (aka Low Drop Out regulátor nebo LDO). Vzhledem k tomu, že jsem dříve vychvaloval přednosti použití účinného spínacího regulátoru, mohlo by být moudrou volbou jej použít i zde, ale rozhodl jsem se pro jednoduchost. Za prvé, použití LDO je téměř vždy jednodušší. Nepotřebujete žádné výpočty, abyste zjistili, jakou velikost induktoru byste měli použít, nebo jak velké jsou výstupní kondenzátory, a rozložení je obvykle také mnohem přímočařejší. Zadruhé zde není cílem zachránit každou poslední kapku energie; pokud ano, vážně bych uvažoval o použití spínacího regulátoru a můžete najít exampA za třetí, mohu si jednoduše „vypůjčit“ obvod, který jsem dříve používal na verzi RP2 desky Minimal. Zde vybraný NCP2040 (U1117) má pevný výstup 2 V, je široce dostupný a může poskytovat proud až 3.3A, což bude stačit pro většinu návrhů. Pohled na datový list pro NCP1 nám říká, že toto zařízení vyžaduje 1117μF kondenzátor na vstupu a další na výstupu (C10 a C1).

Oddělovací kondenzátory

Obrázek 6. Schématický řez znázorňující vstupy napájecího zdroje RP2350, svtage regulátor a oddělovací kondenzátory

Dalším aspektem návrhu napájecího zdroje jsou oddělovací kondenzátory potřebné pro RP2350. Ty poskytují dvě základní funkce. Za prvé odfiltrují šum napájecího zdroje a za druhé poskytují místní dodávku náboje, kterou mohou obvody uvnitř RP2350 použít v krátké době. Tím se zabrání zvtagaby hladina v bezprostřední blízkosti příliš neklesla, když se současná poptávka náhle zvýší. Z tohoto důvodu je důležité umístit oddělovač blízko napájecích kolíků. Obvykle doporučujeme použití 100nF kondenzátoru na napájecí pin, ale v několika případech se od tohoto pravidla odchýlíme.

Obrázek 7. Část rozvržení zobrazující směrování a oddělení RP2350

Za prvé, abychom mohli mít dostatek místa pro všechny piny čipu, aby mohly být vyvedeny ven, pryč od zařízení, musíme udělat kompromis s množstvím oddělovacích kondenzátorů, které můžeme použít. V tomto provedení sdílejí kolíky 53 a 54 RP2350A (piny 68 a 69 RP2350B) jeden kondenzátor (C12 na obrázku 7 a obrázku 6), protože na této straně zařízení není mnoho místa a komponenty a uspořádání regulátoru mají přednost.
Tento nedostatek prostoru by se dal poněkud překonat, kdybychom použili složitější/dražší technologii, jako jsou menší součástky nebo čtyřvrstvé PCB s součástkami na horní i spodní straně. Jedná se o designový kompromis; snížili jsme složitost a náklady na úkor menší oddělovací kapacity a kondenzátorů, které jsou o něco dále od čipu, než je optimální (to zvyšuje indukčnost). To by mohlo mít vliv na omezení maximální rychlosti, při které by mohla konstrukce pracovat, protože objtagNapájení by mohlo být příliš hlučné a klesnout pod minimální povolený objemtagE; ale pro většinu aplikací by tento kompromis měl být přijatelný.

Další odchylka od pravidla 100nF je, abychom mohli dále vylepšovat objemtage výkon regulátoru; pro C4.7 doporučujeme použít 10μF, který je umístěn na druhé straně čipu od regulátoru.

Kapitola 3. Paměť Flash

Primární blesk

Obrázek 8. Schéma zobrazující primární paměť flash a obvody USB_BOOT

Abychom mohli uložit programový kód, ze kterého může RP2350 bootovat a spustit, potřebujeme použít flash paměť, konkrétně quad SPI flash paměť. Zde zvolené zařízení je zařízení W25Q128JVS (U3 na obrázku 8), což je 128Mbitový čip (16MB). Toto je největší velikost paměti, kterou může RP2350 podporovat. Pokud vaše konkrétní aplikace nepotřebuje tolik úložiště, můžete místo toho použít menší a levnější paměť.
Protože tato datová sběrnice může mít poměrně vysokou frekvenci a je pravidelně používána, měly by být kolíky QSPI RP2350 připojeny přímo k blesku pomocí krátkých spojů, aby se zachovala integrita signálu a také se snížily přeslechy v okolních obvodech. Přeslech je místo, kde signály na síti jednoho okruhu mohou indukovat nežádoucí voltages na sousedním okruhu, což může způsobit výskyt chyb.

Signál QSPI_SS je speciální případ. Je připojen přímo k blesku, ale má k němu připojeny i dva odpory (no dobře, čtyři, ale k tomu se dostanu později). První (R1) je vytahovací na napájení 3.3V. Flash paměť vyžaduje, aby vstup pro výběr čipu měl stejný objemtage jako vlastní 3.3V napájecí kolík při zapnutí zařízení, jinak nebude fungovat správně. Když je RP2350 zapnutý, jeho pin QSPI_SS se automaticky přepne do výchozího stavu, ale během zapínání nastane krátká doba, kdy nelze stav pinu QSPI_SS zaručit. Přidání pull-up rezistoru zajišťuje, že tento požadavek bude vždy splněn. R1 je na schématu označen jako DNF (Do Not Fit), protože jsme zjistili, že u tohoto konkrétního flash zařízení je externí vytahování zbytečné. Pokud je však použit jiný blesk, může být důležité, aby zde bylo možné vložit odpor 10 kΩ, takže byl pro všechny případy přiložen.
Druhý rezistor (R6) je 1kΩ rezistor připojený k tlačítku (SW1) označenému 'USB_BOOT'. Je to proto, že kolík QSPI_SS se používá jako „řemínek na boty“; RP2350 zkontroluje hodnotu tohoto I/O během spouštěcí sekvence, a pokud se zjistí, že je logická 0, vrátí se RP2350 do režimu BOOTSEL, kde se RP2350 prezentuje jako velkokapacitní paměťové zařízení USB a kód lze přímo zkopírovat. k tomu. Pokud jednoduše stiskneme tlačítko, přitáhneme pin QSPI_SS k zemi a pokud je následně zařízení následně resetováno (např. přepnutím pinu RUN), RP2350 se místo pokusu spustit obsah flashe restartuje v režimu BOOTSEL. Tyto odpory, R2 a R6 (také R9 a R10), by měly být umístěny v blízkosti flash čipu, takže se vyhneme dalším délkám měděných stop, které by mohly ovlivnit signál.
Vše výše uvedené platí konkrétně pro RP2350, který nemá interní blesk. Zařízení RP2354 mají samozřejmě interní 2MB flash paměti, takže externí paměť U3 není potřeba, takže U3 lze bezpečně odstranit ze schématu nebo jednoduše nechat neobsazené. V obou těchto případech bychom stále chtěli ponechat přepínač USB_BOOT připojený k QSPI_SS, abychom mohli stále vstoupit do režimu spouštění USB.

Sekundární flash nebo PSRAM

Řada RP235x nyní podporuje druhé paměťové zařízení využívající stejné piny QSPI, přičemž GPIO poskytuje další výběr čipu. Pokud tedy používáme RP2354 (který má interní blesk), pak bychom mohli použít U3 jako sekundární blesk, nebo jej dokonce nahradit zařízením PSRAM. Abychom to mohli udělat, musíme odpojit QSPI_SS od U3 a místo toho jej připojit k vhodnému GPIO. Nejbližší GPIO, které může být volbou čipu (XIP_CS1n), je GPIO0, takže odstraněním 0Ω z R10 a jeho namontováním na R9 máme nyní přístup k U3 kromě blesku na čipu. Abychom plně využili výhodytagU této funkce, kde máme dvě externí paměťová zařízení, takže části RP2350 bez blesku mohou těžit, větší ze dvou desek Minimal pro RP2350B obsahuje volitelnou stopu (U4) pro přídavný paměťový čip.

Obrázek 9. Část schématu zobrazující volitelné sekundární paměťové zařízení

Aby bylo možné toto zařízení používat, bude samozřejmě muset být osazeno , stejně jako R11 (0Ω) a R13 (10KΩ). Přidání R11 připojuje GPIO0 (signál XIP_CS1n) k výběru čipu druhé paměti. Zatažení na kolíku pro výběr čipu je tentokrát rozhodně potřeba, protože výchozí stav GPIO0 má být při zapnutí stažen nízko, což by způsobilo selhání našeho flash zařízení. C22 by byl také potřebný k zajištění místního oddělení napájení pro U4.

Podporované flash čipy
Počáteční sekvence zábleskové sondy, kterou spodní část používá k extrakci druhého stage z flash, používá příkaz sériového čtení 03h s 24bitovým adresováním a sériovým taktem přibližně 1MHz. Opakovaně prochází čtyřmi kombinacemi polarity hodin a fáze hodin a hledá platnou sekundu stage Kontrolní součet CRC32.
Jako druhý stagPoté je možné konfigurovat provádění na místě pomocí stejného příkazu sériového čtení 03h, RP2350 může provádět spouštění flash na místě v mezipaměti s jakýmkoli čipem podporujícím sériové čtení 03h s 24bitovým adresováním, což zahrnuje většinu flashových zařízení řady 25 . SDK poskytuje example druhá stage pro CPOL=0 CPHA=0, at https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Aby bylo možné podporovat programování flash pomocí rutin ve spodní části , musí zařízení také reagovat na následující příkazy:

02h 256bajtový program stránky
05h přečtení stavového registru
06h nastavit západku povolení zápisu

20h 4kB vymazání sektoru

RP2350 také podporuje širokou škálu přístupových režimů dual-SPI a QSPI. Napřample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S konfiguruje zařízení řady Winbond W25Q pro režim nepřetržitého čtení quad-IO, kde RP2350 odesílá adresy quad-IO (bez předpony příkazu) a flash odpovídá daty quad-IO.

Určitá opatrnost je nutná u režimů XIP blesku, kde zařízení flash přestane reagovat na standardní sériové příkazy, jako je režim nepřetržitého čtení Winbond zmíněný výše. To může způsobit problémy, když je RP2350 resetován, ale zařízení flash není cyklicky zapnuto, protože flash nebude reagovat na sekvenci flash sondy bootromu. Před vydáním sériového čtení 03h bootrom vždy vydá následující pevnou sekvenci, což je sekvence nejlepšího úsilí pro ukončení XIP na řadě flashových zařízení:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (přes stahování, aby se předešlo sporům), vydání ×32 hodin
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (přes pull up, aby se předešlo sporům), vydání ×32 hodin
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (řízené low-Z, všechny ostatní I/O Hi-Z), vydání ×16 hodin

Pokud zvolené zařízení nereaguje na tuto sekvenci v režimu nepřetržitého čtení, musí být udržováno ve stavu, kdy je každému přenosu předpona sériový příkaz, jinak se RP2350 nebude moci po vnitřním resetu obnovit.
Další podrobnosti o QSPI naleznete v části QSPI Memory Interface (QMI) v datovém listu RP2350.

Kapitola 4. Krystalový oscilátor

Obrázek 10. Schématický řez znázorňující krystalový oscilátor a zatěžovací kondenzátory

Přísně vzato, RP2350 ve skutečnosti nevyžaduje externí zdroj hodin, protože má svůj vlastní interní oscilátor. Protože však frekvence tohoto interního oscilátoru není dobře definovaná nebo řízená, liší se čip od čipu a také s různým napájecím objememtages a teplot, doporučuje se použít stabilní externí frekvenční zdroj. Aplikace, které se spoléhají na přesné frekvence, nejsou možné bez externího zdroje frekvence, USB je prvotřídní příkladample.
Poskytnutí externího zdroje frekvence lze provést jedním ze dvou způsobů: buď poskytnutím zdroje hodin s výstupem CMOS (čtvercová vlna IOVDD obj.tage) do kolíku XIN nebo pomocí 12MHz krystalu připojeného mezi nimi
XIN a XOUT. Použití krystalu je zde preferovanou možností, protože oba jsou relativně levné a velmi přesné.

Zvolený krystal pro tento design je ABM8-272-T3 (Y1 na obrázku 10). Jedná se o stejný 12MHz krystal použitý na Raspberry Pi Pico a Raspberry Pi Pico 2. Důrazně doporučujeme používat tento krystal spolu s doprovodnými obvody, aby bylo zajištěno rychlé spuštění hodin za všech podmínek bez poškození samotného krystalu. Krystal má frekvenční toleranci 30ppm, což by mělo být dostatečné pro většinu aplikací. Spolu s frekvenční tolerancí +/-30ppm má maximální ESR 50Ω a zatěžovací kapacitu 10pF, což obojí mělo vliv na výběr doprovodných komponent.
Aby krystal osciloval na požadované frekvenci, výrobce udává zatěžovací kapacitu, kterou k tomu potřebuje, a v tomto případě je to 10pF. Této zatěžovací kapacity je dosaženo umístěním dvou kondenzátorů stejné hodnoty, jednoho na každou stranu krystalu vůči zemi (C3 a C4). Z hlediska krystalu viewjsou tyto kondenzátory zapojeny do série mezi jejími dvěma vývody. Základní teorie obvodů nám říká, že se kombinují a dávají kapacitu (C3*C4)/(C3+C4) a jako C3=C4 je to jednoduše C3/2. V tomto example, použili jsme kondenzátory 15pF, takže sériová kombinace je 7.5pF. Kromě této záměrné zatěžovací kapacity musíme také přidat hodnotu pro neúmyslnou extra kapacitu neboli parazitní kapacitu, kterou získáme ze stop PCB a pinů XIN a XOUT RP2350. Budeme předpokládat hodnotu 3 pF, a protože tato kapacita je paralelní k C3 a C4, jednoduše to přidáme, abychom dostali celkovou zatěžovací kapacitu 10.5 pF, což je dostatečně blízko k cílové hodnotě 10 pF. Jak vidíte, parazitní kapacita stop PCB je faktorem, a proto je musíme udržovat malé, abychom krystal nenarušili a nezastavili jej oscilovat, jak bylo zamýšleno. Snažte se udržet rozložení co nejkratší.
Druhým aspektem je maximální ESR (ekvivalentní sériový odpor) krystalu. Rozhodli jsme se pro zařízení s maximálně 50Ω, protože jsme zjistili, že to je spolu s 1kΩ sériovým rezistorem (R2) dobrá hodnota, která zabrání přebuzení krystalu a jeho poškození při použití IOVDD. úroveň 3.3V. Je-li však IOVDD nižší než 3.3 V, pak se hnací proud kolíků XIN/XOUT sníží a zjistíte, že ampšířka krystalu je nižší nebo dokonce nemusí vůbec oscilovat. V tomto případě bude nutné použít menší hodnotu sériového odporu. Jakákoli odchylka od zde zobrazeného obvodu krystalu nebo s úrovní IOVDD jinou než 3.3 V bude vyžadovat rozsáhlé testování, aby bylo zajištěno, že krystal osciluje za všech podmínek a že se spouští dostatečně rychle, aby nezpůsobil problémy s vaší aplikací.

Doporučený krystal

Pro originální návrhy s použitím RP2350 doporučujeme použít Abracon ABM8-272-T3. Napřample, kromě minimálního provedení example, viz schéma desky Pico 2 v příloze B datového listu Raspberry Pi Pico 2 a designu Pico 2 files.
Pro nejlepší výkon a stabilitu v typických rozsahech provozních teplot použijte Abracon ABM8-272-T3. ABM8-272-T3 můžete získat přímo od společnosti Abracon nebo od autorizovaného prodejce. Pico 2 byl speciálně vyladěn pro ABM8-272-T3, který má následující specifikace:

I když použijete krystal s podobnými specifikacemi, budete muset obvod otestovat v rozsahu teplot, abyste zajistili stabilitu.
Krystalový oscilátor je napájen z IOVDD svtagE. Výsledkem je, že krystal Abracon a tento konkrétní dampodpory jsou naladěny na provoz 3.3V. Pokud použijete jiný IO svtage, budete muset znovu naladit.
Jakékoli změny parametrů krystalu ohrožují nestabilitu všech komponent připojených k obvodu krystalu.

Pokud nemůžete získat doporučený krystal přímo od společnosti Abracon nebo prodejce, kontaktujte nás application@raspberrypi.com.

Kapitola 5. IO

USB
Obrázek 11. Schematický řez znázorňující USB piny RP2350 a sériové zakončení

RP2350 poskytuje dva piny pro použití pro full speed (FS) nebo low speed (LS) USB, buď jako hostitel nebo zařízení, v závislosti na použitém softwaru. Jak jsme již probrali, RP2350 lze také zavést jako velkokapacitní paměťové zařízení USB, takže zapojení těchto kolíků do konektoru USB (J1 na obrázku 5) dává smysl. Piny USB_DP a USB_DM na RP2350 nevyžadují žádné další stahování nebo stahování (nutné pro označení rychlosti, FS nebo LS nebo toho, zda se jedná o hostitele nebo zařízení), protože jsou zabudovány do I/O. Tyto I/O však vyžadují sériové zakončovací odpory 27Ω (R7 a R8 na obrázku 11), umístěné blízko čipu, aby splnily specifikaci impedance USB.
I když je RP2350 omezen na plnou rychlost přenosu dat (12 Mb/s), měli bychom se pokusit zajistit, aby charakteristická impedance přenosových linek (měděné dráhy spojující čip s konektorem) byla blízko
Specifikace USB 90Ω (měřeno diferenciálně). Na desce o tloušťce 1 mm, jako je tato, pokud použijeme stopy o šířce 0.8 mm na USB_DP a USB_DM, s mezerou 0.15 mm mezi nimi, měli bychom získat diferenciální charakteristickou impedanci přibližně 90 Ω. To má zajistit, aby se signály mohly po těchto přenosových vedeních šířit co nejčistěji a minimalizovat objemtage odrazy, které mohou snížit integritu signálu. Aby tato přenosová vedení správně fungovala, musíme se ujistit, že přímo pod těmito vedeními je zem. Pevná, nepřerušovaná plocha broušené mědi, táhnoucí se po celé délce dráhy. U tohoto designu je téměř celá spodní měděná vrstva věnována zemi a zvláštní péče byla věnována tomu, aby USB stopy neprocházely ničím jiným než zemí. Pokud je pro vaši sestavu vybrána deska plošných spojů tlustší než 1 mm, pak máme dvě možnosti. Mohli bychom přepracovat přenosové linky USB, abychom kompenzovali větší vzdálenost mezi tratí a zemí pod ní (což by mohlo být fyzicky nemožné), nebo bychom to mohli ignorovat a doufat v nejlepší. USB FS může být docela shovívavé, ale vaše kilometry se mohou lišit. Pravděpodobně bude fungovat v mnoha aplikacích, ale pravděpodobně nebude v souladu se standardem USB.

I/O hlavičky

Obrázek 12. Schematický řez zobrazující 2.54mm I/O hlavičky verze QFN60

Kromě již zmíněného USB konektoru je zde dvojice dvouřadých 2.54mm headerů (J2 a J3 na obrázku 12), jeden na každé straně desky, ke kterým byl připojen zbytek I/O. Na RP30A je 2350 GPIO, zatímco na RP48B je 2350 GPIO, takže headery na této verzi desky Minimal jsou větší, aby umožnily další piny (viz obrázek 13).
Vzhledem k tomu, že se jedná o návrh pro všeobecné použití, bez ohledu na konkrétní aplikaci, byly I/O zpřístupněny pro připojení podle přání uživatele. Vnitřní řada kolíků na každé hlavičce jsou I/O a vnější řada jsou všechny spojeny se zemí. Je dobrou praxí zahrnout mnoho uzemnění na I/O konektory. To pomáhá udržovat zem s nízkou impedancí a také poskytuje spoustu potenciálních zpětných cest pro proudy putující do az
I/O připojení. To je důležité pro minimalizaci elektromagnetického rušení, které může být způsobeno zpětnými proudy rychle spínaných signálů, které vyžadují dlouhé smyčkové cesty k dokončení obvodu.

Obě záhlaví jsou na stejné mřížce 2.54 mm, což usnadňuje připojení této desky k dalším věcem, jako jsou prkénka na krájení. Možná budete chtít zvážit montáž pouze jednořádkového záhlaví místo dvouřádkového záhlaví, upustit od vnější řady zemních spojů, aby bylo pohodlnější namontovat na prkénko.

Obrázek 13. Schematický řez zobrazující 2.54mm I/O hlavičky verze QFN80

Ladit konektor

Obrázek 14. Část schématu zobrazující volitelný konektor JST pro ladění SWD

Pro ladění na čipu se možná budete chtít připojit k rozhraní SWD RP2350. Dva kolíky, SWD a SWCLK, jsou k dispozici na 2.54 mm konektoru J3, aby bylo možné snadno připojit ladicí sondu dle vašeho výběru. Kromě toho jsem zahrnul volitelnou hlavičku JST, která umožňuje snadné připojení k Raspberry Pi Debug Probe. Nemusíte to používat, 2.54mm hlavičky postačí, pokud máte v úmyslu ladit software, ale považuji to za pohodlnější. Zvolil jsem horizontální konektor, hlavně proto, že se mi líbí vzhledově, i když není na okraji desky, ale vertikální jsou k dispozici, i když s trochu jiným půdorysem.

Tlačítka
Provedení Minimal nyní obsahuje ne jedno, ale hned dvě tlačítka, kde verze RP240 žádné neměla. Jedno je pro výběr spouštění z USB, jak jsme již dříve diskutovali, ale druhé je tlačítko „reset“, které je připojeno ke kolíku RUN. Ani jeden z nich není nezbytně nutný (ačkoli tlačítko BOOTSEL by muselo být nahrazeno záhlavím nebo podobným, pokud by byl vyžadován režim spouštění z USB) a lze je odstranit, pokud je problém s místem nebo cenou, ale rozhodně činí používání RP2350 daleko. příjemnější zážitek.