Microcontrolador Raspberry Pi SC1631

Especificaciones del producto

• Modelo: RP2350
• Paquete: QFN-60
• Almacenamiento flash interno: No
• VolumentagRegulador electrónico: regulador de conmutación en chip
• Pines del regulador: 5 (entrada de 3.3 V, salida de 1.1 V, VREG_AVDD, VREG_LX, VREG_PGND)

Instrucciones de uso del producto

• Capítulo 1: Introducción
• La serie RP2350 ofrece diferentes opciones de encapsulado en comparación con la serie RP2040. El RP2350A y el RP2354A vienen en un encapsulado QFN-60 con y sin almacenamiento flash interno respectivamente, mientras que el RP2354B y el RP2350B vienen en un encapsulado QFN-80 con y sin almacenamiento flash.
• Capítulo 2: Poder
  La serie RP2350 cuenta con un nuevo volumen de conmutación en chiptagRegulador de cinco pines. Este regulador requiere componentes externos para su funcionamiento, pero ofrece una mayor eficiencia energética con corrientes de carga más altas en comparación con el regulador lineal de la serie RP2040. Preste atención a la sensibilidad al ruido en el pin VREG_AVDD que alimenta los circuitos analógicos.

Preguntas frecuentes (FAQ)

• P: ¿Cuál es la principal diferencia entre RP2350A y RP2350B?
  R: La principal diferencia radica en la presencia de almacenamiento flash interno. El RP2350A no tiene almacenamiento flash interno, mientras que el RP2350B sí.
• P: ¿Cuántos pines tiene el vol?tag¿Qué regulador tiene la serie RP2350?
  R: El volumentagEl regulador de la serie RP2350 tiene cinco pines.

Diseño de hardware con RP2350 Uso de microcontroladores RP2350 para construir placas y productos

Colofón

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Capítulo 1. Introducción

Figura 1. Representación 3D de KiCad del diseño minimalista del RP2350Aample

Cuando presentamos por primera vez la Raspberry Pi RP2040, también lanzamos una versión de diseño "minimalista"ampy la guía complementaria Diseño de hardware con RP2040, que con suerte explica cómo se puede utilizar el RP2040 en una placa de circuito simple y por qué se eligieron los distintos componentes. Con la llegada de la serie RP235x, es hora de revisar el diseño minimalista original del RP2040 y actualizarlo para tener en cuenta las nuevas características y también para cada una de las variantes de encapsulado: el RP2350A con su encapsulado QFN-60 y el RP2350B, que es un QFN-80. Nuevamente, estos diseños están en formato Kicad (7.0) y están disponibles para descargar (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

 El tablero minimalista
La placa Minimal original fue un intento de proporcionar un diseño de referencia simple, utilizando el mínimo de componentes externos necesarios para ejecutar el RP2040 y aún así tener todo el IO expuesto y accesible. Esto estaba compuesto esencialmente por una fuente de alimentación (un regulador lineal de 5 V a 3.3 V), un oscilador de cristal, memoria flash y conexiones IO (un conector micro USB y conectores GPIO). Las nuevas placas Minimal de la serie RP235x son en gran medida las mismas, pero con algunos cambios necesarios debido al nuevo hardware. Además de esto, y a pesar de ir un poco en contra de la naturaleza minimalista del diseño, he agregado un par de botones para bootel y run, junto con un conector SWD separado, lo que debería significar una experiencia de depuración mucho menos frustrante esta vez. Los diseños, estrictamente hablando, no necesitan estos botones, las señales aún están disponibles en los conectores y se pueden omitir si eres particularmente consciente del costo o el espacio, o tienes tendencias masoquistas.

 Serie RP2040 frente a serie RP235x
El cambio más obvio está en los encapsulados. Mientras que el RP2040 es un QFN-7 de 7x56 mm, la serie RP235x actualmente tiene cuatro miembros diferentes. Hay dos dispositivos que comparten el mismo encapsulado QFN-60: el RP2350A, que no contiene almacenamiento flash interno, y el RP2354A, que sí lo tiene. De manera similar, el QFN-80 también viene en dos versiones: el RP2354B con flash y el RP2350B sin él. Los dispositivos QFN-60 y el RP2040 original comparten una herencia común.tage.

Cada uno de ellos tiene 30 GPIO, cuatro de los cuales también están conectados al ADC, y tienen un tamaño de 7x7 mm. A pesar de esto, el RP2350A no es un reemplazo directo del RP2040, ya que la cantidad de pines en cada uno es diferente. Por el contrario, los chips QFN-80 ahora tienen 48 GPIO, y ocho de ellos ahora son compatibles con ADC. Debido a esto, ahora tenemos dos placas Minimal; una para los dispositivos de 60 pines y otra para los de 80. Estas placas Minimal están diseñadas principalmente para las piezas sin flash interno (RP2350), sin embargo, los diseños se pueden usar fácilmente con los dispositivos flash internos (RP2354) simplemente omitiendo la memoria flash incorporada, o incluso usándola como un dispositivo flash secundario (más sobre esto más adelante). Hay poca diferencia entre las dos placas, aparte del hecho de que la versión QFN-80 tiene filas de encabezados más largas para acomodar el GPIO adicional, y por lo tanto la placa es más grande.

Aparte del paquete, la mayor diferencia a nivel de placa entre la serie RP235x y la RP2040 son las fuentes de alimentación. La serie RP235x tiene algunos pines de alimentación nuevos y un regulador interno diferente. El regulador lineal de 100 mA de la RP2040 ha sido reemplazado por un regulador de conmutación de 200 mA y, como tal, requiere un circuito muy específico y un cuidado considerable en el diseño. Es muy recomendable que sigas de cerca nuestro diseño y selección de componentes; ya hemos pasado por el dolor de tener que hacer varias iteraciones del diseño, por lo que esperamos que no tengas que hacerlo tú.

Figura 2. Representación 3D de KiCad del diseño minimalista del RP2350Bample

 El diseño
La intención del diseño minimalista exampEl objetivo es crear un par de placas sencillas utilizando la serie RP235x, que deberían ser de fabricación barata y sencilla, sin utilizar tecnologías de PCB innecesariamente exóticas. Por lo tanto, las placas Minimal son diseños de 2 capas, que utilizan componentes que deberían estar disponibles comúnmente y todos montados en el lado superior de la placa. Si bien sería bueno utilizar componentes grandes y fáciles de soldar a mano, el pequeño paso de los chips QFN (0.4 mm) significa que el uso de algunos componentes pasivos 0402 (1005 métricos) es inevitable si se van a utilizar todos los GPIO. Si bien soldar a mano los componentes 0402 no es demasiado complicado con un soldador decente, es casi imposible soldar los QFN sin un equipo especializado.

En las siguientes secciones, intentaré explicar para qué sirve el circuito adicional y, con suerte, cómo llegamos a tomar las decisiones que tomamos. Como en realidad voy a hablar de dos diseños separados, uno para cada tamaño de encapsulado, he intentado mantener las cosas lo más simples posible. En la medida de lo posible, todas las referencias de componentes para las dos placas son idénticas, por lo que si hago referencia a U1, R1, etc., entonces es igualmente relevante para ambas placas. La excepción obvia es cuando el componente está solo en una de las placas (en todos los casos, esto estará en la variante más grande de 80 pines), entonces el componente en cuestión solo estará en el diseño QFN-80; por ejemplo,ample, R13 solo aparece en este tablero.

Capítulo 2. Poder

Las fuentes de alimentación de la serie RP235x y la RP2040 difieren un poco esta vez, aunque en su configuración más simple, todavía requiere dos fuentes de alimentación, 3.3 V y 1.1 V. La serie RP235x consume más energía, ya que tiene un mayor rendimiento, y también es más frugal (cuando está en un estado de bajo consumo) que su predecesora, por lo que el regulador lineal de la RP2040 se ha actualizado con un regulador de conmutación. Esto nos permite una mayor eficiencia energética con corrientes más altas (hasta 200 mA en comparación con los 100 mA anteriores).

 Nuevo volumen en chiptage regulador

Figura 3. Sección esquemática que muestra el circuito regulador interno.

El regulador lineal del RP2040 tenía dos pines, una entrada de 3.3 V y una salida de 1.1 V para alimentar el DVDD en el chip. Esta vez, el regulador de la serie RP235x tiene cinco pines y requiere algunos componentes externos para que funcione. Si bien esto parece un paso atrás en términos de usabilidad, el regulador de conmutación tiene la ventajatagy de ser más eficiente energéticamente en corrientes de carga más altas.

Como sugiere el nombre, el regulador enciende y apaga rápidamente un transistor interno que conecta el voltaje de entrada de 3.3 V.tage (VREG_VIN) al pin VREG_LX, y con la ayuda de un inductor (L1) y un capacitor de salida (C7), puede producir un volumen de salida de CC.tage que se ha reducido desde la entrada. El pin VREG_FB monitorea el volumen de salida.tage, y ajusta la relación de encendido/apagado del ciclo de conmutación, para garantizar que el volumen requeridotage se mantiene. Como se conmutan grandes corrientes de VREG_VIN a VREG_LX, se requiere un condensador grande (C6) cerca de la entrada, para no alterar demasiado la fuente de 3.3 V. Hablando de estas grandes corrientes de conmutación, el regulador también viene con su propia conexión de retorno a tierra, VREG_PGND. De manera similar con VREG_VIN y VREG_LX, el diseño de esta conexión es fundamental y, si bien VREG_PGND debe conectarse a la GND principal, debe hacerse de tal manera que todas las grandes corrientes de conmutación regresen directamente al pin PGND, sin alterar demasiado el resto de la GND.

El último pin es VREG_AVDD, que alimenta los circuitos analógicos dentro del regulador y es muy sensible al ruido.

Figura 4. Sección esquemática que muestra el diseño de la PCB del regulador.

• El diseño del regulador en las placas mínimas refleja fielmente el de la Raspberry Pi Pico 2. Se ha invertido mucho trabajo en el diseño de este circuito, y se han necesitado muchas iteraciones de la PCB para que fuera lo mejor posible. Si bien se pueden colocar estos componentes de distintas maneras y aun así lograr que el regulador "funcione" (es decir, que produzca un volumen de salida),tagy aproximadamente en el nivel correcto, lo suficientemente bueno para que funcione el código), hemos descubierto que nuestro regulador necesita ser tratado exactamente de la manera correcta para mantenerlo feliz, y por feliz, me refiero a producir el volumen de salida correcto.tage bajo un rango de condiciones de corriente de carga.
• Mientras realizábamos nuestros experimentos sobre esto, nos decepcionó un poco recordar que no siempre se puede ignorar el incómodo mundo de la física. Nosotros, como ingenieros, en gran medida tratamos de hacer exactamente eso: simplificar los componentes, ignorar las propiedades físicas (a menudo) insignificantes y, en cambio, centrarnos en la propiedad que nos interesa. Por ejemplo,ampEn nuestro caso, descubrimos que los inductores tienen un campo magnético asociado y, lo que es más importante, irradian en una dirección que depende de la dirección en la que se enrolla la bobina y de la dirección del flujo de la corriente. También recordamos que un inductor "totalmente" blindado no significa lo que uno piensa. El campo magnético se atenúa en gran medida, pero algo aún se escapa. Descubrimos que el rendimiento del regulador podría mejorar enormemente si el inductor está "en la dirección correcta".
• Resulta que el campo magnético que emite un inductor "al revés" interfiere con el condensador de salida del regulador (C7), lo que a su vez altera el circuito de control del RP2350. Con el inductor en la orientación adecuada y la disposición precisa y las selecciones de componentes utilizadas aquí, este problema desaparece. Sin duda, habrá otras disposiciones, componentes, etc. que podrían funcionar con un inductor en cualquier orientación, pero lo más probable es que utilicen mucho más espacio en la placa de circuito impreso para hacerlo. Hemos proporcionado esta disposición recomendada para ahorrarles a las personas las muchas horas de ingeniería que hemos dedicado a desarrollar y refinar esta solución compacta y de buen comportamiento.
• Más concretamente, vamos a llegar al punto de decir que si elige no utilizar nuestro exampSi lo hace, lo hará bajo su propio riesgo. Tal como ya lo hacemos con RP2040 y el circuito de cristal, donde insistimos (bueno, sugerimos enfáticamente) que use una pieza en particular (lo haremos nuevamente en la sección de cristal de este documento).
• La direccionalidad de estos pequeños inductores es prácticamente ignorada universalmente, siendo imposible deducir la orientación del devanado de la bobina y, además, se distribuyen aleatoriamente a lo largo de un carrete de componentes. A menudo, se pueden encontrar tamaños de carcasa de inductores más grandes que tienen marcas de polaridad, sin embargo, no pudimos encontrar ninguna adecuada en el tamaño de carcasa 0806 (métrica 2016) que hemos elegido. Con este fin, hemos trabajado con Abracon para producir una pieza de 3.3 μH con un punto para indicar la polaridad y, lo que es más importante, que venga en un carrete con todos ellos alineados de la misma manera. Los TBD están (o estarán muy pronto) disponibles para el público en general a través de los distribuidores. Como se mencionó anteriormente, la fuente de alimentación VREG_AVDD es muy sensible al ruido y, por lo tanto, necesita ser filtrada. Descubrimos que, como el VREG_AVDD solo consume alrededor de 200 μA, un filtro RC de 33 Ω y 4.7 μF es adecuado.
• Entonces, para recapitular, los componentes utilizados serán…
  • C6, C7 y C9 – 4.7 μF (0402, 1005 métrico)
  • L1 – Abracon TBD (0806, métrica de 2016)
  •  R3 – 33Ω (0402, 1005 métrico)
• La hoja de datos del RP2350 tiene una discusión más detallada sobre las recomendaciones de diseño del regulador, consulte Requisitos de diseño de PCB y componentes externos.

Suministro de entrada

La conexión de alimentación de entrada para este diseño se realiza a través del pin VBUS de 5 V de un conector Micro-USB (etiquetado como J1 en la Figura 5). Este es un método común para alimentar dispositivos electrónicos y tiene sentido aquí, ya que el RP2350 tiene funcionalidad USB, que conectaremos a los pines de datos de este conector. Como solo necesitamos 3.3 V para este diseño (la fuente de alimentación de 1.1 V proviene del interior), necesitamos reducir la fuente de alimentación USB de 5 V entrante, en este caso, utilizando otro voltaje externo.tagEl regulador, en este caso un regulador lineal (también conocido como regulador de baja caída de voltaje o LDO). Habiendo elogiado previamente las virtudes de usar un regulador de conmutación eficiente, también podría ser una buena opción usar uno aquí, pero he optado por la simplicidad. En primer lugar, usar un LDO es casi siempre más fácil. No se requieren cálculos para determinar qué tamaño de inductor debe usar, o qué tan grandes son los capacitores de salida, y el diseño también suele ser mucho más sencillo. En segundo lugar, ahorrar hasta la última gota de energía no es el objetivo aquí; si lo fuera, consideraría seriamente usar un regulador de conmutación, y puede encontrar un exampEn tercer lugar, puedo simplemente "tomar prestado" el circuito que usé anteriormente en la versión RP2 de la placa Minimal. El NCP2040 (U1117) elegido aquí tiene una salida fija de 2 V, está ampliamente disponible y puede proporcionar hasta 3.3 A de corriente, lo que será suficiente para la mayoría de los diseños. Una mirada a la hoja de datos del NCP1 nos dice que este dispositivo requiere un condensador de 1117 μF en la entrada y otro en la salida (C10 y C1).

Condensadores de desacoplamiento

Figura 6. Sección esquemática que muestra las entradas de la fuente de alimentación del RP2350, vol.tagRegulador y condensadores de desacoplamiento

Otro aspecto del diseño de la fuente de alimentación son los condensadores de desacoplamiento necesarios para el RP2350. Estos cumplen dos funciones básicas. En primer lugar, filtran el ruido de la fuente de alimentación y, en segundo lugar, proporcionan un suministro local de carga que los circuitos dentro del RP2350 pueden utilizar en poco tiempo. Esto evita que el volumentagEl nivel en las inmediaciones no debe caer demasiado cuando la demanda de corriente aumenta repentinamente. Por este motivo, es importante colocar un desacoplador cerca de los pines de alimentación. Por lo general, recomendamos el uso de un condensador de 100 nF por pin de alimentación; sin embargo, nos desviamos de esta regla en un par de casos.

Figura 7. Sección del diseño que muestra el enrutamiento y desacoplamiento del RP2350

• En primer lugar, para poder disponer de espacio suficiente para que todos los pines del chip puedan ser enrutados hacia afuera, lejos del dispositivo, tenemos que llegar a un acuerdo sobre la cantidad de condensadores de desacoplamiento que podemos utilizar. En este diseño, los pines 53 y 54 del RP2350A (pines 68 y 69 del RP2350B) comparten un único condensador (C12 en la Figura 7 y la Figura 6), ya que no hay mucho espacio en ese lado del dispositivo y los componentes y el diseño del regulador tienen prioridad.
• Esta falta de espacio podría ser superada en cierta medida si utilizáramos tecnología más compleja y costosa, como componentes más pequeños o una PCB de cuatro capas con componentes tanto en la parte superior como en la inferior. Esto es una compensación de diseño; hemos disminuido la complejidad y el costo, a expensas de tener menos capacitancia de desacoplamiento y capacitores que están ligeramente más alejados del chip de lo óptimo (esto aumenta la inductancia). Esto podría tener el efecto de limitar la velocidad máxima a la que podría operar el diseño, ya que el volumentagEl suministro podría volverse demasiado ruidoso y caer por debajo del volumen mínimo permitido.tage; pero para la mayoría de las aplicaciones, este equilibrio debería ser aceptable.
• La otra desviación de la regla de 100 nF es para que podamos mejorar aún más el volumen.tagRendimiento del regulador; recomendamos utilizar un 4.7 μF para C10, que se coloca en el otro lado del chip desde el regulador.

Capítulo 3. Memoria Flash

 Flash primario

Figura 8. Sección esquemática que muestra la memoria flash primaria y el circuito USB_BOOT

• Para poder almacenar el código de programa desde el que el RP2350 pueda arrancar y ejecutar, necesitamos utilizar una memoria flash, específicamente, una memoria flash SPI cuádruple. El dispositivo elegido aquí es un dispositivo W25Q128JVS (U3 en la Figura 8), que es un chip de 128 Mbit (16 MB). Este es el tamaño de memoria más grande que el RP2350 puede admitir. Si su aplicación en particular no necesita tanto almacenamiento, entonces se podría utilizar una memoria más pequeña y económica.
• Como este bus de datos puede tener una frecuencia bastante alta y se usa con regularidad, los pines QSPI del RP2350 deben conectarse directamente a la memoria flash, utilizando conexiones cortas para mantener la integridad de la señal y también para reducir la diafonía en los circuitos circundantes. La diafonía es cuando las señales en una red de circuitos pueden inducir un volumen no deseado.tagestá en un circuito vecino, lo que podría provocar que se produzcan errores.
• La señal QSPI_SS es un caso especial. Está conectada directamente a la memoria flash, pero también tiene dos resistencias (bueno, cuatro, pero ya hablaré de eso más adelante) conectadas a ella. La primera (R1) es una resistencia pull-up a la fuente de alimentación de 3.3 V. La memoria flash requiere que la entrada de selección de chip esté al mismo volumen.tagEl RP3.3 tiene su propio pin de suministro de 2350 V cuando se enciende el dispositivo; de lo contrario, no funciona correctamente. Cuando se enciende el RP1, su pin QSPI_SS pasará automáticamente a pull-up por defecto, pero hay un breve período de tiempo durante el encendido en el que no se puede garantizar el estado del pin QSPI_SS. La adición de una resistencia pull-up garantiza que este requisito siempre se cumpla. R10 está marcado como DNF (Do Not Fit) en el esquema, ya que hemos descubierto que con este dispositivo flash en particular, el pull-up externo es innecesario. Sin embargo, si se utiliza un flash diferente, puede resultar importante poder insertar una resistencia de XNUMX kΩ aquí, por lo que se ha incluido por si acaso.
• La segunda resistencia (R6) es una resistencia de 1kΩ, conectada a un botón pulsador (SW1) etiquetado como 'USB_BOOT'. Esto se debe a que el pin QSPI_SS se utiliza como una 'correa de arranque'; RP2350 verifica el valor de esta E/S durante la secuencia de arranque, y si se encuentra que es un 0 lógico, entonces RP2350 vuelve al modo BOOTSEL, donde RP2350 se presenta como un dispositivo de almacenamiento masivo USB, y el código se puede copiar directamente en él. Si simplemente presionamos el botón, ponemos el pin QSPI_SS a tierra, y si el dispositivo se reinicia posteriormente (por ejemplo, alternando el pin RUN), RP2350 se reiniciará en modo BOOTSEL en lugar de intentar ejecutar el contenido de la memoria flash. Estas resistencias, R2 y R6 (R9 y R10 también), deben colocarse cerca del chip de la memoria flash, de modo que evitemos longitudes adicionales de pistas de cobre que podrían afectar la señal.
• Todo lo anterior se aplica específicamente al RP2350, que no tiene memoria flash interna. Por supuesto, los dispositivos RP2354 tienen memorias flash internas de 2 MB, por lo que no se requiere la memoria U3 externa, por lo que se puede quitar U3 del esquema de forma segura o simplemente dejarlo sin rellenar. En cualquiera de estos casos, aún querríamos mantener el interruptor USB_BOOT conectado a QSPI_SS, de modo que aún podamos ingresar al modo de arranque USB.

 Flash secundario o PSRAM

• La serie RP235x ahora admite un segundo dispositivo de memoria que utiliza los mismos pines QSPI, con un GPIO que proporciona la selección de chip adicional. Por lo tanto, si estamos utilizando un RP2354 (que tiene flash interno), entonces podríamos utilizar U3 como flash secundario, o incluso reemplazarlo con un dispositivo PSRAM. Para hacer esto, necesitamos desconectar QSPI_SS de U3 y, en su lugar, conectarlo a un GPIO adecuado. El GPIO más cercano capaz de ser una selección de chip (XIP_CS1n) es GPIO0, por lo que al eliminar el 0Ω de R10 y ajustarlo a R9, ahora podemos acceder a U3 además de la flash en chip. Para aprovechar al máximo las ventajas de QSPI_SS,tagAdemás de esta característica, donde tenemos dos dispositivos de memoria externos para que las partes RP2350 sin flash puedan beneficiarse, la placa Minimal más grande de las dos, para el RP2350B, incluye una huella opcional (U4) para un chip de memoria adicional.

Figura 9. Sección esquemática que muestra el dispositivo de memoria secundaria opcional

Para poder utilizar este dispositivo, obviamente tendrá que estar poblado, así como R11 (0Ω) y R13 (10KΩ). La adición de R11 conecta GPIO0 (la señal XIP_CS1n) al chip select de la segunda memoria. La activación del pin de selección de chip es definitivamente necesaria esta vez, ya que el estado predeterminado de GPIO0 es bajar al encenderse, lo que haría que nuestro dispositivo flash falle. C22 también sería necesario para proporcionar desacoplamiento de la fuente de alimentación local para U4.

Chips flash compatibles
La secuencia de sonda de destello inicial, utilizada por la parte inferior para extraer el segundo stage de flash, utiliza un comando de lectura serial 03h, con direccionamiento de 24 bits y un reloj serial de aproximadamente 1 MHz. Repite repetidamente las cuatro combinaciones de polaridad y fase del reloj, buscando un segundo reloj válido.tagy suma de comprobación CRC32.
Como el segundo stagLuego, es libre de configurar la ejecución en el lugar utilizando el mismo comando de lectura en serie 03h, el RP2350 puede realizar la ejecución en el lugar de flash en caché con cualquier chip que admita la lectura en serie 03h con direccionamiento de 24 bits, lo que incluye la mayoría de los dispositivos flash de la serie 25. El SDK proporciona un exampel segundo stage para CPOL=0 CPHA=0, en https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.SPara admitir la programación flash mediante las rutinas de la parte inferior, el dispositivo también debe responder a los siguientes comandos:

• Programa de página de 02 bytes 256h
• 05h estado registro leído
• 06h establecer pestillo de habilitación de escritura
• Borrado de sector de 20 h y 4 kB

El RP2350 también admite una amplia variedad de modos de acceso dual-SPI y QSPI. Por ejemploampel, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S configura un dispositivo Winbond de la serie W25Q para el modo de lectura continua de E/S cuádruple, donde RP2350 envía direcciones de E/S cuádruple (sin un prefijo de comando) y la memoria flash responde con datos de E/S cuádruple.

Se debe tener cuidado con los modos XIP de la memoria flash en los que el dispositivo deja de responder a los comandos seriales estándar, como el modo de lectura continua Winbond mencionado anteriormente. Esto puede causar problemas cuando se reinicia el RP2350, pero no se reinicia el dispositivo flash, porque la memoria flash no responderá a la secuencia de sondeo de la memoria flash de la ROM de arranque. Antes de emitir la lectura serial 03h, la ROM de arranque siempre emite la siguiente secuencia fija, que es la secuencia de mejor esfuerzo para interrumpir la XIP en una variedad de dispositivos flash:

• CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (a través de pulldowns para evitar contención), emite ×32 relojes
• CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (a través de pull-ups para evitar contención), emite ×32 relojes
• CSN=1
• CSn=0, MOSI=1'b1 (controlado por baja impedancia, todas las demás E/S por alta impedancia), emite 16 relojes

Si el dispositivo elegido no responde a esta secuencia cuando está en su modo de lectura continua, entonces debe mantenerse en un estado donde cada transferencia esté precedida por un comando serial; de lo contrario, el RP2350 no podrá recuperarse luego de un reinicio interno.
Para obtener más detalles sobre QSPI, consulte Interfaz de memoria QSPI (QMI) en la hoja de datos del RP2350.

Capítulo 4. Oscilador de cristal

Figura 10. Sección esquemática que muestra el oscilador de cristal y los condensadores de carga.

• Estrictamente hablando, el RP2350 en realidad no requiere una fuente de reloj externa, ya que tiene su propio oscilador interno. Sin embargo, como la frecuencia de este oscilador interno no está bien definida ni controlada, varía de un chip a otro, así como con diferentes volúmenes de suministro.tagEs recomendable utilizar una fuente de frecuencia externa estable para aplicaciones que dependen de frecuencias exactas. Las aplicaciones que dependen de frecuencias exactas no son posibles sin una fuente de frecuencia externa, siendo USB una de las principales.ampel.
• Proporcionar una fuente de frecuencia externa se puede hacer de una de dos maneras: proporcionando una fuente de reloj con una salida CMOS (onda cuadrada de volumen IOVDD)tage) en el pin XIN, o utilizando un cristal de 12 MHz conectado entre
• XIN y XOUT. En este caso, la opción preferida es utilizar un cristal, ya que ambos son relativamente baratos y muy precisos.
• El cristal elegido para este diseño es un ABM8-272-T3 (Y1 en la Figura 10). Este es el mismo cristal de 12 MHz utilizado en Raspberry Pi Pico y Raspberry Pi Pico 2. Recomendamos encarecidamente utilizar este cristal junto con el circuito que lo acompaña para garantizar que el reloj se inicie rápidamente en todas las condiciones sin dañar el cristal en sí. El cristal tiene una tolerancia de frecuencia de 30 ppm, que debería ser suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Junto con una tolerancia de frecuencia de +/-30 ppm, tiene una ESR máxima de 50 Ω y una capacidad de carga de 10 pF, ambos factores que influyeron en la elección de los componentes que lo acompañan.
• Para que un cristal oscile a la frecuencia deseada, el fabricante especifica la capacidad de carga que necesita para ello, y en este caso es de 10pF. Esta capacidad de carga se consigue colocando dos condensadores de igual valor, uno a cada lado del cristal a tierra (C3 y C4). Desde el punto de vista del cristal view, estos capacitores están conectados en serie entre sus dos terminales. La teoría básica de circuitos nos dice que se combinan para dar una capacitancia de (C3*C4)/(C3+C4), y como C3=C4, entonces es simplemente C3/2. En este ejemploampEn este caso, hemos utilizado condensadores de 15 pF, por lo que la combinación en serie es de 7.5 pF. Además de esta capacidad de carga intencional, también debemos añadir un valor para la capacidad adicional no intencional, o capacidad parásita, que obtenemos de las pistas de PCB y los pines XIN y XOUT del RP2350. Supondremos un valor de 3 pF para esto, y como esta capacidad está en paralelo a C3 y C4, simplemente la sumamos para obtener una capacidad de carga total de 10.5 pF, que está bastante cerca del objetivo de 10 pF. Como puede ver, la capacidad parásita de las pistas de PCB es un factor y, por lo tanto, debemos mantenerlas pequeñas para no alterar el cristal y evitar que oscile como se pretende. Intente mantener el diseño lo más corto posible.
• La segunda consideración es la ESR máxima (resistencia en serie equivalente) del cristal. Hemos optado por un dispositivo con un máximo de 50 Ω, ya que hemos descubierto que esto, junto con una resistencia en serie de 1 kΩ (R2), es un buen valor para evitar que el cristal se sobrecargue y se dañe cuando se utiliza un nivel de IOVDD de 3.3 V. Sin embargo, si IOVDD es inferior a 3.3 V, la corriente de excitación de los pines XIN/XOUT se reduce y verá que la corriente de excitación de los pines XIN/XOUT es mayor que la corriente de excitación de los pines XIN/XOUT. ampLa lititude del cristal es menor o puede que ni siquiera oscile. En este caso, será necesario utilizar un valor menor de la resistencia en serie. Cualquier desviación del circuito del cristal que se muestra aquí, o con un nivel de IOVDD distinto de 3.3 V, requerirá pruebas exhaustivas para garantizar que el cristal oscile en todas las condiciones y se ponga en marcha lo suficientemente rápido como para no causar problemas con su aplicación.

 Cristal recomendado

• Para diseños originales que utilicen RP2350, recomendamos utilizar Abracon ABM8-272-T3. Por ejemplo,ample, además del diseño minimalista example, consulte el esquema de la placa Pico 2 en el Apéndice B de la hoja de datos de Raspberry Pi Pico 2 y el diseño de Pico 2 files.
• Para obtener el mejor rendimiento y estabilidad en los rangos de temperatura de funcionamiento habituales, utilice el ABM8-272-T3 de Abracon. Puede obtener el ABM8-272-T3 directamente de Abracon o de un distribuidor autorizado. Pico 2 ha sido optimizado específicamente para el ABM8-272-T3, que tiene las siguientes especificaciones:
• Incluso si utiliza un cristal con especificaciones similares, necesitará probar el circuito en un rango de temperaturas para garantizar la estabilidad.
• El oscilador de cristal se alimenta desde el vol. IOVDD.tage. Como resultado, el cristal Abracon y ese d particularampLas resistencias de entrada están ajustadas para funcionar a 3.3 V. Si utiliza un voltaje de E/S diferente,tage, necesitarás volver a sintonizarlo.
• Cualquier cambio en los parámetros del cristal corre el riesgo de generar inestabilidad en todos los componentes conectados al circuito de cristal.
• Si no puede obtener el cristal recomendado directamente de Abracon o un revendedor, comuníquese con aplicaciones@raspberrypi.com.

Capítulo 5. IO

 USB
Figura 11. Sección esquemática que muestra los pines USB del RP2350 y la terminación en serie

• El RP2350 proporciona dos pines que se pueden utilizar para USB de velocidad completa (FS) o de baja velocidad (LS), ya sea como host o dispositivo, según el software utilizado. Como ya hemos comentado, el RP2350 también puede arrancar como un dispositivo de almacenamiento masivo USB, por lo que tiene sentido conectar estos pines al conector USB (J1 en la Figura 5). Los pines USB_DP y USB_DM del RP2350 no requieren ninguna activación o desactivación adicional (necesaria para indicar velocidad, FS o LS, o si es un host o un dispositivo), ya que están integrados en las E/S. Sin embargo, estas E/S requieren resistencias de terminación en serie de 27 Ω (R7 y R8 en la Figura 11), colocadas cerca del chip, para cumplir con la especificación de impedancia USB.
• Aunque el RP2350 está limitado a una velocidad de datos máxima (12 Mbps), debemos intentar asegurarnos de que la impedancia característica de las líneas de transmisión (las pistas de cobre que conectan el chip al conector) sean cercanas a la
• Especificación USB de 90 Ω (medida diferencialmente). En una placa de 1 mm de grosor como esta, si utilizamos pistas de 0.8 mm de ancho en USB_DP y USB_DM, con un espacio de 0.15 mm entre ellas, deberíamos obtener una impedancia característica diferencial de alrededor de 90 Ω. Esto es para garantizar que las señales puedan viajar a lo largo de estas líneas de transmisión de la forma más limpia posible, minimizando el volumen.tagLas reflexiones pueden reducir la integridad de la señal. Para que estas líneas de transmisión funcionen correctamente, debemos asegurarnos de que justo debajo de estas líneas haya una conexión a tierra. Un área sólida e ininterrumpida de cobre de conexión a tierra, que se extienda por toda la longitud de la pista. En este diseño, casi la totalidad de la capa de cobre inferior está dedicada a la conexión a tierra, y se tuvo especial cuidado para garantizar que las pistas USB pasen únicamente por tierra. Si se elige una PCB con un grosor superior a 1 mm para su construcción, entonces tenemos dos opciones. Podríamos rediseñar las líneas de transmisión USB para compensar la mayor distancia entre la pista y la conexión a tierra debajo (lo que podría ser una imposibilidad física), o podríamos ignorarlo y esperar lo mejor. USB FS puede ser bastante indulgente, pero su experiencia puede variar. Es probable que funcione en muchas aplicaciones, pero probablemente no sea compatible con el estándar USB.

 encabezados de E/S

Figura 12. Sección esquemática que muestra los conectores de E/S de 2.54 mm de la versión QFN60

• Además del conector USB ya mencionado, hay un par de conectores de 2.54 mm de doble fila (J2 y J3 en la Figura 12), uno a cada lado de la placa, a los que se han conectado el resto de las E/S. Hay 30 GPIO en el RP2350A, mientras que hay 48 GPIO en el RP2350B, por lo que los conectores de esta versión de la placa Minimal son más grandes para permitir los pines adicionales (consulte la Figura 13).
• Como se trata de un diseño de propósito general, sin ninguna aplicación particular en mente, las E/S se han puesto a disposición para que se conecten como desee el usuario. La fila interior de pines en cada cabezal son las E/S, y la fila exterior está conectada a tierra. Es una buena práctica incluir muchas conexiones a tierra en los conectores de E/S. Esto ayuda a mantener una conexión a tierra de baja impedancia y también a proporcionar una gran cantidad de posibles rutas de retorno para las corrientes que viajan hacia y desde el
• Conexiones de E/S. Esto es importante para minimizar la interferencia electromagnética que pueden causar las corrientes de retorno de señales que cambian rápidamente y que recorren largos recorridos en bucle para completar el circuito.
• Ambos conectores se encuentran en la misma rejilla de 2.54 mm, lo que facilita la conexión de esta placa a otros elementos, como placas de pruebas. Es posible que desee considerar la posibilidad de instalar un solo conector de una fila en lugar del conector de dos filas, prescindiendo de la fila exterior de conexiones a tierra, para que sea más cómodo instalarlo en una placa de pruebas.

Figura 13. Sección esquemática que muestra los conectores de E/S de 2.54 mm de la versión QFN80

Conector de depuración

Figura 14. Sección esquemática que muestra el conector JST opcional para la depuración de SWD

Para la depuración en chip, es posible que desees conectarte a la interfaz SWD del RP2350. Los dos pines, SWD y SWCLK, están disponibles en el conector de 2.54 mm, J3, para permitir que la sonda de depuración de tu elección se conecte fácilmente. Además de esto, he incluido un conector JST opcional, que permite una conexión fácil a la sonda de depuración Raspberry Pi. No necesitas usarlo, los conectores de 2.54 mm serán suficientes si tienes la intención de depurar software, pero me parece más conveniente hacerlo. Elegí un conector horizontal, principalmente porque me gusta su aspecto, incluso si no está en el borde de la placa, pero hay conectores verticales disponibles, aunque con un tamaño ligeramente diferente.

Botones
El diseño minimalista ahora contiene no uno, sino dos botones, mientras que la versión RP240 no tenía ninguno. Uno es para la selección de arranque USB, como ya hemos comentado, pero el segundo es un botón de "reinicio", conectado al pin RUN. Ninguno de estos es estrictamente necesario (aunque el botón BOOTSEL tendría que sustituirse por un conector o algo similar si se requiriera el modo de arranque USB) y se pueden quitar si el espacio o el coste son un problema, pero sin duda hacen que el uso del RP2350 sea una experiencia mucho más agradable.

Apéndice A: Esquema completo - versión RP2350A

Figura 15. Esquema completo del diseño minimalista para RP2350A

Apéndice B: Esquema completo - versión RP2350B

Figura 16. Esquema completo del diseño minimalista para RP2350B

Apéndice H: Historial de publicación de la documentación

8 de agosto de 2024
Lanzamiento inicial.

En Raspberry Pi
Raspberry Pi es una marca comercial de Raspberry Pi Ltd.
frambuesa pi ltd

Documentos / Recursos

Microcontrolador Raspberry Pi SC1631 [pdf] Manual de instrucciones Microcontrolador Raspberry SC1631, SC1631, Microcontrolador Raspberry, Microcontrolador

Referencias

• Manual de usuario