راهنمای دستورالعمل میکروکنترلر Raspberry Pi SC1631 Raspberry

فصل 1: مقدمه
سری RP2350 گزینه های بسته بندی متفاوتی را در مقایسه با سری RP2040 ارائه می دهد. RP2350A و RP2354A به ترتیب در یک بسته QFN-60 بدون و با حافظه داخلی فلش عرضه می شوند، در حالی که RP2354B و RP2350B در یک بسته QFN-80 با و بدون حافظه فلش عرضه می شوند.

فصل 2: قدرت
سری RP2350 دارای یک سوئیچینگ جدید روی تراشه استtagتنظیم کننده الکترونیکی با پنج پین. این رگولاتور برای کار به اجزای خارجی نیاز دارد اما بازده توان بالاتری را در جریان بار بالاتر در مقایسه با رگولاتور خطی سری RP2040 ارائه می‌کند. به حساسیت نویز در پین VREG_AVDD که مدار آنالوگ را تامین می کند توجه کنید.

سوالات متداول (سؤالات متداول)

س: تفاوت اصلی بین RP2350A و RP2350B چیست؟
پاسخ: تفاوت اصلی در وجود حافظه داخلی فلش است. RP2350A حافظه داخلی فلش ندارد در حالی که RP2350B دارد.
س: جلد چند پین داردtagرگولاتور الکترونیکی در سری RP2350 دارند؟
ج: جلدtagرگولاتور e در سری RP2350 دارای پنج پین است.

طراحی سخت افزار با RP2350 با استفاده از میکروکنترلرهای RP2350 برای ساخت بردها و محصولات

کلفون

این اسناد تحت مجوز Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND) مجوز دارد. تاریخ ساخت: 2024-08-08 نسخه ساخت: c0acc5b-clean
اعلامیه سلب مسئولیت قانونی

داده‌های فنی و قابلیت اطمینان برای محصولات RASPBERRY PI (شامل برگه‌های داده) همانطور که هر چند وقت یکبار تغییر می‌کند ("منابع") توسط Raspberry PI LTD ("RPL") "ASIMPLIUTES" ارائه می‌شود محدود نیست به، ضمانت های ضمنی خرید و فروش بودن و تناسب اندام برای یک هدف خاص سلب مسئولیت می شود. حداکثر میزان مجاز توسط قانون قابل اجرا در هیچ موردی در قبال هیچ گونه خسارت مستقیم، غیرمستقیم، اتفاقی، خاص، مثالی یا غیرمستقیم (شامل غیرمستقیم، غیرمستقیم) مسئول نخواهد بود یا خدمات، از دست دادن استفاده، داده ها ، یا سود یا وقفه در تجارت) به هر حال ناشی از هرگونه تئوری مسئولیت، خواه در قرارداد، مسئولیت اکید، یا تخلف (از جمله سهل انگاری یا در غیر این صورت) توصیه شده از احتمال از چنین آسیب.
RPL این حق را برای خود محفوظ می دارد که در هر زمان و بدون اطلاع بعدی، هر گونه پیشرفت، بهبود، اصلاح یا هر گونه اصلاح دیگری را در منابع یا هر محصولی که در آنها توضیح داده شده است، انجام دهد.
منابع برای کاربران ماهر با سطوح مناسب از دانش طراحی در نظر گرفته شده است. کاربران تنها مسئول انتخاب و استفاده از منابع و هرگونه استفاده از محصولات توضیح داده شده در آنها هستند. کاربر موافقت می کند که RPL را در برابر کلیه تعهدات، هزینه ها، خسارات یا سایر خسارات ناشی از استفاده از منابع جبران کند و بی ضرر نگه دارد.

RPL به کاربران اجازه می دهد تا از منابع صرفاً در ارتباط با محصولات Raspberry Pi استفاده کنند. هرگونه استفاده دیگر از منابع ممنوع است. هیچ مجوزی به RPL دیگر یا سایر حقوق مالکیت معنوی شخص ثالث اعطا نمی شود.
فعالیت های پرخطر محصولات Raspberry Pi برای استفاده در محیط‌های خطرناکی که نیاز به عملکرد ایمن دارند، از جمله در بهره‌برداری از تأسیسات هسته‌ای، ناوبری یا سیستم‌های ارتباطی هواپیما، کنترل ترافیک هوایی، سیستم‌های تسلیحاتی یا کاربردهای حیاتی ایمنی (از جمله پشتیبانی از حیات) طراحی، تولید یا در نظر گرفته نشده‌اند. سیستم‌ها و سایر دستگاه‌های پزشکی)، که در آنها خرابی محصولات می‌تواند مستقیماً منجر به مرگ، آسیب شخصی یا آسیب شدید فیزیکی یا محیطی شود («فعالیت‌های پرخطر»). RPL به طور خاص هرگونه ضمانت صریح یا ضمنی تناسب اندام برای فعالیت های پرخطر را رد می کند و هیچ مسئولیتی در قبال استفاده یا گنجاندن محصولات Raspberry Pi در فعالیت های پرخطر نمی پذیرد.

محصولات Raspberry Pi تحت شرایط استاندارد RPL ارائه می شوند. ارائه منابع RPL، شرایط استاندارد RPL را شامل، اما نه محدود به سلب مسئولیت ها و ضمانت های بیان شده در آنها، گسترش یا تغییر نمی دهد.

فصل 1. مقدمه

شکل 1. رندر سه بعدی KiCad از RP3A Minimal design example

هنگامی که ما برای اولین بار Raspberry Pi RP2040 را معرفی کردیم، طراحی قبلی "مینیمال" را نیز منتشر کردیم.ampراهنمای طراحی سخت افزار با RP2040 که امیدواریم توضیح دهد که چگونه RP2040 می تواند در یک برد مدار ساده استفاده شود و چرا انتخاب اجزای مختلف انجام شده است. با ورود سری RP235x، زمان آن رسیده است که طرح اصلی RP2040 Minimal را مجدداً مرور کنیم و آن را برای در نظر گرفتن ویژگی های جدید و همچنین برای هر یک از انواع بسته به روز کنیم. RP2350A با پکیج QFN-60 و RP2350B که QFN-80 است. باز هم این طرح ها با فرمت Kicad (7.0) هستند و برای دانلود در دسترس هستند (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

هیئت حداقلی
برد Minimal اولیه تلاشی بود برای ارائه یک طراحی مرجع ساده، با استفاده از حداقل اجزای خارجی مورد نیاز برای اجرای RP2040 و همچنان تمام IO در معرض دید و در دسترس قرار گیرد. این اساساً از یک منبع تغذیه (تنظیم کننده خطی 5 ولت تا 3.3 ولت)، نوسانگر کریستالی، حافظه فلش و اتصالات IO (یک سوکت میکرو USB و هدرهای GPIO) تشکیل شده است. بردهای Minimal جدید سری RP235x تا حد زیادی یکسان هستند، اما با توجه به سخت افزار جدید، تغییراتی لازم است. علاوه بر این، و با وجود مخالفت با ماهیت مینیمال طراحی، من چند دکمه برای bootsel and run به همراه یک هدر SWD جداگانه اضافه کرده ام که این بار به معنای تجربه اشکال زدایی کاملاً ناامیدکننده است. طرح‌ها به طور دقیق به این دکمه‌ها نیاز ندارند، سیگنال‌ها همچنان روی سرصفحه‌ها موجود هستند، و اگر به‌ویژه از هزینه یا فضا آگاه هستید یا تمایلات مازوخیستی دارید، می‌توان آنها را حذف کرد.

RP2040 در مقابل سری RP235x
واضح ترین تغییر در بسته ها است. در حالی که RP2040 یک QFN-7 7x56 میلی متری است، سری RP235x در حال حاضر دارای چهار عضو مختلف است. دو دستگاه وجود دارد که بسته QFN-60 یکسانی دارند. RP2350A که حاوی حافظه داخلی فلش نیست و RP2354A که دارای حافظه داخلی است. به طور مشابه، QFN-80 نیز در دو طعم عرضه می شود. RP2354B با فلاش و RP2350B بدون فلاش. دستگاه‌های QFN-60 و RP2040 اصلی دارای یک میراث مشترک هستندtage.

هر کدام دارای 30 GPIO هستند که چهار عدد از آنها به ADC نیز متصل هستند و اندازه آنها 7x7 میلی متر است. با وجود این، RP2350A جایگزینی برای RP2040 نیست، زیرا تعداد پین ها در هر کدام متفاوت است. در مقابل، تراشه‌های QFN-80 اکنون دارای 48 GPIO هستند و هشت مورد از آنها اکنون قابلیت ADC را دارند. به همین دلیل، ما اکنون دو تخته Minimal داریم. یکی برای دستگاه های 60 پین و دیگری برای 80. این بردهای Minimal عمدتاً برای قطعات بدون فلاش داخلی (RP2350) طراحی شده اند، اما این طرح ها را می توان به راحتی با دستگاه های فلاش داخلی (RP2354) به سادگی با حذف فلاش داخلی استفاده کرد. حافظه، یا حتی استفاده از آن به عنوان یک دستگاه فلاش ثانویه (در ادامه در این مورد بیشتر توضیح خواهیم داد). تفاوت کمی بین این دو برد وجود دارد، به جز این واقعیت که نسخه QFN-80 دارای ردیف های بلندتری از هدرها برای قرار دادن GPIO اضافی است و بنابراین برد بزرگتر است.

جدای از بسته، بزرگترین تفاوت سطح برد بین سری RP235x و RP2040 منابع تغذیه است. سری RP235x دارای چند پایه پاور جدید و یک رگولاتور داخلی متفاوت است. رگولاتور خطی 100 میلی آمپری RP2040 با یک رگولاتور سوئیچینگ 200 میلی آمپری جایگزین شده است، و به این ترتیب، به مدارهای بسیار خاصی نیاز دارد و دقت کمی در چیدمان انجام نشده است. اکیداً توصیه می شود که چیدمان و انتخاب اجزای ما را از نزدیک دنبال کنید. ما قبلاً دردسرهای زیادی را پشت سر گذاشته‌ایم که مجبور به تکرار چندین طرح شده‌ایم، بنابراین امیدواریم که مجبور نباشید.

شکل 2. رندر سه بعدی KiCad از RP3B Minimal design example

طراحی
قصد طرح حداقلی سابقamples ایجاد یک جفت برد ساده با استفاده از سری RP235x است که باید ارزان و به راحتی قابل تولید باشند، بدون استفاده از فناوری‌های غیر ضروری PCB. بنابراین، تخته‌های Minimal دو لایه هستند و از اجزایی استفاده می‌کنند که معمولاً باید در دسترس باشند و همه در قسمت بالایی برد نصب می‌شوند. در حالی که استفاده از اجزای بزرگ با قابلیت لحیم کاری با دست بسیار خوب است، اما گام کوچک تراشه های QFN (2 میلی متر) به این معنی است که در صورت استفاده از همه GPIO ها، استفاده از برخی از اجزای غیرفعال 0.4 (0402 متریک) اجتناب ناپذیر است. در حالی که لحیم کاری دستی قطعات 1005 با یک آهن لحیم کاری مناسب چندان چالش برانگیز نیست، لحیم کاری QFN ها بدون تجهیزات تخصصی تقریبا غیرممکن است.

در چند بخش بعدی، من سعی خواهم کرد توضیح دهم که مدار اضافی برای چه چیزی است، و امیدوارم چگونه انتخاب هایی را انجام دهیم. از آنجایی که در واقع قصد دارم در مورد دو طرح جداگانه صحبت کنم، یکی برای هر اندازه بسته بندی، سعی کرده ام تا آنجا که می توانم همه چیز را ساده نگه دارم. تا آنجا که ممکن است، همه ارجاعات اجزای دو برد یکسان هستند، بنابراین اگر به U1، R1 و غیره اشاره کنم، آنگاه به یک اندازه به هر دو برد مربوط می شود. استثنای آشکار زمانی است که کامپوننت فقط بر روی یکی از بردها باشد (در همه موارد، این مورد در نوع بزرگتر 80 پین خواهد بود)، سپس مولفه مورد نظر فقط در طراحی QFN-80 خواهد بود. برای سابقample، R13 فقط در این برد ظاهر می شود.

فصل 2. قدرت

منبع تغذیه سری RP235x و RP2040 این بار تا حدودی متفاوت است، اگرچه در ساده ترین پیکربندی خود، همچنان به دو منبع تغذیه 3.3 ولت و 1.1 ولت نیاز دارد. سری‌های RP235x به طور همزمان انرژی بیشتری دارند، زیرا عملکرد بالاتر و همچنین مقرون‌به‌صرفه‌تر (هنگامی که در حالت کم مصرف هستند) نسبت به مدل‌های قبلی خود هستند، و بنابراین رگولاتور خطی در RP2040 با رگولاتور سوئیچینگ ارتقا یافته است. این به ما امکان بهره وری انرژی بیشتر در جریان های بالاتر را می دهد (تا 200 میلی آمپر در مقایسه با 100 میلی آمپر قبلی).

نسخه جدید روی تراشهtage تنظیم کننده

شکل 3. بخش شماتیک مدار تنظیم کننده داخلی را نشان می دهد

رگولاتور خطی RP2040 دارای دو پایه، ورودی 3.3 ولت و خروجی 1.1 ولت برای تامین DVDD روی تراشه بود. این بار، رگولاتور سری RP235x دارای پنج پین است و برای کارکردن به اجزای خارجی نیاز دارد. در حالی که به نظر می رسد این یک گام به عقب از نظر قابلیت استفاده باشد، تنظیم کننده سوئیچینگ دارای یک مزیت استtage از کارآمدتر بودن انرژی در جریان های بار بالاتر.

همانطور که از نام آن پیداست، رگولاتور به سرعت یک ترانزیستور داخلی را که ولتاژ ورودی 3.3 ولت را متصل می کند، روشن و خاموش می کند.tage (VREG_VIN) به پین VREG_LX و با کمک یک سلف (L1) و یک خازن خروجی (C7) می تواند ولتاژ خروجی DC تولید کند.tage که از ورودی پایین آمده است. پین VREG_FB حجم خروجی را نظارت می کندtage، و نسبت روشن/خاموش چرخه سوئیچینگ را تنظیم می کند تا اطمینان حاصل شود که حجم مورد نیازtage حفظ می شود. از آنجایی که جریان‌های بزرگ از VREG_VIN به VREG_LX تغییر می‌کنند، به یک خازن بزرگ (C6) نزدیک به ورودی نیاز است، بنابراین منبع تغذیه 3.3 ولت را خیلی خراب نمی‌کنیم. در مورد این جریان های سوئیچینگ بزرگ، رگولاتور همچنین دارای اتصال بازگشت زمین خود، VREG_PGND است. به طور مشابه با VREG_VIN و VREG_LX، چیدمان این اتصال حیاتی است، و در حالی که VREG_PGND باید به GND اصلی متصل شود، باید به گونه ای انجام شود که تمام جریان های سوئیچینگ بزرگ مستقیماً به پین PGND برگردند، بدون اینکه در بقیه موارد اختلال ایجاد شود. GND بیش از حد.

آخرین پین VREG_AVDD است که مدار آنالوگ داخل رگولاتور را تامین می‌کند و به نویز بسیار حساس است.

شکل 4. بخش شماتیک که طرح PCB رگولاتور را نشان می دهد

چیدمان رگولاتور روی بردهای مینیمال دقیقاً منعکس کننده رسپبری پای پیکو 2 است. کارهای زیادی برای طراحی این مدار انجام شده است، با تکرارهای زیادی از PCB مورد نیاز است تا آن را به بهترین شکل ممکن انجام دهیم. می تواند. در حالی که می‌توانید این اجزا را به روش‌های مختلف قرار دهید و همچنان تنظیم‌کننده را وادار به «کار کردن» کنید (یعنی یک حجم خروجی تولید کنید.tagتقریباً در سطح مناسب، به اندازه کافی برای دریافت کد در حال اجرا خوب است)، ما دریافتیم که تنظیم کننده ما باید دقیقاً به روش درستی رفتار شود تا آن را راضی نگه دارد، و منظور من از شاد، تولید خروجی صحیح است.tage تحت طیف وسیعی از شرایط فعلی بار.
در حین انجام آزمایشات خود در این مورد، تا حدودی ناامید شدیم که به ما یادآوری شد که همیشه نمی توان دنیای ناخوشایند فیزیک را نادیده گرفت. ما، به عنوان مهندس، تا حد زیادی تلاش می کنیم و دقیقاً این کار را انجام می دهیم. ساده کردن اجزاء، نادیده گرفتن ویژگی های فیزیکی (اغلب) ناچیز، و در عوض تمرکز بر ویژگی هایی که به آن علاقه مندیم.ampیک مقاومت ساده فقط یک مقاومت ندارد، بلکه اندوکتانس و غیره نیز دارد. در مورد ما، ما (دوباره) کشف کردیم که سلف ها دارای میدان مغناطیسی مرتبط با آنها هستند و مهمتر از همه، بسته به اینکه سیم پیچ در چه جهتی تابش می کند. زخم است، و جهت جریان جریان. همچنین به ما یادآوری شد که یک سلف محافظ «کاملاً» به معنای آن چیزی نیست که شما فکر می‌کنید. میدان مغناطیسی تا حد زیادی تضعیف می شود، اما مقداری از آن هنوز فرار می کند. ما دریافتیم که اگر سلف "در مسیر درست" باشد، عملکرد تنظیم کننده می تواند به شدت بهبود یابد.
به نظر می رسد که میدان مغناطیسی ساطع شده از یک سلف "در مسیر اشتباه" با خازن خروجی تنظیم کننده (C7) تداخل می کند، که به نوبه خود مدار کنترل را در RP2350 بر هم می زند. با جهت گیری مناسب سلف، و چیدمان دقیق و انتخاب اجزای مورد استفاده در اینجا، این مشکل برطرف می شود. بدون شک طرح‌بندی‌ها، اجزا و غیره دیگری وجود خواهند داشت که می‌توانند با یک سلف در هر جهتی کار کنند، اما به احتمال زیاد از فضای PCB بیشتری برای انجام این کار استفاده می‌کنند. ما این طرح پیشنهادی را برای صرفه جویی در ساعات مهندسی زیادی که صرف توسعه و اصلاح این راه حل فشرده و خوش رفتار کرده ایم، ارائه کرده ایم.
بیشتر به این نکته، ما تا آنجا پیش می رویم که می گوییم اگر تصمیم گرفتید از سابق ما استفاده نکنیدampپس شما این کار را با مسئولیت خود انجام دهید. تقریباً مانند آنچه که قبلاً در مورد RP2040 و مدار کریستال انجام دادیم، که در آن اصرار داریم (خوب، قویاً پیشنهاد می کنیم) از یک قطعه خاص استفاده کنید (ما این کار را دوباره در بخش کریستال این سند انجام خواهیم داد).
جهت گیری این سلف های کوچک تقریباً به طور کلی نادیده گرفته می شود، با جهت گیری سیم پیچ سیم پیچ غیر ممکن استنباط شود، و همچنین به طور تصادفی در امتداد حلقه ای از اجزا توزیع شده است. اندازه‌های قاب سلف‌های بزرگ‌تر اغلب می‌توانند دارای علامت‌های قطبیت روی آن‌ها باشند، با این حال، هیچ مورد مناسبی را در اندازه قاب 0806 (2016 متریک) که انتخاب کرده‌ایم پیدا نکردیم. برای این منظور، ما با Abracon کار کرده‌ایم تا یک قطعه 3.3μH با نقطه‌ای برای نشان دادن قطبیت تولید کنیم، و مهمتر از همه، روی یک قرقره بیایم که همه آن‌ها یکسان تراز باشند. TBD از توزیع کنندگان در دسترس عموم قرار خواهد گرفت (یا به زودی خواهد بود). همانطور که قبلا ذکر شد، منبع VREG_AVDD به نویز بسیار حساس است و بنابراین باید فیلتر شود. ما دریافتیم که از آنجایی که VREG_AVDD فقط حدود 200μA می کشد، یک فیلتر RC 33Ω و 4.7μF کافی است.
بنابراین، به طور خلاصه، اجزای مورد استفاده به صورت…
- C6، C7 و C9 - 4.7μF (0402، 1005 متریک)
- L1 - Abracon TBD (0806، 2016 متریک)
- R3 – 33Ω (0402، 1005 متریک)
برگه داده RP2350 بحث مفصل تری در مورد توصیه های چیدمان تنظیم کننده دارد، لطفاً به اجزای خارجی و الزامات چیدمان PCB مراجعه کنید.

منبع ورودی

اتصال برق ورودی برای این طرح از طریق پین 5 ولت VBUS یک کانکتور Micro-USB (با برچسب J1 در شکل 5) انجام می شود. این یک روش متداول برای تامین انرژی دستگاه های الکترونیکی است و در اینجا منطقی است، زیرا RP2350 دارای عملکرد USB است که ما آن را به پین های داده این کانکتور متصل می کنیم. از آنجایی که ما برای این طراحی فقط به 3.3 ولت نیاز داریم (منبع 1.1 ولت از داخلی است)، باید منبع USB 5 ولت ورودی را پایین بیاوریم، در این مورد، با استفاده از یک ولتاژ خارجی دیگر.tagتنظیم کننده e، در این مورد یک تنظیم کننده خطی (معروف به تنظیم کننده Low Drop Out یا LDO). با توجه به مزایای استفاده از یک تنظیم کننده سوئیچینگ کارآمد، استفاده از آن در اینجا نیز می تواند انتخاب عاقلانه ای باشد، اما من سادگی را انتخاب کرده ام. اولاً، استفاده از LDO تقریباً همیشه آسان‌تر است. هیچ محاسباتی لازم نیست تا بفهمید از چه اندازه سلف باید استفاده کنید، یا اندازه خازن‌های خروجی چقدر است، و معمولاً طرح‌بندی نیز بسیار ساده‌تر است. ثانیاً، نجات آخرین قطره قدرت در اینجا هدف نیست. اگر اینطور بود، من به طور جدی استفاده از تنظیم کننده سوئیچینگ را در نظر می گرفتم، و شما می توانید یک سابق را پیدا کنیدampاز انجام این کار در Raspberry Pi Pico 2. و ثالثاً، می توانم مداری را که قبلاً در نسخه RP2040 برد Minimal استفاده می کردم، به سادگی قرض بگیرم. NCP1117 (U2) انتخاب شده در اینجا دارای خروجی ثابت 3.3 ولت است، به طور گسترده در دسترس است و می تواند تا 1 آمپر جریان را ارائه دهد که برای اکثر طرح ها کافی خواهد بود. نگاهی به دیتاشیت NCP1117 به ما می گوید که این دستگاه به یک خازن 10μF در ورودی و دیگری در خروجی (C1 و C5) نیاز دارد.

جداسازی خازن ها

شکل 6. بخش شماتیک ورودی های منبع تغذیه RP2350، جلدtagتنظیم کننده و خازن های جداکننده

یکی دیگر از جنبه های طراحی منبع تغذیه، خازن های جداکننده مورد نیاز برای RP2350 است. اینها دو عملکرد اساسی را ارائه می دهند. اولاً، نویز منبع تغذیه را فیلتر می‌کنند و ثانیاً منبع شارژ محلی را فراهم می‌کنند که مدارهای داخل RP2350 می‌توانند در کوتاه‌مدت از آن استفاده کنند. این مانع از voltagهنگامی که تقاضای فعلی به طور ناگهانی افزایش می یابد، سطح e در مجاورت نزدیک به افت بیش از حد کاهش یابد. از آنجا که، به این دلیل، مهم است که جداسازی را نزدیک پایه های برق قرار دهید. به طور معمول، ما استفاده از خازن 100nF را در هر پایه پاور توصیه می کنیم، اما در چند مورد از این قانون عدول می کنیم.

شکل 7. بخش طرح‌بندی که مسیریابی و جداسازی RP2350 را نشان می‌دهد.

اولاً، برای اینکه بتوانیم فضای کافی برای همه پین‌های تراشه داشته باشیم تا بتوانیم از دستگاه خارج شوند، باید با مقدار خازن‌های جداکننده‌ای که می‌توانیم استفاده کنیم، مصالحه کنیم. در این طرح، پایه‌های 53 و 54 RP2350A (پایه‌های 68 و 69 RP2350B) یک خازن مشترک دارند (C12 در شکل 7 و شکل 6)، زیرا فضای زیادی در آن طرف دستگاه و اجزای آن وجود ندارد. و طرح رگولاتور اولویت دارد.
این کمبود فضا می‌تواند تا حدودی برطرف شود اگر از فناوری‌های پیچیده‌تر/گران‌تر، مانند قطعات کوچک‌تر، یا یک PCB چهار لایه با قطعات در دو طرف بالا و پایین استفاده کنیم. این یک مبادله طراحی است. ما پیچیدگی و هزینه را کاهش داده‌ایم، به بهای داشتن ظرفیت جداسازی کمتر، و خازن‌هایی که کمی دورتر از تراشه از حد مطلوب هستند (این باعث افزایش اندوکتانس می‌شود). این می تواند اثر محدود کردن حداکثر سرعتی را که طراحی می تواند با آن کار کند، داشته باشد، به عنوان جلدtagعرضه e می تواند بیش از حد نویز داشته باشد و به زیر حداقل حجم مجاز کاهش یابدtage; اما برای اکثر برنامه ها، این مبادله باید قابل قبول باشد.

انحراف دیگر از قانون 100nF این است که بتوانیم حجم را بیشتر بهبود ببخشیمtagعملکرد تنظیم کننده الکترونیکی؛ توصیه می کنیم از 4.7μF برای C10 استفاده کنید که در سمت دیگر تراشه از رگولاتور قرار می گیرد.

فصل 3. فلش مموری

فلاش اولیه

شکل 8. بخش شماتیک فلش مموری اولیه و مدار USB_BOOT را نشان می دهد

برای اینکه بتوانیم کد برنامه ای را که RP2350 می تواند بوت و اجرا شود، ذخیره کنیم، باید از یک فلش مموری مخصوصاً یک فلش مموری چهارگانه SPI استفاده کنیم. دستگاه انتخاب شده در اینجا یک دستگاه W25Q128JVS (U3 در شکل 8) است که یک تراشه 128 مگابیت (16 مگابایت) است. این بزرگترین اندازه حافظه ای است که RP2350 می تواند پشتیبانی کند. اگر برنامه خاص شما به فضای ذخیره سازی زیادی نیاز ندارد، می توان به جای آن از یک حافظه کوچکتر و ارزانتر استفاده کرد.
از آنجایی که این دیتابیس می‌تواند فرکانس بسیار بالایی داشته باشد و به طور مرتب مورد استفاده قرار می‌گیرد، پایه‌های QSPI RP2350 باید مستقیماً به فلاش متصل شوند و از اتصالات کوتاه برای حفظ یکپارچگی سیگنال و همچنین کاهش تداخل در مدارهای اطراف استفاده کنند. Crosstalk جایی است که سیگنال های یک شبکه مدار می توانند حجم ناخواسته را القا کنندtages در مدار همسایه، به طور بالقوه باعث بروز خطا می شود.

سیگنال QSPI_SS یک مورد خاص است. مستقیم به فلش وصل میشه ولی دو تا مقاومت هم داره (خب چهارتا ولی بعدا بهش میام) وصل میشه. اولین (R1) یک کشش به منبع 3.3 ولت است. فلش مموری نیاز دارد که ورودی انتخاب تراشه در همان حجم باشدtage به عنوان پین منبع تغذیه 3.3 ولت خود هنگام روشن شدن دستگاه، در غیر این صورت، به درستی کار نمی کند. وقتی RP2350 روشن می‌شود، پین QSPI_SS آن به‌طور خودکار به صورت پیش‌فرض در حالت pull-up قرار می‌گیرد، اما مدت زمان کوتاهی در هنگام روشن شدن وجود دارد که وضعیت پین QSPI_SS نمی‌تواند تضمین شود. افزودن یک مقاومت کششی تضمین می کند که این نیاز همیشه برآورده می شود. R1 به عنوان DNF (مطابق نشوید) در شماتیک مشخص شده است، زیرا ما متوجه شدیم که با این دستگاه فلاش خاص، کشش خارجی غیر ضروری است. با این حال، اگر از فلاش دیگری استفاده شود، ممکن است مهم باشد که بتوان یک مقاومت 10 کیلو اهم را در اینجا وارد کرد، بنابراین برای هر موردی گنجانده شده است.
مقاومت دوم (R6) یک مقاومت 1kΩ است که به یک دکمه فشاری (SW1) با برچسب "USB_BOOT" متصل است. این به این دلیل است که پین QSPI_SS به عنوان "بند راه‌اندازی" استفاده می‌شود. RP2350 مقدار این ورودی/خروجی را در طول دنباله راه‌اندازی بررسی می‌کند، و اگر مشخص شود که 0 منطقی است، سپس RP2350 به حالت BOOTSEL باز می‌گردد، جایی که RP2350 خود را به عنوان یک دستگاه ذخیره‌سازی انبوه USB نشان می‌دهد و کد می‌تواند مستقیماً کپی شود. به آن اگر به سادگی دکمه را فشار دهیم، پین QSPI_SS را به زمین می کشیم، و اگر دستگاه متعاقباً ریست شود (مثلاً با جابجایی پین RUN)، RP2350 به جای تلاش برای اجرای محتویات فلش، در حالت BOOTSEL راه اندازی مجدد می شود. این مقاومت‌ها، R2 و R6 (R9 و R10 نیز)، باید در نزدیکی تراشه فلاش قرار گیرند، بنابراین از طول مسیرهای مسی اضافی که می‌تواند بر سیگنال تأثیر بگذارد، اجتناب می‌کنیم.
تمام موارد فوق به طور خاص در مورد RP2350 که فاقد فلاش داخلی است، صدق می کند. البته، دستگاه‌های RP2354 دارای حافظه‌های فلش داخلی 2 مگابایتی هستند، بنابراین به حافظه خارجی U3 نیازی نیست، بنابراین می‌توان U3 را با خیال راحت از شماتیک حذف کرد یا به سادگی خالی گذاشت. در هر یک از این موارد، همچنان می‌خواهیم سوئیچ USB_BOOT را به QSPI_SS متصل نگه داریم تا همچنان بتوانیم به حالت بوت USB وارد شویم.

فلاش ثانویه یا PSRAM

سری RP235x اکنون از یک دستگاه حافظه دوم با استفاده از همان پین‌های QSPI پشتیبانی می‌کند و یک GPIO انتخاب چیپ اضافی را ارائه می‌کند. بنابراین، اگر از یک RP2354 (که دارای فلاش داخلی است) استفاده می کنیم، می توانیم از U3 به عنوان فلاش ثانویه استفاده کنیم یا حتی آن را با یک دستگاه PSRAM جایگزین کنیم. برای انجام این کار، باید QSPI_SS را از U3 جدا کنیم و در عوض آن را به یک GPIO مناسب متصل کنیم. نزدیک‌ترین GPIO که قابلیت انتخاب چیپ (XIP_CS1n) را دارد، GPIO0 است، بنابراین با حذف 0Ω از R10 و قرار دادن آن در R9، اکنون می‌توانیم علاوه بر فلاش روی تراشه، به U3 نیز دسترسی داشته باشیم. به منظور پیشبرد کاملtage از این ویژگی، جایی که ما دو دستگاه حافظه خارجی داریم تا قطعات RP2350 بدون فلاش از آن بهره ببرند، بزرگتر از دو برد Minimal برای RP2350B، شامل یک ردپای اختیاری (U4) برای یک تراشه حافظه اضافی است.

شکل 9. بخش شماتیک که دستگاه حافظه ثانویه اختیاری را نشان می دهد

برای اینکه بتوانید از این دستگاه استفاده کنید، بدیهی است که باید R11 (0Ω) و R13 (10KΩ) پر شود. اضافه شدن R11 GPIO0 (سیگنال XIP_CS1n) را به چیپ انتخابی حافظه دوم متصل می کند. این بار pull-up روی پین انتخاب تراشه قطعاً مورد نیاز است، زیرا حالت پیش‌فرض GPIO0 در هنگام روشن شدن پایین می‌آید که باعث می‌شود دستگاه فلش ما از کار بیفتد. C22 همچنین برای ارائه جداسازی منبع تغذیه محلی برای U4 مورد نیاز است.

تراشه های فلش پشتیبانی شده
دنباله کاوشگر فلاش اولیه، که توسط پایین برای استخراج s دوم استفاده می شودtage از فلش، از دستور خواندن سریال 03h با آدرس دهی 24 بیتی و ساعت سریال تقریباً 1 مگاهرتز استفاده می کند. به طور مکرر در چهار ترکیب قطبیت ساعت و فاز ساعت چرخش می کند و به دنبال ثانیه های معتبر می گردد.tage CRC32 checksum.
همانطور که دومین سtage سپس آزاد است تا اجرا در محل را با استفاده از همان دستور خواندن سریال 03h پیکربندی کند، RP2350 می‌تواند اجرای فلش حافظه پنهان را در محل با هر تراشه‌ای که از خواندن سریال 03 ساعتی با آدرس‌دهی 24 بیتی پشتیبانی می‌کند، که شامل اکثر دستگاه‌های فلش سری 25 است، انجام دهد. . SDK یک پیشینه ارائه می دهدampل دوم stage برای CPOL=0 CPHA=0، در https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. برای پشتیبانی از برنامه‌نویسی فلش با استفاده از روال‌های پایین، دستگاه باید به دستورات زیر نیز پاسخ دهد:

برنامه صفحه 02 ساعت 256 بایت
05h ثبت وضعیت خوانده می شود
ساعت 06 ساعت نوشتن را فعال کنید

20 ساعت پاک کردن بخش 4 کیلوبایتی

RP2350 همچنین از طیف گسترده ای از حالت های دسترسی دوگانه SPI و QSPI پشتیبانی می کند. برای مثالampلی، https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S یک دستگاه Winbond-series W25Q را برای حالت خواندن پیوسته quad-IO پیکربندی می کند، جایی که RP2350 آدرس های quad-IO (بدون پیشوند فرمان) را ارسال می کند و فلاش با داده های quad-IO پاسخ می دهد.

در مورد حالت‌های XIP فلاش که در آن دستگاه فلاش به دستورات سریال استاندارد پاسخ نمی‌دهد، مانند حالت خواندن پیوسته Winbond که در بالا ذکر شد، احتیاط لازم است. این می تواند هنگام تنظیم مجدد RP2350 مشکلاتی را ایجاد کند، اما دستگاه فلاش در چرخه برق نیست، زیرا فلاش به دنباله پروب فلاش بوتروم پاسخ نمی دهد. قبل از صدور سریال 03h، بوتروم همیشه دنباله ثابت زیر را صادر می کند، که بهترین توالی برای قطع XIP در طیف وسیعی از دستگاه های فلش است:

CSn=1، IO[3:0]=4'b0000 (از طریق پایین کشیدن برای جلوگیری از مشاجره)، شماره ساعت × 32
CSn=0، IO[3:0]=4'b1111 (از طریق کشش برای جلوگیری از مشاجره)، شماره ساعت × 32
CSn=1

CSn=0، MOSI=1'b1 (حرکت پایین Z، همه ورودی/خروجی های Hi-Z دیگر)، شماره ساعت 16 ×

اگر دستگاه انتخابی شما در حالت خواندن پیوسته خود به این دنباله پاسخ نمی دهد، باید در حالتی نگه داشته شود که هر انتقال با یک دستور سریال پیشوند باشد، در غیر این صورت RP2350 نمی تواند پس از تنظیم مجدد داخلی بازیابی شود.
برای جزئیات بیشتر در مورد QSPI، لطفاً به رابط حافظه QSPI (QMI) در برگه داده RP2350 مراجعه کنید.

فصل 4. نوسانگر کریستال

شکل 10. بخش شماتیک که نوسان ساز کریستالی و خازن های بار را نشان می دهد.

به طور دقیق، RP2350 در واقع به منبع ساعت خارجی نیاز ندارد، زیرا نوسانگر داخلی خود را دارد. با این حال، از آنجایی که فرکانس این نوسان ساز داخلی به خوبی تعریف یا کنترل نشده است، از تراشه ای به تراشه دیگر و همچنین با حجم های مختلف عرضه متفاوت است.tages و دما، توصیه می شود از یک منبع فرکانس خارجی پایدار استفاده کنید. برنامه‌هایی که بر فرکانس‌های دقیق تکیه می‌کنند بدون منبع فرکانس خارجی امکان‌پذیر نیستند، USB یک نمونه اصلی است.ampله
ارائه یک منبع فرکانس خارجی می تواند به یکی از دو روش انجام شود: یا با ارائه یک منبع ساعت با خروجی CMOS (موج مربعی IOVDD voltagه) به پین XIN، یا با استفاده از یک کریستال 12 مگاهرتز متصل بین
XIN و XOUT. استفاده از کریستال در اینجا گزینه ترجیحی است، زیرا هر دو نسبتا ارزان و بسیار دقیق هستند.

کریستال انتخاب شده برای این طرح یک ABM8-272-T3 است (Y1 در شکل 10). این همان کریستال 12 مگاهرتزی است که در Raspberry Pico و Raspberry Pi Pico 2 استفاده شده است. ما به شدت توصیه می کنیم از این کریستال به همراه مدار همراه آن استفاده کنید تا اطمینان حاصل شود که ساعت در هر شرایطی به سرعت شروع می شود بدون اینکه به خود کریستال آسیبی وارد شود. کریستال دارای تحمل فرکانس 30ppm است که برای اکثر کاربردها باید به اندازه کافی خوب باشد. همراه با تحمل فرکانس +/-30ppm، دارای حداکثر ESR 50Ω و ظرفیت بار 10pF است که هر دو بر انتخاب اجزای همراه تأثیر دارند.
برای اینکه یک کریستال در فرکانس مورد نظر نوسان کند، سازنده ظرفیت باری که برای این کار نیاز دارد را مشخص می کند و در این حالت 10pF است. این ظرفیت بار با قرار دادن دو خازن با ارزش برابر، یکی در هر طرف کریستال به زمین (C3 و C4) به دست می آید. از نقطه کریستال از viewاین خازن ها به صورت سری بین دو ترمینال آن متصل می شوند. نظریه مدارهای پایه به ما می گوید که آنها ترکیب می شوند تا ظرفیت (C3*C4)/(C3+C4) را به دست آورند و به عنوان C3=C4، آنگاه به سادگی C3/2 است. در این سابقample، ما از خازن های 15pF استفاده کرده ایم، بنابراین ترکیب سری 7.5pF است. علاوه بر این ظرفیت بار عمدی، باید مقداری نیز برای ظرفیت اضافی غیرعمدی یا خازن انگلی که از مسیرهای PCB و پین‌های XIN و XOUT RP2350 دریافت می‌کنیم، اضافه کنیم. ما مقدار 3pF را برای این در نظر می گیریم، و از آنجایی که این ظرفیت به موازات C3 و C4 است، به سادگی آن را اضافه می کنیم تا ظرفیت بار کل 10.5pF را به ما بدهیم که به اندازه کافی به هدف 10pF نزدیک است. همانطور که می بینید، ظرفیت انگلی ردهای PCB یک عامل است، و بنابراین باید آنها را کوچک نگه داریم تا کریستال را ناراحت نکنیم و از نوسان آن به عنوان مورد نظر جلوگیری کنیم. سعی کنید طرح بندی را تا حد امکان کوتاه نگه دارید.
دومین مورد، حداکثر ESR (مقاومت سری معادل) کریستال است. ما دستگاهی با حداکثر 50Ω انتخاب کرده‌ایم، زیرا متوجه شده‌ایم که این مقاومت به همراه یک مقاومت سری 1kΩ (R2)، مقدار خوبی برای جلوگیری از بیش از حد رانده شدن کریستال و آسیب دیدن آن هنگام استفاده از IOVDD است. سطح 3.3 ولت با این حال، اگر IOVDD کمتر از 3.3 ولت باشد، جریان درایو پین های XIN/XOUT کاهش می یابد و خواهید دید که ampطول کریستال کمتر است یا حتی ممکن است اصلاً نوسان نداشته باشد. در این حالت باید از مقدار کمتری از مقاومت سری استفاده شود. هر گونه انحراف از مدار کریستالی نشان داده شده در اینجا، یا با سطح IOVDD غیر از 3.3 ولت، نیاز به آزمایش گسترده ای دارد تا اطمینان حاصل شود که کریستال تحت هر شرایطی نوسان می کند و به اندازه کافی سریع راه اندازی می شود تا مشکلی در برنامه شما ایجاد نشود.

کریستال توصیه شده

برای طرح های اصلی با استفاده از RP2350، توصیه می کنیم از Abracon ABM8-272-T3 استفاده کنید. برای مثالample، علاوه بر طراحی مینیمال سابقampشماتیک تابلوی Pico 2 را در ضمیمه B دیتاشیت Raspberry Pi Pico 2 و طرح Pico 2 مشاهده کنید. files.
برای بهترین عملکرد و پایداری در محدوده دمای عملیاتی معمولی، از Abracon ABM8-272-T3 استفاده کنید. می‌توانید ABM8-272-T3 را مستقیماً از آبراکن یا از نمایندگی‌های مجاز تهیه کنید. Pico 2 به طور خاص برای ABM8-272-T3 تنظیم شده است که دارای مشخصات زیر است:

حتی اگر از کریستالی با مشخصات مشابه استفاده می کنید، برای اطمینان از پایداری باید مدار را در محدوده دما تست کنید.
نوسان ساز کریستالی از IOVDD voltagه. در نتیجه، کریستال آبراکن و آن d خاصampمقاومت ing برای عملکرد 3.3 ولت تنظیم شده است. اگر از یک IO vol متفاوت استفاده می کنیدtage، شما باید دوباره تنظیم کنید.
هر گونه تغییر در پارامترهای کریستال خطر بی ثباتی در تمام اجزای متصل به مدار کریستال را دارد.

اگر نمی‌توانید کریستال پیشنهادی را مستقیماً از آبراکن یا یک فروشنده تهیه کنید، تماس بگیرید applications@raspberrypi.com.

فصل 5. IOs

USB
شکل 11. بخش شماتیک که پین های USB RP2350 و پایان سری را نشان می دهد.

RP2350 بسته به نرم افزار مورد استفاده، دو پین را برای USB با سرعت کامل (FS) یا سرعت کم (LS) به عنوان میزبان یا دستگاه ارائه می دهد. همانطور که قبلاً بحث کردیم، RP2350 می تواند به عنوان یک دستگاه ذخیره سازی انبوه USB نیز راه اندازی شود، بنابراین اتصال این پین ها به کانکتور USB (J1 در شکل 5) منطقی است. پین‌های USB_DP و USB_DM در RP2350 نیازی به کشش یا پایین کشیدن اضافی ندارند (برای نشان دادن سرعت، FS یا LS، یا اینکه آیا یک میزبان یا دستگاه است) نیاز ندارند، زیرا این‌ها در I/O تعبیه شده‌اند. با این حال، این ورودی/خروجی‌ها به مقاومت‌های پایانی سری 27Ω (R7 و R8 در شکل 11) که در نزدیکی تراشه قرار گرفته‌اند، نیاز دارند تا بتوانند مشخصات امپدانس USB را برآورده کنند.
حتی اگر RP2350 به سرعت داده با سرعت کامل (12 مگابیت بر ثانیه) محدود شده است، ما باید سعی کنیم و اطمینان حاصل کنیم که امپدانس مشخصه خطوط انتقال (مسیرهای مسی اتصال تراشه به کانکتور) نزدیک به
مشخصات USB 90Ω (اندازه گیری متفاوت). در یک تخته با ضخامت 1 میلی متر مانند این، اگر از مسیرهای با عرض 0.8 میلی متر در USB_DP و USB_DM استفاده کنیم، با فاصله 0.15 میلی متر بین آنها، باید امپدانس مشخصه دیفرانسیل حدود 90 Ω به دست آوریم. این برای اطمینان از اینکه سیگنال ها می توانند در طول این خطوط انتقال تا حد امکان تمیز حرکت کنند و حجم را به حداقل برسانندtagبازتاب هایی که می تواند یکپارچگی سیگنال را کاهش دهد. برای اینکه این خطوط انتقال به درستی کار کنند، باید مطمئن شویم که مستقیماً زیر این خطوط یک زمین است. یک ناحیه جامد و بدون وقفه از مس آسیاب شده که در تمام طول مسیر کشیده شده است. در این طرح، تقریباً تمام لایه مسی زیرین به زمین اختصاص داده شده است، و مراقبت ویژه ای برای اطمینان از عبور مسیرهای USB از روی چیزی جز زمین انجام شده است. اگر یک PCB با ضخامت بیشتر از 1 میلی متر برای ساخت شما انتخاب شده است، ما دو گزینه داریم. ما می‌توانیم خطوط انتقال USB را دوباره مهندسی کنیم تا فاصله بیشتر بین مسیر و زمین در زیر آن را جبران کنیم (که ممکن است یک غیرممکن فیزیکی باشد)، یا می‌توانیم آن را نادیده بگیریم و به بهترین‌ها امیدوار باشیم. USB FS می تواند بسیار بخشنده باشد، اما مسافت پیموده شده شما ممکن است متفاوت باشد. احتمالاً در بسیاری از برنامه ها کار می کند، اما احتمالاً با استاندارد USB سازگار نیست.

هدرهای ورودی/خروجی

شکل 12. بخش شماتیک که هدرهای ورودی/خروجی 2.54 میلی متری نسخه QFN60 را نشان می دهد.

علاوه بر کانکتور USB که قبلاً ذکر شد، یک جفت هدر دو ردیفه 2.54 میلی متری (J2 و J3 در شکل 12)، یکی در هر طرف برد وجود دارد که بقیه ورودی/خروجی به آنها متصل شده است. 30 GPIO در RP2350A وجود دارد، در حالی که 48 GPIO در RP2350B وجود دارد، بنابراین هدرها در این نسخه از برد Minimal بزرگتر هستند تا بتوان پین های اضافی را در اختیار داشت (شکل 13 را ببینید).
از آنجایی که این یک طراحی با هدف کلی است و برنامه خاصی در ذهن ندارد، ورودی/خروجی برای اتصال به دلخواه کاربر در دسترس قرار گرفته است. ردیف داخلی پین ها در هر هدر I/O هستند و ردیف بیرونی همگی به زمین متصل هستند. این تمرین خوب است که بسیاری از پایه ها را در اتصالات I/O قرار دهید. این به حفظ یک زمین امپدانس کم کمک می کند و همچنین مسیرهای بازگشت بالقوه زیادی را برای جریان هایی که به و از آن حرکت می کنند فراهم می کند.
اتصالات I/O این مهم برای به حداقل رساندن تداخل الکترومغناطیسی است که می تواند ناشی از جریان های برگشتی سیگنال های سوئیچینگ سریع باشد که مسیرهای طولانی و حلقه ای را برای تکمیل مدار طی می کنند.

هر دو هدر روی یک شبکه 2.54 میلی متری قرار دارند که اتصال این برد را به موارد دیگر مانند تخته نان آسان تر می کند. ممکن است بخواهید به جای هدر ردیف دوگانه، فقط یک هدر ردیفی را نصب کنید، و ردیف بیرونی اتصالات زمین را کنار بگذارید تا راحت‌تر به تخته نان بنشینید.

شکل 13. بخش شماتیک که هدرهای ورودی/خروجی 2.54 میلی متری نسخه QFN80 را نشان می دهد.

کانکتور اشکال زدایی

شکل 14. بخش شماتیک که کانکتور JST اختیاری را برای اشکال زدایی SWD نشان می دهد

برای اشکال زدایی روی تراشه، ممکن است بخواهید به رابط SWD RP2350 متصل شوید. دو پین، SWD و SWCLK، در هدر 2.54 میلی متری، J3 موجود هستند تا به پروب دیباگ انتخابی شما به راحتی متصل شود. علاوه بر این، من یک هدر اختیاری JST قرار داده ام که امکان اتصال آسان به Raspberry Pi Debug Probe را فراهم می کند. شما نیازی به استفاده از این ندارید، اگر قصد دارید نرم‌افزار را اشکال‌زدایی کنید، هدرهای 2.54 میلی‌متری کافی هستند، اما به نظر من انجام این کار راحت‌تر است. من یک کانکتور افقی را انتخاب کرده ام، بیشتر به این دلیل که ظاهر آن را دوست دارم، حتی اگر در لبه برد نباشد، اما کانکتورهای عمودی در دسترس هستند، البته با ردپایی کمی متفاوت.

دکمه ها
طراحی Minimal اکنون نه یک، بلکه دو دکمه دارد که نسخه RP240 هیچ دکمه ای نداشت. یکی برای انتخاب بوت USB همانطور که قبلاً بحث کردیم است، اما دومی دکمه "تنظیم مجدد" است که به پین RUN متصل است. هیچ‌کدام از این‌ها کاملاً ضروری نیستند (اگرچه در صورت نیاز به حالت بوت USB، دکمه BOOTSEL باید با یک هدر یا مشابه جایگزین شود)، و اگر فضا یا هزینه نگران‌کننده باشد، می‌توان آن را حذف کرد، اما مطمئناً استفاده از RP2350 را بسیار دور می‌کند. تجربه لذت بخش تر