Raspberry Pi SC1631 Raspberry mikrokontrolleri kasutusjuhend

1. peatükk: Sissejuhatus
RP2350 seeria pakub erinevaid paketivalikuid võrreldes RP2040 seeriaga. RP2350A ja RP2354A on saadaval QFN-60 paketis vastavalt sisemise välkmäluseadmeta ja sisemise välkmäluga, samas kui RP2354B ja RP2350B on saadaval QFN-80 paketis koos välkmäluga ja ilma.

2. peatükk: Võimsus
RP2350 seerial on uus kiibisisene lülitusruumtage regulaator viie kontaktiga. See regulaator vajab tööks väliseid komponente, kuid pakub suuremat võimsustõhusust suuremate koormusvoolude korral võrreldes RP2040 seeria lineaarse regulaatoriga. Pöörake tähelepanu müratundlikkusele VREG_AVDD kontaktis, mis toidab analooglülitust.

Korduma kippuvad küsimused (KKK)

K: Mis on peamine erinevus RP2350A ja RP2350B vahel?
V: Peamine erinevus seisneb sisemise välkmälu olemasolus. RP2350A-l pole sisemist välkmälu, samas kui RP2350B-l on.
K: Mitu tihvti teeb voltagKas RP2350 seeria regulaatoril on?
V: VoltagRP2350 seeria regulaatoril on viis kontakti.

Riistvara disain RP2350 abil RP2350 mikrokontrollerite kasutamine plaatide ja toodete ehitamiseks

Kolofon

See dokumentatsioon on litsentsitud Creative Commonsi Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND) alusel. ehitamise kuupäev: 2024-08-08 ehitusversioon: c0acc5b-clean
Juriidiline lahtiütlemine

RASPBERRY PI TOODETE (SH ANDMELEHED) TEHNILISI JA USALDUSVÕIME ANDMEID, MIS ON AJA-AJALT MUUDATUD ("RESSURSSID"), ESITAB RASPBERRY PI LTD ("RPL") "NAGU ON" NING MIS TAHES VÄLJESTUNUD, VÄLJASTATUD VÕI KAUDSETE ANDMETE. KAUDSED GARANTIID KAUBANDUSVÕIME JA KONKREETSEKS EESMÄRGIKS SOBIVUSE KOHTA VÄLJA TAGATAKSE. KOHALDATAVA SEADUSEGA LUBATUD MAKSIMAALSES MÄÄRAS EI VASTUTA RPL MITTE MITTE JUHUL MISGI OTSESE, KAUDSE, JUHUSLIKU, ERI-, EESMÄRGISTE VÕI TAGAJÄRGSETE KAHJUDE EEST (SEALHULGAS, KUID MITTE PIIRATUD, TEENUSE KASUTAMISEGA; , ANDMED , Või kasum või põhjustatud vastutuse teooria, olgu see range vastutus või delikatsioon (sealhulgas hooletus või muul viisil), mis tuleneb ressursside kasutamisest SELLISTE KAHJUSTUSTE KOHTA.
RPL jätab endale õiguse teha RESSURSSE või neis kirjeldatud tooteid mis tahes täiendusi, täiustusi, parandusi või muid muudatusi igal ajal ja ilma täiendava etteteatamata.
RESSURSID on mõeldud asjatundlikele kasutajatele, kellel on sobival tasemel disainialased teadmised. Kasutajad vastutavad ainuisikuliselt oma valiku ja RESSURSIDE kasutamise ning neis kirjeldatud toodete kasutamise eest. Kasutaja nõustub hüvitama ja kaitsma VÕTA-d kõigi kohustuste, kulude, kahjude või muude kahjude osas, mis tulenevad tema RESSURSSI kasutamisest.

RPL annab kasutajatele loa kasutada RESSURSSE ainult koos Raspberry Pi toodetega. Igasugune muu RESSURSSI kasutamine on keelatud. Litsentsi ei anta ühelegi teisele VÕTA-le ega muule kolmanda osapoole intellektuaalomandi õigusele.
KÕRGE RISKIGA TEGEVUSED. Raspberry Pi tooted ei ole kavandatud, toodetud ega ette nähtud kasutamiseks ohtlikes keskkondades, mis nõuavad tõrkeohutut toimimist, näiteks tuumarajatiste, õhusõiduki navigatsiooni- või sidesüsteemide, lennujuhtimise, relvasüsteemide või ohutuse seisukohalt kriitiliste rakenduste (sealhulgas elu toetamise) töös. süsteemid ja muud meditsiiniseadmed), mille puhul toodete rike võib põhjustada otseselt surma, kehavigastusi või raskeid füüsilisi või keskkonnakahjustusi (“kõrge riskiga tegevused”). RPL loobub konkreetselt mis tahes otsesest või kaudsest garantiist kõrge riskiga tegevusteks sobivuse kohta ega võta endale vastutust Raspberry Pi toodete kasutamise või kaasamise eest kõrge riskiga tegevustesse.

Raspberry Pi tooteid pakutakse RPL-i tüüptingimuste alusel. RPL-i RESSURSIDE pakkumine ei laienda ega muuda muul viisil RPL-i tüüptingimusi, sealhulgas, kuid mitte ainult, neis väljendatud lahtiütlusi ja garantiisid.

Peatükk 1. Sissejuhatus

Joonis 1. RP3A KiCad 2350D renderdamine Minimaalne disain näitample

Kui me esimest korda Raspberry Pi RP2040 tutvustasime, andsime välja ka "minimaalse" disainiga eksemplariample ja kaasas olev juhend Riistvara disain koos RP2040-ga, mis loodetavasti selgitas, kuidas RP2040 saab lihtsas trükkplaadis kasutada ja miks tehti erinevaid komponente. Seoses RP235x seeria saabumisega on aeg uuesti üle vaadata algne RP2040 Minimal disain ja seda värskendada, et võtta arvesse uusi funktsioone ja ka kõiki paketivariante; RP2350A koos selle QFN-60 paketiga ja RP2350B, mis on QFN-80. Jällegi on need kujundused Kicad (7.0) formaadis ja allalaadimiseks saadaval (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Minimaalne tahvel
Algne Minimal tahvel oli katse pakkuda lihtsat etalondisaini, kasutades minimaalselt RP2040 käitamiseks vajalikke väliseid komponente, millel on endiselt kõik IO-d avatud ja juurdepääsetavad. See koosnes põhiliselt toiteallikast (5 V kuni 3.3 V lineaarne regulaator), kristallostsillaatorist, välkmälust ja IO-ühendustest (mikro-USB-pesa ja GPIO-päised). Uued RP235x seeria Minimal plaadid on suures osas samad, kuid uue riistvara tõttu vajalike muudatustega. Lisaks sellele ja vaatamata sellele, et olen mõnevõrra vastuolus disaini minimaalse olemusega, olen lisanud paar nuppu käivitamiseks ja käivitamiseks koos eraldi SWD päisega, mis peaks seekord tähendama oluliselt vähem masendavat silumiskogemust. Disainid ei vaja neid nuppe rangelt võttes, signaalid on päistel endiselt saadaval ja need võib ära jätta, kui olete eriti kulu- või ruumiteadlik või kui teil on masohhistlikud kalduvused.

RP2040 vs RP235x seeria
Kõige ilmsem muutus on pakendites. Kui RP2040 on 7x7mm QFN-56, siis RP235x seerias on praegu neli erinevat liiget. On kaks seadet, mis jagavad sama QFN-60 paketti; RP2350A, mis ei sisalda sisemist välkmälu, ja RP2354A, mis sisaldab. Samamoodi on QFN-80 saadaval kahes maitses; RP2354B välguga ja RP2350B ilma. QFN-60 seadmetel ja algsel RP2040-l on ühine põhimõtetage.

Igal neist on 30 GPIO-d, millest neli on samuti ühendatud ADC-ga ja on 7x7 mm suurused. Vaatamata sellele ei ole RP2350A RP2040 asendaja, kuna iga kontaktide arv on erinev. Seevastu QFN-80 kiipidel on nüüd 48 GPIO-d ja kaheksa neist on nüüd ADC-võimelised. Seetõttu on meil nüüd kaks Minimali tahvlit; üks 60 kontaktiga seadmetele ja üks 80 kontaktiga seadmetele. Need Minimal plaadid on mõeldud peamiselt ilma sisemise välguta osade jaoks (RP2350), kuid disainilahendusi saab hõlpsasti kasutada sisemiste välklambiseadmetega (RP2354), jättes lihtsalt välja pardal oleva välklambi. mälu või isegi kasutada seda sekundaarse välkmäluseadmena (sellest lähemalt hiljem). Nende kahe tahvli vahel on vähe erinevusi, välja arvatud asjaolu, et QFN-80 versioonil on täiendava GPIO jaoks pikemad päiseread ja plaat on seetõttu suurem.

Peale pakendi on suurim plaaditaseme erinevus RP235x seeria ja RP2040 vahel toiteallikates. RP235x seerial on mõned uued toitetihvtid ja erinev sisemine regulaator. RP100 2040 mA lineaarne regulaator on asendatud 200 mA lülitusregulaatoriga ja sellisena nõuab see väga spetsiifilist vooluringi ja paigutusega ei ole vähe hoolt kantud. Soovitatav on hoolikalt jälgida meie paigutust ja komponentide valikuid; oleme juba läbi elanud selle valu, et peame kujundust mitu korda itereerima, nii et loodetavasti te ei pea seda tegema.

Joonis 2. RP3B KiCad 2350D renderdamine Minimaalne disain ntample

Disain
Minimaalse disaini eesmärk ntamples on luua paar lihtsat plaati kasutades RP235x seeriat, mis peaks olema odavalt ja lihtsalt valmistatav, kasutamata tarbetult eksootilisi PCB tehnoloogiaid. Minimaalsed plaadid on seega kahekihilised, kasutades komponente, mis peaksid olema üldiselt kättesaadavad ja mis kõik on paigaldatud plaadi ülemisele küljele. Kuigi oleks tore kasutada suuri, hõlpsasti käsitsi joottavaid komponente, tähendab QFN-kiipide väike samm (2 mm) seda, et kõigi GPIO-de kasutamisel on mõnede 0.4 (0402 meetriline) passiivsete komponentide kasutamine vältimatu. Kuigi 1005 komponentide käsitsi jootmine pole korraliku jootekolviga liiga keeruline, on QFN-ide jootmine ilma spetsiaalse varustuseta peaaegu võimatu.

Järgmistes osades püüan selgitada, milleks täiendav vooluring on mõeldud, ja loodetavasti, kuidas jõudsime tehtud valikute tegemiseni. Kuna ma räägin tegelikult kahest erinevast kujundusest, üks iga pakendi suuruse jaoks, olen püüdnud hoida asjad nii lihtsad kui võimalik. Võimaluse korral on kahe plaadi kõigi komponentide viited identsed, nii et kui ma viitan U1-le, R1-le jne, siis on see mõlema plaadi puhul võrdselt asjakohane. Ilmselge erand on see, kui komponent on ainult ühel plaadil (kõigil juhtudel on see suuremal 80 kontaktiga variandil), siis on kõnealune komponent ainult QFN-80 disainil; ntample, R13 kuvatakse ainult sellel tahvlil.

Peatükk 2. Võimsus

Seeria RP235x ja RP2040 toiteallikad erinevad seekord mõnevõrra, kuigi kõige lihtsamas konfiguratsioonis vajab see siiski kahte toiteallikat, 3.3 V ja 1.1 V. RP235x seeria on samaaegselt energianäljasem, kuna sellel on suurem jõudlus ja ka säästlikum (madala võimsusega olekus) kui eelkäijal, mistõttu on RP2040 lineaarset regulaatorit täiendatud lülitusregulaatoriga. See võimaldab meil suuremat energiatõhusust suuremate voolude korral (kuni 200 mA võrreldes varasema 100 mA-ga).

Uus kiibil voltage regulaator

Joonis 3. Skemaatiline osa, mis näitab sisemise regulaatori vooluringi

RP2040 lineaarsel regulaatoril oli kaks kontakti, 3.3 V sisend ja 1.1 V väljund kiibil oleva DVDD varustamiseks. Seekord on RP235x seeria regulaatoril viis kontakti ja selle toimimiseks on vaja mõnda välist komponenti. Kuigi see tundub kasutatavuse osas veidi tagasiminek, on lülitusregulaatoril eelistage on suuremate koormusvoolude korral energiatõhusam.

Nagu nimigi ütleb, lülitab regulaator kiiresti sisse ja välja sisemise transistori, mis ühendab 3.3 V sisendit.tage (VREG_VIN) VREG_LX viigu külge ning induktiivpooli (L1) ja väljundkondensaatori (C7) abil suudab see toota alalisvoolu väljundvõimsust.tage, mis on sisendist maha võetud. VREG_FB viik jälgib väljundi voltage ja reguleerib lülitustsükli sisse/välja suhet tagamaks, et nõutav voltage säilib. Kuna suured voolud lülitatakse VREG_VIN-lt VREG_LX-le, on vaja sisendi lähedal asuvat suurt kondensaatorit (C6), nii et me ei häiri 3.3 V toiteallikat liiga palju. Nendest suurtest lülitusvooludest rääkides on regulaatoril ka oma maandustagastusühendus VREG_PGND. Sarnaselt VREG_VIN ja VREG_LX puhul on selle ühenduse paigutus kriitilise tähtsusega ja kuigi VREG_PGND peab ühenduma peamise GND-ga, tuleb seda teha nii, et kõik suured lülitusvoolud naasevad otse PGND kontakti, häirimata ülejäänud GND liiga palju.

Viimane kontakt on VREG_AVDD, mis varustab regulaatori analooglülitust ja see on müra suhtes väga tundlik.

Joonis 4. Skemaatiline osa, mis näitab regulaatori PCB paigutust

Regulaatori paigutus minimaalsetel tahvlitel peegeldab täpselt Raspberry Pi Pico 2 oma. Selle vooluringi kujundamisel on tehtud palju tööd, vaja on palju PCB iteratsioone, et muuta see võimalikult heaks. saab. Kuigi saate neid komponente paigutada mitmel erineval viisil ja panna regulaator siiski "tööle" (st toota väljundvõimsusttage laias laastus õigel tasemel, piisavalt hea, et see kood käivitaks), oleme avastanud, et meie regulaatorit tuleb kohelda täpselt õigel viisil, et see oleks õnnelik, ja õnneliku all pean silmas õige väljundvoldi loomist.tage erinevate koormusvoolu tingimustes.
Sellega seotud katseid tehes olime mõnevõrra pettunud, kui tuletasime meelde, et füüsika ebamugavat maailma ei saa alati ignoreerida. Meie inseneridena püüame suuresti just seda teha; komponentide lihtsustamine, (sageli) ebaoluliste füüsikaliste omaduste ignoreerimine ja selle asemel keskendumine meid huvitavale omadusele. Näiteksamplihtsal takistil pole mitte ainult takistus, vaid ka induktiivsus jne. Meie puhul (taas)avastasime, et induktiivpoolid on seotud magnetväljaga ja mis kõige tähtsam, kiirgab suunas, mis sõltub sellest, millises suunas mähis on. on keritud ja voolu suund. Samuti tuletati meile meelde, et "täielikult" varjestatud induktiivpool ei tähenda seda, mida te arvate. Magnetväli on suurel määral nõrgenenud, kuid mõned siiski pääsevad välja. Leidsime, et regulaatori jõudlust saab oluliselt parandada, kui induktiivpool on "õiges suunas".
Selgub, et "valesti" induktiivpoolist kiirgav magnetväli häirib regulaatori väljundkondensaatorit (C7), mis omakorda häirib RP2350 juhtimisahelat. Kui induktiivpool on õiges asendis ning siin kasutatud täpne paigutus ja komponentide valik, siis see probleem kaob. Kahtlemata on ka teisi paigutusi, komponente jne, mis võivad töötada mis tahes orientatsiooniga induktiivpooliga, kuid tõenäoliselt kasutavad nad selleks palju rohkem PCB-ruumi. Oleme pakkunud selle soovitatava paigutuse, et säästa inimesi paljudest inseneritöötundidest, mille oleme kulutanud selle kompaktse ja hästi käituva lahenduse väljatöötamisele ja täiustamisele.
Täpsemalt öeldes läheme nii kaugele, et kui otsustate meie endist mitte kasutadaample, siis teete seda omal riisikol. Umbes nagu me juba teeme RP2040 ja kristallahelaga, kus me nõuame (soovitame tungivalt), et kasutaksite teatud osa (teeme seda uuesti selle dokumendi kristallide osas).
Nende väikeste induktiivpoolide suundumust jäetakse peaaegu üldiselt tähelepanuta, mähise mähise orientatsiooni on võimatu järeldada ning need jaotuvad ka juhuslikult mööda komponentide rulli. Suurematel induktiivpoolide korpustel võib sageli olla polaarsuse märgiseid, kuid me ei leidnud sobivat korpuse suurusest 0806 (2016. aasta meetermõõdustik). Sel eesmärgil oleme teinud koostööd Abraconiga, et toota 3.3 μH osa, millel on polaarsust näitav punkt, ja mis kõige tähtsam, tuleme rullile, kus need kõik on samal viisil joondatud. TBD on (või tehakse varsti) levitajate kaudu üldsusele kättesaadavaks. Nagu varem mainitud, on VREG_AVDD toide müra suhtes väga tundlik ja seetõttu tuleb seda filtreerida. Leidsime, et kuna VREG_AVDD võtab ainult umbes 200 μA, piisab 33 Ω ja 4.7 μF RC-filtrist.
Kokkuvõtteks võib öelda, et kasutatud komponendid on…
- C6, C7 ja C9 – 4.7 μF (0402, 1005 meetriline)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016 mõõdik)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 meetriline)
RP2350 andmelehel on üksikasjalikum arutelu regulaatori paigutuse soovituste kohta, vt Väliskomponendid ja PCB paigutusnõuded.

Sisendvarustus

Selle konstruktsiooni sisendtoiteühendus toimub Micro-USB-pistiku 5 V VBUS-pistiku kaudu (J1 joonisel 5). See on levinud meetod elektroonikaseadmete toiteks ja see on siin mõistlik, kuna RP2350-l on USB-funktsioon, mille ühendame selle pistiku andmekontaktidega. Kuna selle konstruktsiooni jaoks vajame ainult 3.3 V (1.1 V toide tuleb sisemisest), peame sissetulevat 5 V USB-toidet madalamaks alandama, kasutades antud juhul teist, välist voldit.tage regulaator, antud juhul lineaarne regulaator (teise nimega Low Drop Out regulaator ehk LDO). Olles varem ülistanud tõhusa lülitusregulaatori kasutamise eeliseid, võiks ka siin olla mõistlik valik seda kasutada, kuid olen valinud lihtsuse. Esiteks on LDO kasutamine peaaegu alati lihtsam. Pole vaja arvutusi, et välja selgitada, millise suurusega induktiivpooli peaksite kasutama või kui suured on väljundkondensaatorid, ja paigutus on tavaliselt ka palju lihtsam. Teiseks ei ole siin eesmärgiks säästa iga viimnegi võimsus; kui see oleks, siis ma kaaluksin tõsiselt lülitusregulaatori kasutamist ja võite leida endiseampJa kolmandaks saan ma lihtsalt "laenata" vooluringi, mida kasutasin varem Minimal plaadi RP2 versioonil. Siin valitud NCP2040 (U1117) fikseeritud väljundpinge on 2 V, see on laialdaselt saadaval ja suudab pakkuda kuni 3.3 A voolu, mis on enamiku kujunduste jaoks piisav. Pilk NCP1 andmelehele ütleb meile, et selle seadme sisendis on vaja 1117 μF kondensaatorit ja väljundis (C10 ja C1) teist kondensaatorit.

Lahtisiduvad kondensaatorid

Joonis 6. Skemaatiline osa, mis näitab RP2350 toiteallika sisendeid, voltage regulaator ja lahtisidestuskondensaatorid

Toiteallika konstruktsiooni teine aspekt on RP2350 jaoks vajalikud lahtisidestuskondensaatorid. Need pakuvad kahte põhifunktsiooni. Esiteks filtreerivad need välja toiteallika müra ja teiseks pakuvad kohalikku laadimisallikat, mida RP2350 sees olevad ahelad saavad lühikese etteteatamisega kasutada. See hoiab ära voltage tase vahetus läheduses liiga palju langemast, kui praegune nõudlus järsult suureneb. Seetõttu on oluline paigutada lahtisidumine toitetihvtide lähedale. Tavaliselt soovitame kasutada 100nF kondensaatorit toiteviigu kohta, kuid mõnel juhul kaldume sellest reeglist kõrvale.

Joonis 7. Paigutuse osa, mis näitab RP2350 marsruutimist ja lahtisidumist

Esiteks, selleks, et kõigi kiibi kontaktide jaoks oleks piisavalt ruumi, et neid saaks seadmest eemale suunata, peame tegema kompromisse kasutatavate lahtisidestuskondensaatorite hulga osas. Selles konstruktsioonis jagavad RP53A kontaktid 54 ja 2350 (RP68B kontaktid 69 ja 2350) ühte kondensaatorit (C12 joonisel 7 ja joonisel 6), kuna seadme sellel küljel pole palju ruumi ja komponendid ja regulaatori paigutus on ülimuslikud.
Seda ruumipuudust saaks mõnevõrra ületada, kui kasutaksime keerukamat/kallimat tehnoloogiat, näiteks väiksemaid komponente või neljakihilist PCB-d, mille komponendid on nii ülemisel kui alumisel küljel. See on disaini kompromiss; oleme vähendanud keerukust ja maksumust väiksema lahtisidestusmahtuvuse ja kondensaatorite arvelt, mis on kiibist optimaalsest veidi kaugemal (see suurendab induktiivsust). See võib piirata maksimaalset kiirust, millega konstruktsioon võiks töötada, kuna voltagToide võib muutuda liiga lärmakaks ja langeda alla minimaalse lubatud mahutage; kuid enamiku rakenduste puhul peaks see kompromiss olema vastuvõetav.

Teine kõrvalekalle 100nF reeglist on see, et saaksime volüümi veelgi parandadatage regulaatori jõudlus; C4.7 jaoks soovitame kasutada 10 μF, mis asetatakse regulaatori kiibi teisele küljele.

Peatükk 3. Välkmälu

Esmane välklamp

Joonis 8. Skemaatiline osa, mis näitab esmast välkmälu ja USB_BOOT-lülitust

Selleks, et saaksime salvestada programmikoodi, millest RP2350 saab alglaadida ja käivitada, peame kasutama välkmälu, täpsemalt nelja SPI-välkmälu. Siin on valitud seade W25Q128JVS (joonisel 3 U8), mis on 128 Mbit kiip (16 MB). See on suurim mälumaht, mida RP2350 suudab toetada. Kui teie konkreetne rakendus ei vaja nii palju salvestusruumi, võiks selle asemel kasutada väiksemat ja odavamat mälu.
Kuna see andmesiin võib olla üsna kõrge sagedusega ja seda kasutatakse regulaarselt, tuleks RP2350 QSPI kontaktid ühendada otse välklambiga, kasutades lühikesi ühendusi, et säilitada signaali terviklikkus ja vähendada ka ümbritsevate vooluahelate läbirääkimisi. Crosstalk on koht, kus ühe vooluahela võrgu signaalid võivad esile kutsuda soovimatu volüümitages naaberahelas, mis võib põhjustada vigu.

QSPI_SS signaal on erijuhtum. See on otse välklambiga ühendatud, kuid sellega on ühendatud ka kaks takistit (noh, neli, aga selle juurde tulen hiljem). Esimene (R1) on tõmme 3.3 V toitele. Välkmälu nõuab, et kiibi valiku sisend oleks samal mahultage omaenda 3.3 V toitekontaktina, kui seade on sisse lülitatud, vastasel juhul ei tööta see korralikult. Kui RP2350 on sisse lülitatud, lülitub selle QSPI_SS viik automaatselt vaikimisi ülestõmbamiseks, kuid sisselülitamisel on lühike periood, mil QSPI_SS viigu olekut ei saa garanteerida. Tõmbetakisti lisamine tagab, et see nõue on alati täidetud. R1 on skeemil märgitud kui DNF (Do Not Fit), kuna oleme avastanud, et selle konkreetse välkmäluseadme puhul pole väline ülestõmbamine vajalik. Kui aga kasutada teistsugust välku, siis võib osutuda oluliseks võimalus siia panna 10kΩ takisti, seega on see igaks juhuks kaasas.
Teine takisti (R6) on 1 kΩ takisti, mis on ühendatud nupuga (SW1), millel on silt "USB_BOOT". Selle põhjuseks on asjaolu, et QSPI_SS tihvti kasutatakse alglaadimisrihmana; RP2350 kontrollib alglaadimisjärjestuse ajal selle I/O väärtust ja kui leitakse, et see on loogiline 0, siis naaseb RP2350 režiimile BOOTSEL, kus RP2350 esitleb end USB-massmäluseadmena ja koodi saab otse kopeerida. sellele. Kui vajutame lihtsalt nuppu, tõmbame QSPI_SS-i tihvti maapinnale ja kui seade seejärel lähtestatakse (nt RUN-tihvti ümberlülitades), siis RP2350 taaskäivitub režiimis BOOTSEL, selle asemel, et proovida välklambi sisu käivitada. Need takistid, R2 ja R6 (ka R9 ja R10), tuleks asetada välklambi lähedusse, nii et väldiksime vaskradade lisapikkusi, mis võivad signaali mõjutada.
Kõik eelnev kehtib konkreetselt RP2350 kohta, millel puudub sisemine välklamp. Loomulikult on RP2354 seadmetel sisemised 2 MB välkmälud, seega pole välist U3 mälu vaja, nii et U3 saab julgelt skeemilt eemaldada või lihtsalt asustamata jätta. Mõlemal juhul sooviksime siiski hoida USB_BOOT-lüliti ühendatud QSPI_SS-iga, et saaksime siiski siseneda USB-käivitusrežiimi.

Sekundaarne välklamp või PSRAM

RP235x-seeria toetab nüüd teist mäluseadet, mis kasutab samu QSPI kontakte, GPIO-ga, mis pakub täiendavat kiibivalikut. Seega, kui kasutame RP2354 (millel on sisemine välklamp), siis võiksime kasutada U3 sekundaarse välguna või isegi asendada selle PSRAM-seadmega. Selleks peame QSPI_SS-i U3-st lahti ühendama ja selle asemel ühendama selle sobiva GPIO-ga. Lähim GPIO, mis võib olla kiibivalik (XIP_CS1n), on GPIO0, nii et eemaldades R0-lt 10Ω ja paigaldades selle R9-le, pääseme nüüd lisaks kiibil olevale välklambile juurde ka U3-le. Advani täielikuks kasutamisekstagSelle funktsiooni puhul, kus meil on kaks välist mäluseadet, et välguta RP2350 osad saaksid kasu saada, sisaldab RP2350B kahest Minimal-plaadist suurem valikuline jalajälg (U4) täiendava mälukiibi jaoks.

Joonis 9. Skemaatiline osa, mis näitab valikulist sekundaarset mäluseadet

Selle seadme kasutamiseks peab see ilmselgelt olema asustatud , samuti R11 (0Ω) ja R13 (10KΩ). R11 lisamine ühendab GPIO0 (signaal XIP_CS1n) teise mälu kiibivalikuga. Kiibi valimise tihvti tõmbamine on seekord kindlasti vajalik, kuna GPIO0 vaikimisi olek tuleb sisselülitamisel madalale tõmmata, mis põhjustaks meie välkmäluseadme rikke. C22 oleks vaja ka U4 kohaliku toiteallika lahtisidumise tagamiseks.

Toetatud välkkiibid
Algne välguanduri jada, mida põhja kasutab teise s eraldamisekstage Flashist, kasutab 03h jadalugemiskäsku 24-bitise adresseerimisega ja jadakella umbes 1MHz. See liigub korduvalt läbi nelja kella polaarsuse ja kella faasi kombinatsiooni, otsides kehtivat sekundit.tage CRC32 kontrollsumma.
Nagu teine stage saab seejärel konfigureerida kohapeal käivitamist, kasutades sama 03h jadalugemiskäsku, RP2350 saab teostada vahemällu salvestatud välkmälukäsku mis tahes kiibiga, mis toetab 03-bitise adresseerimisega 24h jadalugemist, mis hõlmab enamikku 25-seeria välkmäluseadmeid. . SDK pakub eksample teine stage kui CPOL=0 CPHA=0, at https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Välklambi programmeerimise toetamiseks allolevate rutiinide abil peab seade vastama ka järgmistele käskudele:

02h 256-baidine lehekülg programm
05h olekuregistri lugemine
06h määrake kirjutamise lubamise riiv

20h 4kB sektori kustutamine

RP2350 toetab ka mitmesuguseid kahe-SPI ja QSPI juurdepääsurežiime. Näiteksample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S konfigureerib Winbond W25Q-seeria seadme quad-IO pideva lugemise režiimile, kus RP2350 saadab nelja-IO-aadressid (ilma käsuprefiksita) ja välklamp vastab nelja-IO andmetega.

Teatav ettevaatus on vajalik välklambi XIP-režiimide puhul, kus välklamp lakkab reageerimast standardsetele jadakäskudele, nagu ülalmainitud Winbondi pideva lugemise režiim. See võib põhjustada probleeme, kui RP2350 lähtestatakse, kuid välklamp ei ole sisse lülitatud, kuna välklamp ei reageeri alglaadimisanduri jadale. Enne 03h jadalugemise väljastamist väljastab alglaadimisseade alati järgmise fikseeritud jada, mis on XIP-i katkestamiseks paljudel välkmäluseadmetel parim jada:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (tüli vältimiseks allatõmmete kaudu), väljastab ×32 kella
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (võitluse vältimiseks tõstetega), väljastab ×32 kella
CSn = 1

CSn=0, MOSI=1'b1 (ajam madal-Z, kõik muud sisendid/väljundid Hi-Z), probleem ×16 kellad

Kui teie valitud seade pideva lugemise režiimis sellele järjestusele ei reageeri, tuleb seda hoida olekus, kus iga edastuse ees on jadakäsk, vastasel juhul ei saa RP2350 pärast sisemist lähtestamist taastuda.
QSPI kohta lisateabe saamiseks vaadake QSPI mäluliidest (QMI) RP2350 andmelehel.

4. peatükk. Kristallostsillaator

Joonis 10. Skeem, mis näitab kristallostsillaatorit ja koormuskondensaatoreid

Rangelt võttes ei vaja RP2350 tegelikult välist kellaallikat, kuna sellel on oma sisemine ostsillaator. Kuna aga selle sisemise ostsillaatori sagedus ei ole täpselt määratletud ega kontrollitud, varieerub kiipide lõikes ja ka erineva toitevõimsusegatages ja temperatuuridel on soovitatav kasutada stabiilset välist sagedusallikat. Täpsetele sagedustele tuginevad rakendused pole võimalikud ilma välise sagedusallikata, USB on peamine näideample.
Välise sagedusallika pakkumist saab teha kahel viisil: kas varustades kellaallika CMOS-väljundiga (IOVDD vol. ruutlainetage) XIN tihvti või kasutades omavahel ühendatud 12 MHz kristalli
XIN ja XOUT. Kristalli kasutamine on siin eelistatud valik, kuna need on mõlemad suhteliselt odavad ja väga täpsed.

Selle disaini jaoks on valitud kristall ABM8-272-T3 (Y1 joonisel 10). See on sama 12MHz kristall, mida kasutatakse ka Raspberry Pi Pico ja Raspberry Pi Pico 2 puhul. Soovitame tungivalt kasutada seda kristalli koos kaasasoleva vooluringiga, et tagada kella kiire käivitumine kõikides tingimustes ilma kristalli ennast kahjustamata. Kristallil on 30 ppm sagedustaluvus, mis peaks olema enamiku rakenduste jaoks piisavalt hea. Koos sagedustolerantsiga +/-30 ppm on selle maksimaalne ESR 50 Ω ja koormusmahtuvus 10 pF, mis mõlemad mõjutasid kaasasolevate komponentide valikut.
Kristalli soovitud sagedusel võnkumiseks määrab tootja koormusmahtuvuse, mida ta selleks vajab, ja antud juhul on see 10pF. See koormusmahtuvus saavutatakse kahe võrdse väärtusega kondensaatori asetamisega, üks kristalli mõlemal küljel maandusega (C3 ja C4). Kristalli seisukohast view, on need kondensaatorid ühendatud järjestikku selle kahe klemmi vahel. Põhiline vooluringiteooria ütleb meile, et need ühendavad andes mahtuvuseks (C3*C4)/(C3+C4) ja kuna C3=C4, siis on see lihtsalt C3/2. Selles eksample, oleme kasutanud 15pF kondensaatoreid, seega on seeriakombinatsioon 7.5pF. Lisaks sellele tahtlikule koormusmahtuvusele peame lisama väärtuse ka tahtmatule lisamahtuvusele ehk parasiitmahtuvusele, mille saame PCB radadelt ning RP2350 XIN ja XOUT kontaktidelt. Eeldame, et see on 3 pF ja kuna see mahtuvus on paralleelne C3 ja C4-ga, lisame selle lihtsalt, et saada kogukoormusmahtuvuseks 10.5 pF, mis on piisavalt lähedane sihtväärtusele 10 pF. Nagu näete, on PCB jälgede parasiitmahtuvus üks tegur ja seetõttu peame hoidma need väikesed, et me ei rikuks kristalli ega peataks selle ettenähtud võnkumist. Proovige hoida paigutus võimalikult lühike.
Teine kaalutlus on kristalli maksimaalne ESR (ekvivalentne seeriatakistus). Oleme valinud maksimaalse 50 Ω seadme, kuna leidsime, et see koos 1 kΩ seeriatakistiga (R2) on hea väärtus, et vältida kristallide liigset käitamist ja kahjustamist IOVDD kasutamisel. tase 3.3 V. Kui aga IOVDD on alla 3.3 V, väheneb XIN/XOUT kontaktide ajami vool ja leiate, et ampkristalli valgustus on madalam või ei pruugi üldse võnkuda. Sel juhul tuleb kasutada jadatakisti väiksemat väärtust. Mis tahes kõrvalekalle siin näidatud kristallide vooluringist või IOVDD tasemega, mis ei ole 3.3 V, nõuab põhjalikku testimist, et tagada kristallide võnkumine kõikides tingimustes ja käivitumine piisavalt kiiresti, et mitte tekitada teie rakendusega probleeme.

Soovitatav kristall

RP2350 kasutavate originaalkujunduste puhul soovitame kasutada Abracon ABM8-272-T3. Näiteksample, lisaks minimaalsele disainile eksampvt Pico 2 plaadi skeemi Raspberry Pi Pico 2 andmelehe B lisas ja Pico 2 kujundust files.
Parima jõudluse ja stabiilsuse saavutamiseks tüüpilistes töötemperatuurivahemikes kasutage Abracon ABM8-272-T3. ABM8-272-T3 saate hankida otse Abraconilt või volitatud edasimüüjalt. Pico 2 on spetsiaalselt häälestatud ABM8-272-T3 jaoks, millel on järgmised spetsifikatsioonid:

Isegi kui kasutate sarnaste spetsifikatsioonidega kristalli, peate stabiilsuse tagamiseks ahelat testima erinevatel temperatuuridel.
Kristallostsillaatori toiteallikaks on IOVDD voltage. Selle tulemusena on Abraconi kristall ja see konkreetne damptakisti on häälestatud 3.3 V tööks. Kui kasutate teistsugust IO voltage, peate uuesti häälestama.
Kõik kristalliparameetrite muudatused võivad põhjustada ebastabiilsust kõigis kristalliahelaga ühendatud komponentides.

Kui te ei saa soovitatud kristalli hankida otse Abraconilt või edasimüüjalt, võtke ühendust Applications@raspberrypi.com.

Peatükk 5. IOd

USB
Joonis 11. Skemaatiline osa, mis näitab RP2350 USB-pistikuid ja seeria lõpetamist

RP2350 pakub kahte tihvti, mida kasutatakse täiskiirusega (FS) või väikese kiirusega (LS) USB jaoks kas hostina või seadmena, olenevalt kasutatavast tarkvarast. Nagu oleme juba arutanud, saab RP2350 käivitada ka USB-massmäluseadmena, seega on nende tihvtide ühendamine USB-pistikuga (J1 joonisel 5) mõistlik. RP2350 USB_DP ja USB_DM tihvtid ei vaja täiendavaid ülestõmbeid ega allatõmmet (vajalikud kiiruse, FS-i või LS-i või hosti või seadme näitamiseks), kuna need on sisend-/väljunditesse sisse ehitatud. Kuid need sisendid/väljundid vajavad USB impedantsi spetsifikatsioonile vastamiseks 27 Ω seeria lõpptakisteid (R7 ja R8 joonisel 11), mis on paigutatud kiibi lähedale.
Ehkki RP2350 on piiratud täiskiirusega andmeedastuskiirusega (12 Mbps), peaksime püüdma veenduda, et ülekandeliinide (kiipi pistikuga ühendavad vasest rajad) iseloomulik takistus on lähedane
USB spetsifikatsioon 90Ω (mõõdetuna diferentseeritult). Kui kasutame sellisel 1 mm paksusel tahvlil USB_DP ja USB_DM 0.8 mm laiuseid radu, mille vahe on 0.15 mm, peaksime saama diferentsiaalseks iseloomulikuks impedantsiks umbes 90 Ω. Selle eesmärk on tagada, et signaalid saaksid liikuda mööda neid ülekandeliine võimalikult puhtalt, minimeerides volüümitage peegeldused, mis võivad vähendada signaali terviklikkust. Et need ülekandeliinid korralikult töötaksid, peame tagama, et otse nende liinide all oleks maandus. Tugev jahvatatud vasest katkematu ala, mis ulatub kogu raja pikkuses. Selle konstruktsiooni puhul on peaaegu kogu alumine vasekiht pühendatud maapinnale ja eriti hoolitseti selle eest, et USB-rajad liiguksid ainult maapinnast. Kui teie konstruktsiooni jaoks on valitud paksem kui 1 mm PCB, on meil kaks võimalust. Võiksime USB-ülekandeliinid ümber kujundada, et kompenseerida suuremat vahemaad raja ja maapinna vahel (mis võib olla füüsiline võimatus), või võiksime seda ignoreerida ja loota parimat. USB FS võib olla üsna andestav, kuid teie läbisõit võib erineda. Tõenäoliselt töötab see paljudes rakendustes, kuid tõenäoliselt ei ühildu see USB-standardiga.

I/O päised

Joonis 12. Skemaatiline osa, mis näitab QFN2.54 versiooni 60 mm I/O päiseid

Lisaks juba mainitud USB-pistikule on plaadi mõlemal küljel üks paar kaherealist 2.54 mm päist (J2 ja J3 joonisel 12), mille külge on ühendatud ülejäänud I/O. RP30A-l on 2350 GPIO-d, samas kui RP48B-l on 2350 GPIO-d, seega on Minimal-plaadi selle versiooni päised suuremad, et võimaldada lisatihvte (vt joonis 13).
Kuna tegemist on üldotstarbelise disainiga, mis ei pea silmas konkreetset rakendust, on I/O-d tehtud kättesaadavaks ühendamiseks vastavalt kasutaja soovile. Iga päise sisemine tihvtide rida on sisendid ja väljundid ja välimine rida on kõik ühendatud maandusega. Hea tava on lisada I/O-pistikutele palju maandusi. See aitab säilitada madalat impedantsi maandust ja pakkuda ka palju potentsiaalseid tagasiteed vooludele, mis liiguvad
I/O ühendused. See on oluline, et minimeerida elektromagnetilisi häireid, mida võivad põhjustada kiirelt ümberlülituvate signaalide tagasivoolud, mis võtavad vooluringi lõpuleviimiseks pikki silmusteid.

Mõlemad päised asuvad samal 2.54 mm ruudustikul, mis muudab selle plaadi ühendamise muude asjadega, näiteks leivalaudadega, lihtsamaks. Võimalik, et võiksite kaaluda kaherealise päise asemel ainult ühe rea päise paigaldamist, loobudes välimisest maandusühenduste reast, et muuta leivalauale sobitamine mugavamaks.

Joonis 13. Skemaatiline osa, mis näitab QFN2.54 versiooni 80 mm I/O päiseid

Silumispistik

Joonis 14. Skemaatiline osa, mis näitab valikulist JST-pistikut SWD silumiseks

Kiibisiseseks silumiseks võite soovida luua ühenduse RP2350 SWD-liidesega. Kaks tihvti, SWD ja SWCLK, on saadaval 2.54 mm päises J3, et võimaldada teie valitud silumisanduri hõlpsasti ühendamist. Lisaks sellele olen lisanud valikulise JST-päise, mis võimaldab hõlpsasti ühendada Raspberry Pi silumisprooviga. Te ei pea seda kasutama, 2.54 mm päistest piisab, kui kavatsete tarkvara siluda, kuid minu arvates on seda mugavam teha. Olen valinud horisontaalse pistiku, peamiselt seetõttu, et mulle meeldib selle välimus, isegi kui see pole plaadi serval, kuid vertikaalsed on saadaval, kuigi veidi erineva jalajäljega.

Nupud
Minimal disain sisaldab nüüd mitte ühte, vaid kahte nuppu, kus RP240 versioonil polnud ühtegi. Üks on mõeldud USB-käivituse valimiseks, nagu oleme varem arutanud, kuid teine on lähtestamise nupp, mis on ühendatud RUN-pistikuga. Kumbki neist pole tingimata vajalik (kuigi nupp BOOTSEL tuleks asendada päise või muu sarnasega, kui on vaja USB-käivitusrežiimi) ja selle saab eemaldada, kui ruumi või kulu on muret, kuid need muudavad RP2350 kasutamise kindlasti kaugele. meeldivam kogemus.