Raspberry Pi SC1631 Raspberry -mikrokontrollerin käyttöohje

Luku 1: Johdanto
RP2350-sarja tarjoaa erilaisia pakettivaihtoehtoja verrattuna RP2040-sarjaan. RP2350A ja RP2354A toimitetaan QFN-60-paketissa ilman sisäistä flash-muistia ja vastaavasti, kun taas RP2354B ja RP2350B toimitetaan QFN-80-paketissa flash-tallennustilan kanssa tai ilman.

Luku 2: Teho
RP2350-sarjassa on uusi on-chip-kytkentätilatage säädin viidellä nastalla. Tämä säädin vaatii ulkoisia komponentteja toimiakseen, mutta tarjoaa paremman tehon hyötysuhteen suuremmilla kuormitusvirroilla verrattuna RP2040-sarjan lineaariseen säätimeen. Kiinnitä huomiota kohinaherkkyyteen VREG_AVDD-nastassa, joka syöttää analogisen piirin.

Usein kysytyt kysymykset (FAQ)

K: Mikä on tärkein ero RP2350A:n ja RP2350B:n välillä?
V: Suurin ero on sisäisen flash-tallennustilan olemassaolo. RP2350A:ssa ei ole sisäistä flash-tallennustilaa, kun taas RP2350B:ssä on.
K: Kuinka monta nastaa voltagOnko RP2350-sarjan säädin?
V: VoltagRP2350-sarjan säätimessä on viisi nastaa.

Laitteiston suunnittelu RP2350:n kanssa RP2350-mikro-ohjainten käyttö levyjen ja tuotteiden rakentamiseen

Colophon

Tämä dokumentaatio on lisensoitu Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 Internationalin (CC BY-ND) mukaisesti. rakennuspäivämäärä: 2024-08-08 rakennusversio: c0acc5b-clean
Oikeudellinen vastuuvapauslauseke

RASPBERRY PI LTD ("RPL") TOIMITTAA RASPBERRY PI LTD ("RPL") "SELLAISENAAN" TEKNISET JA LUOTETTAVUUSTIEDOT RASPBERRY PI -TUOTTEISTA (TUOTTEET MUKAAN MUKAAN MUKAAN MUKAAN TUOTTEELLE) MUUTTAMISEENA ("RESURSSIT") TOTEUTTAVAT OLETETUT TAKUUT MYYNTIKELPOISUUDESTA JA TIETTYYN TARKOITUKSEEN SOVELTUVUUDESTA. SOVELLETTAVAN LAIN SALLITTAMAAN SUURIMMAAN RPL EI MISSÄÄN TAPAUKSESSA OLE VASTUUSSA MISTÄÄN SUORISTA, EPÄSUORISTA, SATUNNAISISTA, ESIMERKKEISTÄ TAI VÄLILLISISTÄ VAHINGOISTA (MUKAAN LUKIEN, MUUTTA EI RAJOITETTUA PALVELUN KÄYTTÖÄ; , DATA Tai voitot; SELLAISISTA VAHINGOISTA.
RPL varaa oikeuden tehdä parannuksia, parannuksia, korjauksia tai muita muutoksia RESURSSeihin tai niissä kuvattuihin tuotteisiin milloin tahansa ja ilman erillistä ilmoitusta.
RESURSSIT on tarkoitettu ammattitaitoisille käyttäjille, joilla on sopiva suunnitteluosaaminen. Käyttäjät ovat yksin vastuussa RESURSSIEN valinnasta ja käytöstä sekä niissä kuvattujen tuotteiden käytöstä. Käyttäjä sitoutuu korvaamaan ja pitämään RPL:n vastuuttomana kaikista vastuista, kustannuksista, vahingoista tai muista menetyksistä, jotka johtuvat hänen RESURSSIEN käytöstä.

RPL myöntää käyttäjille luvan käyttää RESURSSEJA vain Raspberry Pi -tuotteiden yhteydessä. Kaikki muu RESURSSIEN käyttö on kiellettyä. Mitään lisenssiä ei myönnetä muille RPL:lle tai muille kolmannen osapuolen immateriaalioikeuksille.
KORKEAN RISKIN TOIMINTA. Raspberry Pi -tuotteita ei ole suunniteltu, valmistettu tai tarkoitettu käytettäviksi vaarallisissa ympäristöissä, jotka edellyttävät vikaturvallista toimintaa, kuten ydinlaitosten, lentokoneiden navigointi- tai viestintäjärjestelmien, lennonjohdon, asejärjestelmien tai turvallisuuden kannalta kriittisten sovellusten (mukaan lukien elämän ylläpitäminen) toiminnassa. järjestelmät ja muut lääkinnälliset laitteet), joissa tuotteiden vikaantuminen voi johtaa suoraan kuolemaan, henkilövahinkoon tai vakaviin fyysisiin tai ympäristövahinkoihin ("korkean riskin toiminnot"). RPL kiistää nimenomaisesti kaikki nimenomaiset tai epäsuorat takuut soveltuvuudesta suuren riskin toimintaan eikä ota vastuuta Raspberry Pi -tuotteiden käytöstä tai sisällyttämisestä suuren riskin toimintaan.

Raspberry Pi -tuotteet toimitetaan RPL:n vakioehtojen alaisena. RPL:n tarjoamat RESURSSIT eivät laajenna tai muutoin muuta RPL:n vakioehtoja, mukaan lukien, mutta ei rajoittuen, niissä ilmaistut vastuuvapauslausekkeet ja takuut.

Luku 1. Johdanto

Kuva 1. KiCad 3D renderöinti RP2350A:sta Minimal design example

Kun esittelimme ensimmäisen kerran Raspberry Pi RP2040:n, julkaisimme myös "Minimal" -mallin.ample ja oheinen opas Hardware design with RP2040, joka toivottavasti selitti kuinka RP2040:tä voidaan käyttää yksinkertaisessa piirilevyssä ja miksi eri komponenttivalinnat tehtiin. RP235x-sarjan saapuessa on aika palata alkuperäiseen RP2040 Minimal -suunnitteluun ja päivittää se uusien ominaisuuksien ja myös jokaisen pakettiversion huomioon ottamiseksi; RP2350A QFN-60-paketin kanssa ja RP2350B, joka on QFN-80. Nämä mallit ovat jälleen Kicad (7.0) -muodossa, ja ne ovat ladattavissa (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Minimaalinen hallitus
Alkuperäinen Minimal-kortti oli yritys tarjota yksinkertainen referenssimalli, jossa käytettiin vain vähän ulkoisia komponentteja, jotka vaaditaan RP2040:n käyttämiseen, ja silti kaikki IO on esillä ja käytettävissä. Tämä koostui pääasiassa virtalähteestä (5 V - 3.3 V lineaarinen säädin), kristallioskillaattori, flash-muisti ja IO-liitännät (mikro-USB-liitäntä ja GPIO-otsikot). Uudet RP235x-sarjan Minimal-levyt ovat suurelta osin samoja, mutta joitain muutoksia tarvitaan uuden laitteiston vuoksi. Tämän lisäksi, ja vaikka olen hieman vastoin suunnittelun minimaalista luonnetta, olen lisännyt pari painiketta bootsel and run -ajoa varten sekä erillisen SWD-otsikon, mikä tarkoittaa tällä kertaa huomattavasti vähemmän turhauttavaa virheenkorjauskokemusta. Mallit eivät varsinaisesti tarvitse näitä painikkeita, signaalit ovat edelleen saatavilla otsikoissa, ja ne voidaan jättää pois, jos olet erityisen kustannus- tai tilatietoinen tai sinulla on masokistisia taipumuksia.

RP2040 vs RP235x-sarja
Selvin muutos on pakkauksissa. Kun RP2040 on 7x7mm QFN-56, RP235x-sarjassa on tällä hetkellä neljä erilaista jäsentä. Kaksi laitetta jakavat saman QFN-60-paketin; RP2350A, joka ei sisällä sisäistä flash-muistia, ja RP2354A, joka sisältää. Samoin QFN-80 on myös saatavana kahdella eri maulla; RP2354B salamalla ja RP2350B ilman. QFN-60-laitteilla ja alkuperäisellä RP2040:llä on yhteinen perinnetage.

Niissä jokaisessa on 30 GPIO:ta, joista neljä on myös kytketty ADC:hen ja ovat kooltaan 7x7 mm. Tästä huolimatta RP2350A ei korvaa RP2040:tä, koska kunkin nastojen määrä on erilainen. Sitä vastoin QFN-80-siruissa on nyt 48 GPIO:ta, joista kahdeksan on nyt ADC-yhteensopiva. Tämän vuoksi meillä on nyt kaksi Minimal-levyä; yksi 60-nastaisille laitteille ja yksi 80-nastaisille laitteille. Nämä Minimal-kortit on suunniteltu ensisijaisesti osiin, joissa ei ole sisäistä salamaa (RP2350), mutta malleja voidaan helposti käyttää sisäisten salamalaitteiden kanssa (RP2354) yksinkertaisesti jättämällä pois sisäinen salama. muistia tai jopa käyttää sitä toissijaisena flash-laitteena (tästä lisää myöhemmin). Näiden kahden levyn välillä ei ole juurikaan eroa, paitsi se tosiasia, että QFN-80-versiossa on pidemmät otsikkorivit ylimääräisen GPIO:n sijoittamiseksi, ja kortti on siksi suurempi.

Paketin lisäksi suurin korttitason ero RP235x-sarjan ja RP2040:n välillä on virtalähteissä. RP235x-sarjassa on joitain uusia tehonastoja ja erilainen sisäinen säädin. RP100:n 2040 mA:n lineaarinen säädin on korvattu 200 mA:n kytkentäsäätimellä, ja sellaisenaan se vaatii hyvin erityisiä piirejä, eikä layoutissa ole juurikaan huolehdittu. Suosittelemme, että seuraat tarkasti asettelu- ja komponenttivalintojamme. olemme jo käyneet läpi sen tuskan, että joudumme tekemään useita iteraatioita suunnittelusta, joten toivottavasti sinun ei tarvitse tehdä.

Kuva 2. KiCad 3D renderöinti RP2350B:stä Minimal design example

Suunnittelu
Minimal-suunnittelun tarkoitus mmamples on luoda RP235x-sarjan avulla pari yksinkertaista levyä, jonka pitäisi olla halvalla ja helposti valmistava ilman tarpeettoman eksoottisia piirilevyteknologioita. Minimal-levyt ovat siksi 2-kerroksisia, ja niissä käytetään komponentteja, joiden pitäisi olla yleisesti saatavilla, ja kaikki on asennettu levyn yläpuolelle. Vaikka olisi mukavaa käyttää suuria, helposti käsin juotettavia komponentteja, QFN-sirujen pieni väli (0.4 mm) tarkoittaa, että joidenkin 0402 (1005 metrinen) passiivisten komponenttien käyttäminen on väistämätöntä, jos kaikkia GPIO:ita käytetään. Vaikka 0402-komponenttien käsin juottaminen ei ole liian haastavaa kunnollisella juottimella, QFN:n juottaminen on lähes mahdotonta ilman erikoislaitteita.

Seuraavien osien aikana yritän selittää, mitä varten lisäpiirit ovat, ja toivottavasti kuinka päädyimme tekemään tekemämme valinnat. Koska aion itse asiassa puhua kahdesta erillisestä mallista, yksi jokaiselle pakkauskoolle, olen yrittänyt pitää asiat mahdollisimman yksinkertaisina. Sikäli kuin mahdollista, kaikki komponenttien viittaukset molemmille levyille ovat identtisiä, joten jos viittaan U1:een, R1:een jne., se koskee yhtä lailla molempia kortteja. Ilmeinen poikkeus on, kun komponentti on vain yhdellä levyllä (kaikissa tapauksissa tämä on suuremmassa 80-nastaisessa versiossa), silloin kyseinen komponentti on vain QFN-80-mallissa; esimample, R13 näkyy vain tällä taululla.

Luku 2. Virta

RP235x-sarjan ja RP2040:n virtalähteet eroavat tällä kertaa jonkin verran, vaikka yksinkertaisimmassa kokoonpanossaan se vaatii silti kaksi virtalähdettä, 3.3 V ja 1.1 V. RP235x-sarja kuluttaa samanaikaisesti enemmän tehoa, koska se on tehokkaampi ja myös säästäväisempi (pienitehoisessa tilassa) kuin edeltäjänsä, joten RP2040:n lineaarisäädin on päivitetty kytkentäsäätimellä. Tämä mahdollistaa suuremman tehon hyötysuhteen suuremmilla virroilla (jopa 200 mA verrattuna aikaisempaan 100 mA:iin).

Uusi on-chip voltage säädin

Kuva 3. Kaavamainen osa, joka esittää sisäisen säätimen piirin

RP2040:n lineaarisessa säätimessä oli kaksi nastaa, 3.3 V:n tulo ja 1.1 V:n lähtö syöttämään sirulla olevaa DVDD:tä. Tällä kertaa RP235x-sarjan säätimessä on viisi nastaa, ja se vaatii ulkoisia komponentteja toimiakseen. Vaikka tämä vaikuttaa hieman taaksepäin askeleelta käytettävyyden kannalta, kytkentäsäätimessä on etutage on tehokkaampi korkeammilla kuormitusvirroilla.

Kuten nimestä voi päätellä, säädin kytkee nopeasti päälle ja pois sisäisen transistorin, joka yhdistää 3.3 V:n input vol.tage (VREG_VIN) VREG_LX-nastalle ja induktorin (L1) ja lähtökondensaattorin (C7) avulla se voi tuottaa DC-ulostulon vol.tage, joka on alennettu syötteestä. VREG_FB-nasta valvoo lähtötilavuuttatage, ja säätää kytkentäjakson päälle/pois-suhdetta varmistaakseen, että vaadittu voltage säilytetään. Koska suuret virrat vaihdetaan VREG_VIN:stä VREG_LX:ään, tarvitaan suuri kondensaattori (C6) lähellä tuloa, joten emme häiritse 3.3 V:n syöttöä liikaa. Näistä suurista kytkentävirroista puheen ollen, säätimessä on myös oma maadoitusliitäntä, VREG_PGND. Samoin VREG_VIN:n ja VREG_LX:n kanssa tämän yhteyden asettelu on kriittinen, ja vaikka VREG_PGND:n on kytkettävä pää-GND:hen, se on tehtävä siten, että kaikki suuret kytkentävirrat palaavat suoraan PGND-nastalle häiritsemättä muuta GND liikaa.

Viimeinen nasta on VREG_AVDD, joka syöttää analogisen piirin säätimen sisällä, ja tämä on erittäin herkkä kohinalle.

Kuva 4. Kaavamainen osa, joka näyttää säätimen PCB-asettelun

Säätimen asettelu pienillä korteilla heijastelee tiiviisti Raspberry Pi Pico 2:n järjestelyä. Tämän piirin suunnitteluun on tehty paljon työtä, ja PCB:tä on vaadittu useita iteraatioita, jotta siitä tulisi mahdollisimman hyvä. voi. Vaikka voit sijoittaa nämä komponentit useilla eri tavoilla ja silti saada säätimen "toimimaan" (eli tuottamaan lähtötilavuudentage suurin piirtein oikealla tasolla, tarpeeksi hyvä, jotta se saa koodin käyttöön), olemme havainneet, että säädintämme on käsiteltävä täsmälleen oikealla tavalla, jotta se pysyy tyytyväisenä, ja onnellisuudella tarkoitan oikean lähtömäärän tuottamista.tage erilaisissa kuormitusvirtaolosuhteissa.
Tätä kokeita tehdessämme olimme hieman pettyneitä muistutettaessamme, että fysiikan epämukavaa maailmaa ei voi aina jättää huomiotta. Me insinöörinä pyrimme pitkälti tekemään juuri tämän; yksinkertaistaa komponentteja, jättää huomiotta (usein) merkityksettömät fyysiset ominaisuudet ja keskittyä sen sijaan kiinnostavaan ominaisuuteen. Esim.ample, yksinkertaisella vastuksella ei ole vain vastusta, vaan myös induktanssia jne. Meidän tapauksessamme (uudelleen) havaitsimme, että induktoreihin liittyy magneettikenttä ja mikä tärkeintä, ne säteilevät suuntaan, joka riippuu kelan suunnasta. on kierretty, ja virran suunta. Meitä muistutettiin myös siitä, että "täysin" suojattu kela ei tarkoita sitä, mitä luulet sen saattavan. Magneettikenttä on suurelta osin vaimentunut, mutta osa siitä silti pakenee. Huomasimme, että säätimen suorituskykyä voitaisiin parantaa huomattavasti, jos induktori on "oikein päin".
Osoittautuu, että "väärin päin" kelasta säteilevä magneettikenttä häiritsee säätimen lähtökondensaattoria (C7), mikä puolestaan häiritsee RP2350:n ohjauspiiriä. Kun kela on oikeassa asennossa ja tässä käytetty tarkka layout ja komponenttivalinnat, tämä ongelma poistuu. Epäilemättä tulee olemaan muita asetteluja, komponentteja jne., jotka voivat toimia induktorin kanssa missä tahansa suunnassa, mutta ne todennäköisesti käyttävät paljon enemmän piirilevytilaa tehdäkseen niin. Olemme tarjonneet tämän suositellun asettelun säästääksemme ihmisiä monilta suunnittelutunnilta, jonka olemme käyttäneet tämän kompaktin ja hyvin käyttäytyvän ratkaisun kehittämiseen ja hiomiseen.
Tarkemmin sanottuna menemme niin pitkälle, että sanomme, että jos päätät olla käyttämättä exämmeampniin teet sen omalla vastuullasi. Aivan kuten me jo teemme RP2040:n ja kristallipiirin kanssa, jossa vaadimme (no, suosittelemme voimakkaasti), että käytät tiettyä osaa (teemme sen uudelleen tämän asiakirjan kristalliosiossa).
Näiden pienten induktorien suuntaavuus jätetään melko yleisesti huomiotta, ja kelan käämityksen suuntaa on mahdotonta päätellä, ja se on myös jaettu satunnaisesti komponenttien kelalle. Suuremmissa induktorikoteloissa voi usein olla napaisuusmerkintöjä, mutta valitsemastamme 0806 (2016 metrisestä) kotelokoosta emme löytäneet sopivia. Tätä tarkoitusta varten olemme työskennelleet Abraconin kanssa tuottaaksemme 3.3 μH osan, jossa on napaisuutta osoittava piste, ja mikä tärkeintä, tulemme kelalle, jossa ne kaikki on kohdistettu samalla tavalla. TBD:t ovat (tai tulevat pian) suuren yleisön saataville jakelijoilta. Kuten aiemmin mainittiin, VREG_AVDD-lähde on erittäin herkkä kohinalle, ja siksi se on suodatettava. Huomasimme, että koska VREG_AVDD kuluttaa vain noin 200 μA, 33 Ω ja 4.7 μF RC-suodatin on riittävä.
Eli yhteenvetona käytetyt komponentit ovat…
- C6, C7 & C9 – 4.7 μF (0402, 1005 metrinen)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016 metriikka)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metrinen)
RP2350-tietolomakkeessa on yksityiskohtaisempi keskustelu säätimen asettelun suosituksista, katso Ulkoiset komponentit ja piirilevyasetteluvaatimukset.

Syöttöjännite

Tämän mallin tulovirtaliitäntä tapahtuu Micro-USB-liittimen 5 V VBUS-nastan kautta (merkitty J1 kuvassa 5). Tämä on yleinen menetelmä elektronisten laitteiden virransyöttöön, ja se on järkevää, koska RP2350:ssä on USB-toiminto, jonka johdotamme tämän liittimen datanastoihin. Koska tarvitsemme vain 3.3 V tähän malliin (1.1 V syöttö tulee sisäisestä), meidän on pienennettävä tulevaa 5 V USB-syöttöä, tässä tapauksessa käyttämällä toista ulkoista volyymiatage säädin, tässä tapauksessa lineaarinen säädin (alias Low Drop Out -säädin tai LDO). Koska olen aiemmin ylistänyt tehokkaan kytkentäsäätimen käytön hyveitä, voisi olla myös viisas valinta käyttää sellaista tässäkin, mutta olen valinnut yksinkertaisuuden. Ensinnäkin LDO:n käyttö on melkein aina helpompaa. Laskelmia ei tarvita selvittääksesi, minkä kokoista kelaa sinun tulisi käyttää tai kuinka suuria lähtökondensaattorit ovat, ja asettelu on yleensä myös paljon yksinkertaisempi. Toiseksi, jokaisen tehopisaran säästäminen ei ole tässä tavoite; jos olisi, harkitsisin vakavasti kytkentäsäätimen käyttöä, ja voit löytää exampJa kolmanneksi, voin yksinkertaisesti "lainata" piirin, jota käytin aiemmin Minimal-kortin RP2-versiossa. Tässä valitussa NCP2040:ssä (U1117) on kiinteä 2 V:n lähtö, se on laajalti saatavilla ja voi tarjota jopa 3.3 A virtaa, mikä riittää useimpiin malleihin. NCP1:n teknisten tietojen tarkastelu kertoo, että tämä laite vaatii 1117 μF:n kondensaattorin tuloon ja toisen ulostuloon (C10 ja C1).

Erottavat kondensaattorit

Kuva 6. Kaavamainen osa, joka esittää RP2350-virtalähteen tulot, tilavuustage säädin ja irrotuskondensaattorit

Toinen teholähteen suunnittelun näkökohta ovat RP2350:n vaatimat erotuskondensaattorit. Nämä tarjoavat kaksi perustoimintoa. Ensinnäkin ne suodattavat virtalähteen melun ja toiseksi tarjoavat paikallisen latauslähteen, jota RP2350:n sisällä olevat piirit voivat käyttää lyhyellä varoitusajalla. Tämä estää voltagVälittömässä läheisyydessä oleva taso putoaa liikaa, kun nykyinen kysyntä äkillisesti kasvaa. Tästä syystä on tärkeää sijoittaa irrotus lähelle tehonastoja. Tavallisesti suosittelemme 100 nF:n kondensaattorin käyttöä tehonastaa kohti, mutta poikkeamme tästä säännöstä muutamassa tapauksessa.

Kuva 7. Osa asettelusta, jossa näkyy RP2350-reititys ja irrotus

Ensinnäkin, jotta meillä olisi tarpeeksi tilaa kaikille sirun nastaille, jotta ne voidaan reitittää pois laitteesta, meidän on tehtävä kompromissi käytettävissä olevien irrotuskondensaattorien määrässä. Tässä mallissa RP53A:n nastat 54 ja 2350 (RP68B:n nastat 69 ja 2350) jakavat yhden kondensaattorin (C12 kuvassa 7 ja kuva 6), koska laitteen toisella puolella ei ole paljon tilaa ja komponentit ja säätimen asettelu ovat etusijalla.
Tämä tilanpuute voitaisiin jossain määrin voittaa, jos käyttäisimme monimutkaisempaa/kalliimpaa tekniikkaa, kuten pienempiä komponentteja tai nelikerroksista piirilevyä, jossa komponentit ovat sekä ylä- että alapuolella. Tämä on suunnittelun kompromissi; olemme vähentäneet monimutkaisuutta ja kustannuksia sen kustannuksella, että meillä on pienempi erotuskapasitanssi ja kondensaattorit, jotka ovat hieman kauempana sirusta kuin mikä on optimaalista (tämä lisää induktanssia). Tämä voi rajoittaa suurinta nopeutta, jolla malli voisi toimia, koska voltagSyöttö voi mennä liian äänekkääksi ja pudota alle vähimmäismääräntage; mutta useimmissa sovelluksissa tämän kompromissin pitäisi olla hyväksyttävää.

Toinen poikkeama 100nF:n säännöstä on, jotta voimme edelleen parantaa voltage sääntelijän suorituskyky; suosittelemme käyttämään 4.7μF C10:lle, joka sijoitetaan sirun toiselle puolelle säätimestä.

Luku 3. Flash-muisti

Ensisijainen salama

Kuva 8. Kaavamainen osa, joka näyttää ensisijaisen flash-muistin ja USB_BOOT-piirin

Jotta voisimme tallentaa ohjelmakoodin, josta RP2350 voi käynnistyä ja toimia, meidän on käytettävä flash-muistia, erityisesti quad SPI -flash-muistia. Tässä valittu laite on W25Q128JVS-laite (U3 kuvassa 8), joka on 128 Mbit:n siru (16 Mt). Tämä on suurin muistikoko, jota RP2350 voi tukea. Jos sovelluksesi ei tarvitse yhtä paljon tallennustilaa, voit käyttää pienempää, halvempaa muistia.
Koska tämä tietoväylä voi olla melko korkeataajuinen ja sitä käytetään säännöllisesti, RP2350:n QSPI-nastat tulisi kytkeä suoraan salamaan käyttämällä lyhyitä yhteyksiä signaalin eheyden ylläpitämiseksi ja myös ympäröivien piirien ylikuulumisen vähentämiseksi. Ylikuuluminen on paikka, jossa yhden piiriverkon signaalit voivat aiheuttaa ei-toivottuja volyymiatages naapuripiirissä, mikä saattaa aiheuttaa virheitä.

QSPI_SS-signaali on erikoistapaus. Se on kytketty salamaan suoraan, mutta siihen on kytketty myös kaksi vastusta (no, neljä, mutta palaan siihen myöhemmin). Ensimmäinen (R1) on 3.3 V:n syöttö. Flash-muisti edellyttää, että piirivalintatulo on sama volyymitage omana 3.3V syöttönastana, kun laite kytketään päälle, muuten se ei toimi oikein. Kun RP2350 käynnistetään, sen QSPI_SS-nasta on automaattisesti oletusarvoisesti ylösveto, mutta päällekytkennän aikana on lyhyt aika, jolloin QSPI_SS-nastan tilaa ei voida taata. Vetovastuksen lisääminen varmistaa, että tämä vaatimus täyttyy aina. R1 on merkitty DNF (Do Not Fit) kaavioon, koska olemme havainneet, että tällä tietyllä flash-laitteella ulkoinen ylösveto on tarpeeton. Jos kuitenkin käytetään toista salamaa, voi olla tärkeää, että tähän voidaan laittaa 10kΩ vastus, joten se on sisällytetty varmuuden vuoksi.
Toinen vastus (R6) on 1 kΩ:n vastus, joka on kytketty painikkeeseen (SW1), jossa on merkintä "USB_BOOT". Tämä johtuu siitä, että QSPI_SS-nastaa käytetään "käynnistyshihnana"; RP2350 tarkistaa tämän I/O:n arvon käynnistyksen aikana, ja jos sen todetaan olevan looginen 0, RP2350 palaa BOOTSEL-tilaan, jossa RP2350 esiintyy USB-massamuistilaitteena ja koodi voidaan kopioida suoraan. siihen. Jos vain painamme painiketta, vedämme QSPI_SS-nastan maahan, ja jos laite sen jälkeen nollataan (esim. vaihtamalla RUN-nasta), RP2350 käynnistyy uudelleen BOOTSEL-tilassa sen sijaan, että se yrittäisi ajaa salaman sisältöä. Nämä vastukset R2 ja R6 (myös R9 ja R10) tulee sijoittaa lähelle flash-sirua, jotta vältetään ylimääräisiä kupariraitoja, jotka voivat vaikuttaa signaaliin.
Kaikki yllä oleva koskee erityisesti RP2350:tä, jossa ei ole sisäistä salamaa. Tietenkin RP2354-laitteissa on sisäinen 2MB flash-muisti, joten ulkoista U3-muistia ei tarvita, joten U3 voidaan turvallisesti poistaa kaaviosta tai jättää yksinkertaisesti asuttamatta. Kummassakin näistä tapauksista haluaisimme silti pitää USB_BOOT-kytkimen kytkettynä QSPI_SS:ään, jotta voimme silti siirtyä USB-käynnistystilaan.

Toissijainen salama tai PSRAM

RP235x-sarja tukee nyt toista muistilaitetta, joka käyttää samoja QSPI-nastoja, ja GPIO tarjoaa lisäsirun valinnan. Joten jos käytämme RP2354:ää (jossa on sisäinen salama), voimme käyttää U3:a toissijaisena salamana tai jopa korvata sen PSRAM-laitteella. Tätä varten meidän on irrotettava QSPI_SS U3:sta ja sen sijaan yhdistettävä se sopivaan GPIO:han. Lähin GPIO, joka voi toimia siruvalinnana (XIP_CS1n), on GPIO0, joten poistamalla 0Ω R10:stä ja sovittamalla se R9:ään, voimme nyt käyttää U3:a sirun salaman lisäksi. Ottaakseen edun täysimääräisestitagTästä ominaisuudesta, jossa meillä on kaksi ulkoista muistilaitetta, jotta salamattomia RP2350-osia voidaan hyödyntää, kahdesta RP2350B:n Minimal-kortista suurempi sisältää valinnaisen jalanjäljen (U4) lisämuistisirua varten.

Kuva 9. Kaavamainen osa, joka esittää valinnaisen toissijaisen muistilaitteen

Jotta tätä laitetta voidaan käyttää, sen on luonnollisesti oltava täynnä sekä R11 (0Ω) ja R13 (10KΩ). R11:n lisäys yhdistää GPIO0:n (XIP_CS1n-signaalin) toisen muistin piirivalintaan. Sirun valintanastan ylösveto on tällä kertaa ehdottomasti tarpeen, sillä GPIO0:n oletustila on vedettävä matalaksi käynnistettäessä, mikä aiheuttaisi flash-laitteemme epäonnistumisen. C22 tarvitaan myös U4:n paikallisen virtalähteen irrottamiseen.

Tuetut flash-sirut
Alkuperäinen salamakoetinsarja, jota pohja käyttää toisen s:n poimimiseentage Flashista, käyttää 03h sarjalukukomentoa, 24-bittisellä osoitteella ja noin 1 MHz:n sarjakellolla. Se kiertää toistuvasti kellon polariteetin ja kellovaiheen neljän yhdistelmän läpi ja etsii kelvollista sekuntiatage CRC32 tarkistussumma.
Kuten toinen stage voi sitten vapaasti määrittää suorituksen paikan päällä käyttämällä samaa 03h-sarjan lukukomentoa. RP2350 voi suorittaa välimuistissa olevan flash-suorituksen paikan päällä millä tahansa sirulla, joka tukee 03h-sarjalukua 24-bittisellä osoitteella, joka sisältää useimmat 25-sarjan flash-laitteet. . SDK tarjoaa example second stage arvolle CPOL=0 CPHA=0, at https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Tukeakseen flash-ohjelmointia alaosassa olevien rutiinien avulla laitteen on vastattava myös seuraaviin komentoihin:

02h 256-tavuinen sivuohjelma
05h tilarekisteri luettu
06h aseta kirjoitustoiminnon salpa

20h 4kB sektorin poisto

RP2350 tukee myös laajaa valikoimaa dual-SPI- ja QSPI-käyttötiloja. esimample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S konfiguroi Winbond W25Q-sarjan laitteen quad-IO- jatkuvaan lukutilaan, jossa RP2350 lähettää quad-IO-osoitteita (ilman komentoetuliitettä) ja salama vastaa quad-IO-tiedoilla.

Varovaisuutta on noudatettava salaman XIP-tiloissa, joissa salamalaite lakkaa vastaamasta vakiosarjakomentoihin, kuten yllä mainittu Winbond jatkuva lukutila. Tämä voi aiheuttaa ongelmia, kun RP2350 nollataan, mutta salamalaitetta ei käynnistetä, koska salama ei silloin reagoi käynnistyslaitteen salamatunnistimen järjestykseen. Ennen 03h-sarjan lukemista käynnistyslaite lähettää aina seuraavan kiinteän sekvenssin, joka on paras tapa lopettaa XIP useissa flash-laitteissa:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (aloitusten kautta kilpailun välttämiseksi), ongelma ×32 kellot
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (vetoamalla kilpailun välttämiseksi), ongelma ×32 kellot
CSn = 1

CSn=0, MOSI=1'b1 (ohjattu matala-Z, kaikki muut I/Ot Hi-Z), ongelma ×16 kello

Jos valitsemasi laite ei reagoi tähän sekvenssiin jatkuvassa lukutilassaan, se on pidettävä tilassa, jossa jokaisen siirron eteen on asetettu sarjakomento, muuten RP2350 ei pysty palautumaan sisäisen nollauksen jälkeen.
Jos haluat lisätietoja QSPI:stä, katso QSPI-muistirajapinta (QMI) RP2350-tietolomakkeessa.

Luku 4. Crystal Oscillator

Kuva 10. Kaavamainen osa, joka esittää kideoskillaattoria ja kuormituskondensaattoreita

Tarkkaan ottaen RP2350 ei itse asiassa vaadi ulkoista kellolähdettä, koska sillä on oma sisäinen oskillaattori. Koska tämän sisäisen oskillaattorin taajuutta ei kuitenkaan ole tarkasti määritelty tai ohjattu, se vaihtelee siruittain sekä eri syöttötilavuuksillatages ja lämpötiloissa, on suositeltavaa käyttää vakaata ulkoista taajuuslähdettä. Tarkkoihin taajuuksiin perustuvat sovellukset eivät ole mahdollisia ilman ulkoista taajuuslähdettä, USB on ensisijainen esimerkkiample.
Ulkoinen taajuuslähde voidaan tarjota kahdella tavalla: joko varustamalla kellolähde CMOS-lähdöllä (IOVDD vol.tage) XIN-nastalle tai käyttämällä 12 MHz:n kidettä, joka on kytketty niiden väliin
XIN ja XOUT. Kiteen käyttö on tässä paras vaihtoehto, koska ne ovat molemmat suhteellisen halpoja ja erittäin tarkkoja.

Tähän malliin valittu kide on ABM8-272-T3 (Y1 kuvassa 10). Tämä on sama 12 MHz:n kristalli, jota käytettiin Raspberry Pi Pico- ja Raspberry Pi Pico 2 -malleissa. Suosittelemme käyttämään tätä kristallia yhdessä mukana tulevien piirien kanssa varmistaaksesi, että kello käynnistyy nopeasti kaikissa olosuhteissa vahingoittamatta itse kristallia. Kiteen taajuustoleranssi on 30 ppm, jonka pitäisi riittää useimpiin sovelluksiin. Yhdessä +/-30 ppm:n taajuustoleranssin kanssa sen maksimi ESR on 50 Ω ja kuormakapasitanssi 10 pF, jotka molemmat vaikuttivat mukana tulevien komponenttien valintaan.
Jotta kide värähtelee halutulla taajuudella, valmistaja määrittelee kuormakapasitanssin, jonka se tarvitsee siihen, ja tässä tapauksessa se on 10pF. Tämä kuormakapasitanssi saavutetaan asettamalla kaksi samanarvoista kondensaattoria, yksi kiteen kummallekin puolelle maahan (C3 ja C4). Kristallin näkökulmasta view, nämä kondensaattorit on kytketty sarjaan sen kahden liittimen väliin. Peruspiiriteoria kertoo, että ne yhdistyvät antamaan kapasitanssiksi (C3*C4)/(C3+C4), ja kun C3=C4, niin se on yksinkertaisesti C3/2. Tässä example, olemme käyttäneet 15pF kondensaattoreita, joten sarjayhdistelmä on 7.5pF. Tämän tahallisen kuormakapasitanssin lisäksi meidän on lisättävä arvo tahattomalle ylimääräiselle kapasitanssille eli loiskapasitanssille, jonka saamme RP2350:n PCB-raiteista ja XIN- ja XOUT-nastoista. Oletetaan arvoksi 3pF, ja koska tämä kapasitanssi on rinnakkain C3:n ja C4:n kanssa, lisäämme tämän vain yhteen saadaksemme kokonaiskuormakapasitanssin 10.5 pF, mikä on tarpeeksi lähellä tavoitetta 10pF. Kuten näette, PCB-jälkien loiskapasitanssi on tekijä, ja siksi meidän on pidettävä ne pieninä, jotta emme häiritse kiteitä ja estä sitä värähtelemästä tarkoitetulla tavalla. Yritä pitää asettelu mahdollisimman lyhyenä.
Toinen näkökohta on kiteen suurin ESR (ekvivalentti sarjavastus). Olemme valinneet laitteen, jossa on enintään 50 Ω, koska olemme havainneet, että tämä yhdessä 1 kΩ:n sarjavastuksen (R2) kanssa on hyvä arvo, jotta estetään kiteen ylikäyttö ja vaurioituminen IOVDD:tä käytettäessä. Taso 3.3V. Jos IOVDD on kuitenkin alle 3.3 V, XIN/XOUT-nastojen käyttövirta pienenee ja huomaat, että ampkiteen valoisuus on alhaisempi tai ei ehkä edes värähtele ollenkaan. Tässä tapauksessa on käytettävä pienempää sarjavastuksen arvoa. Kaikki poikkeamat tässä esitetystä kidepiiristä tai IOVDD-tasosta muu kuin 3.3 V vaativat laajan testauksen sen varmistamiseksi, että kide värähtelee kaikissa olosuhteissa ja käynnistyy riittävän nopeasti, jotta se ei aiheuta ongelmia sovelluksesi kanssa.

Suositeltava kristalli

Alkuperäisiin malleihin, joissa käytetään RP2350:tä, suosittelemme Abracon ABM8-272-T3:n käyttöä. esimample, minimalistisen suunnittelun lisäksi mmampkatso Pico 2 -levykaavio Raspberry Pi Pico 2 -tietolomakkeen liitteessä B ja Pico 2 -suunnittelu files.
Saat parhaan suorituskyvyn ja vakauden tyypillisillä käyttölämpötila-alueilla käyttämällä Abracon ABM8-272-T3:a. Voit hankkia ABM8-272-T3:n suoraan Abraconilta tai valtuutetulta jälleenmyyjältä. Pico 2 on viritetty erityisesti ABM8-272-T3:lle, jolla on seuraavat tekniset tiedot:

Vaikka käyttäisit kiteitä, joilla on samanlaiset tekniset tiedot, sinun on testattava piiri eri lämpötiloissa vakauden varmistamiseksi.
Kideoskillaattori saa virtansa IOVDD voltage. Tämän seurauksena Abracon-kide ja tuo tietty dampvastus on viritetty 3.3 V:n toimintaan. Jos käytät toista IO voltage, sinun on viritettävä uudelleen.
Kaikki kideparametrien muutokset voivat aiheuttaa epävakautta kaikissa kidepiiriin kytketyissä komponenteissa.

Jos et voi hankkia suositeltua kristallia suoraan Abraconilta tai jälleenmyyjältä, ota yhteyttä Applications@raspberrypi.com.

Luku 5. IO:t

USB
Kuva 11. Kaavamainen osa, joka esittää RP2350:n USB-nastat ja sarjapäätettä

RP2350 sisältää kaksi nastaa käytettäväksi täyden nopeuden (FS) tai hitaan nopeuden (LS) USB:lle joko isäntänä tai laitteena käytetystä ohjelmistosta riippuen. Kuten olemme jo keskustelleet, RP2350 voi myös käynnistyä USB-massamuistilaitteena, joten näiden nastan kytkeminen USB-liittimeen (J1 kuvassa 5) on järkevää. RP2350:n USB_DP- ja USB_DM-nastat eivät vaadi ylimääräisiä vedot tai alasvedot (tarvitaan osoittamaan nopeutta, FS:tä tai LS:ää tai onko kyseessä isäntä vai laite), koska ne on sisäänrakennettu I/O-liittimiin. Nämä I/O-liitännät vaativat kuitenkin 27Ω-sarjan päätevastuksia (R7 ja R8 kuvassa 11), jotka on sijoitettu lähelle sirua, jotta ne täyttäisivät USB-impedanssivaatimukset.
Vaikka RP2350 on rajoitettu täyden nopeuden tiedonsiirtonopeuteen (12 Mbps), meidän tulee yrittää varmistaa, että siirtolinjojen ominaisimpedanssi (kupariradat, jotka yhdistävät sirun liittimeen) ovat lähellä
USB-spesifikaatio 90Ω (mitattu differentiaalisesti). Jos käytämme tämän kaltaisella 1 mm paksulla levyllä 0.8 mm leveitä raitoja USB_DP:ssä ja USB_DM:ssä, joiden välinen rako on 0.15 mm, meidän pitäisi saada differentiaalinen ominaisimpedanssi noin 90 Ω. Tällä varmistetaan, että signaalit voivat kulkea näitä siirtolinjoja pitkin mahdollisimman puhtaasti, minimoiden voltage heijastuksia, jotka voivat heikentää signaalin eheyttä. Jotta nämä voimajohdot toimisivat kunnolla, meidän on varmistettava, että suoraan näiden linjojen alapuolella on maa. Kiinteä, katkeamaton hiottu kuparialue, joka ulottuu koko radan pituudelle. Tässä mallissa melkein koko alin kuparikerros on omistettu maadoitukselle, ja erityisesti huolehdittiin siitä, että USB-raidat kulkevat vain maan yli. Jos valitset rakenteellesi yli 1 mm paksumman piirilevyn, meillä on kaksi vaihtoehtoa. Voisimme suunnitella uudelleen USB-siirtolinjat kompensoimaan suuremman etäisyyden radan ja alla olevan maan välillä (mikä voi olla fyysistä mahdottomuutta), tai voisimme jättää sen huomiotta ja toivoa parasta. USB FS voi olla melko anteeksiantavallinen, mutta mittarilukema voi vaihdella. Se toimii todennäköisesti monissa sovelluksissa, mutta se ei todennäköisesti ole yhteensopiva USB-standardin kanssa.

I/O-otsikot

Kuva 12. Kaavamainen osa, joka näyttää QFN2.54-version 60 mm:n I/O-otsikot

Jo mainitun USB-liittimen lisäksi levyn kummallakin puolella on pari kaksirivistä 2.54 mm:n otsikkoa (J2 ja J3 kuvassa 12), yksi levyn kummallakin puolella, joihin loput I/O-liitännät on kytketty. RP30A:ssa on 2350 GPIO:ta, kun taas RP48B:ssä on 2350 GPIO:ta, joten tämän Minimal-kortin version otsikot ovat suurempia ylimääräisten nastojen mahdollistamiseksi (katso kuva 13).
Koska tämä on yleiskäyttöinen suunnittelu ilman erityistä sovellusta, I/O on asetettu käytettäväksi kytkettäväksi käyttäjän toiveiden mukaan. Jokaisen otsikon sisempi nastarivi on I/O:t ja ulompi rivi on kytketty maahan. On hyvä käytäntö sisällyttää I/O-liittimiin useita maadoituksia. Tämä auttaa säilyttämään alhaisen impedanssin maadoituksen ja tarjoamaan myös runsaasti mahdollisia paluureittejä virroille, jotka kulkevat
I/O-liitännät. Tämä on tärkeää sähkömagneettisten häiriöiden minimoimiseksi, jotka voivat aiheutua siitä, että nopeasti kytkeytyvien signaalien paluuvirrat vievät pitkiä silmukkapolkuja piirin loppuun saattamiseksi.

Molemmat otsikot ovat samassa 2.54 mm:n ristikossa, mikä helpottaa tämän levyn liittämistä muihin asioihin, kuten leipälaudoihin. Sinun kannattaa harkita vain yhden rivin ylätunnisteen asentamista kaksirivisen otsikon sijaan, luopumatta ulomman rivin maadoitusliitännöistä, jotta se on helpompi sovittaa leipälautaan.

Kuva 13. Kaavamainen osa, joka näyttää QFN2.54-version 80 mm:n I/O-otsikot

Virheenkorjausliitin

Kuva 14. Kaavamainen osa, joka esittää valinnaisen JST-liittimen SWD-virheenkorjausta varten

Sirulla tapahtuvaa virheenkorjausta varten saatat haluta muodostaa yhteyden RP2350:n SWD-liitäntään. Kaksi nastaa, SWD ja SWCLK, ovat saatavilla 2.54 mm:n otsikossa J3, jotta valitsemasi virheenkorjausanturi voidaan yhdistää helposti. Tämän lisäksi olen lisännyt valinnaisen JST-otsikon, joka mahdollistaa helpon yhteyden Raspberry Pi Debug Probeen. Sinun ei tarvitse käyttää tätä, 2.54 mm:n otsikot riittävät, jos aiot suorittaa ohjelmiston virheenkorjauksen, mutta mielestäni on helpompi tehdä niin. Olen valinnut vaakasuuntaisen liittimen, lähinnä siksi, että pidän sen ulkonäöstä, vaikka se ei olisikaan levyn reunassa, mutta pystysuuntaisia löytyy, vaikkakin hieman erilaisella jalanjäljellä.

Painikkeet
Minimal-design sisältää nyt yhden, vaan kaksi painiketta, kun RP240-versiossa ei ollut yhtään. Toinen on USB-käynnistyksen valintaa varten, kuten olemme aiemmin keskustelleet, mutta toinen on "reset"-painike, joka on kytketty RUN-nastaan. Kumpikaan näistä ei ole ehdottoman välttämätön (vaikka BOOTSEL-painike olisi korvattava otsikolla tai vastaavalla, jos USB-käynnistystila vaaditaan), ja ne voidaan poistaa, jos tilaa tai kustannuksia on huolestuttavaa, mutta ne tekevät RP2350:n käytöstä varmasti pitkälle. miellyttävämpi kokemus.