Raspberry Pi SC1631 Raspberry Microcontroller Instruction Manual

Haadstik 1: Yntroduksje
De RP2350-searje biedt ferskate pakketopsjes yn ferliking mei de RP2040-searje. De RP2350A en RP2354A komme yn in QFN-60 pakket sûnder en mei ynterne flash opslach respektivelik, wylst de RP2354B en RP2350B komme yn in QFN-80 pakket mei en sûnder flash opslach.

haadstik 2: Power
De RP2350-searje hat in nije on-chip switching voltage regulator mei fiif pins. Dizze tafersjochhâlder fereasket eksterne komponinten foar wurking, mar biedt hegere enerzjyeffisjinsje by hegere ladingstromen yn ferliking mei de lineêre tafersjochhâlder yn 'e RP2040-searje. Soarch omtinken foar lûdsensibiliteit yn 'e VREG_AVDD-pin dy't it analoge circuit leveret.

Faak stelde fragen (FAQ)

F: Wat is it wichtichste ferskil tusken RP2350A en RP2350B?
A: It wichtichste ferskil leit yn 'e oanwêzigens fan ynterne flash opslach. RP2350A hat gjin ynterne flash opslach wylst RP2350B docht.
F: Hoefolle pins docht de voltage regulator yn de RP2350 rige hawwe?
A: Voltage regulator yn 'e RP2350-searje hat fiif pins.

Hardware-ûntwerp mei RP2350 RP2350-mikrocontrollers brûke om boards en produkten te bouwen

Kolofon

Dizze dokumintaasje is lisinsje ûnder in Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). build-date: 2024-08-08 build-ferzje: c0acc5b-clean
Juridyske disclaimer notice

TECHNISCHE EN BETROUWBAARHEIDSGEGEVENS FOAR RASPBERRY PI-PRODUKTEN (YNKLUDEREGE DATABLAD) SOOS TIJD TOT TIID WYzige ("BRONNEN") WORDE FERGESE FAN RASPBERRY PI LTD ("RPL") "AS IS" EN ELKE EXPRESS OF IMPLICEERD, NET YNLEFT TO, DE YMPLIZE GARANTIES FAN VERHANDELBAARHEID EN GESIGHEID FOAR IN BEPAAL DOEL WORDEN DISCLAIMED. Yn 'e maksimale omfang dy't tastien is troch JOANJE WETSJOCHT SIL RPL YN GEEN GEVAL AANSPRAKELIJK Wêze FOAR ELKE DIREKTE, INDIREKTE, INSIDENTELE, SPESIALE, EXEMPLARY, OF GEVOLGLIKE SKADE (YNKLUDEREND, MAAR NET BEPERKTE TOT, SUBSTURES FAN SUBSTURES; DATA , OF WINSTEN OF BUSINESS Ûnderbrekking) HOE FERGESE EN OP ELKE TEORY FAN AANSPRAKELIJKHEID, OF IN KONTRAKT, STRIKE AANSPRAKELIJKHEID, OF TORTT (YNKLUDEREF NALLIGENCE OF ANDERS) OANKOMST OP ELKE MANIER UIT DET GEBRUIK, OF DIT GEBRUK. FAN sokke skea.
RPL behâldt it rjocht foar om op elk momint en sûnder fierdere notice alle ferbetterings, ferbetteringen, korreksjes of oare wizigingen oan te meitsjen oan 'e RESOURCES of alle produkten dy't dêryn beskreaun binne.
De RESOURCES binne bedoeld foar betûfte brûkers mei passende nivo's fan ûntwerpkennis. Brûkers binne allinich ferantwurdlik foar har seleksje en gebrûk fan 'e RESOURCES en elke tapassing fan' e produkten beskreaun yn har. Brûker stimt yn om RPL te fergoedzjen en harmless te hâlden tsjin alle ferplichtingen, kosten, skea of oare ferliezen dy't fuortkomme út har gebrûk fan 'e RESOURCES.

RPL jout brûkers tastimming om de RESOURCES allinich te brûken yn kombinaasje mei de Raspberry Pi-produkten. Alle oare gebrûk fan de RESOURCES is ferbean. Gjin lisinsje wurdt ferliend oan in oar RPL of oare yntellektuele eigendomsrjochten fan tredden.
HIGH RISK AKTIVITEITEN. Raspberry Pi-produkten binne net ûntworpen, produsearre of bedoeld foar gebrûk yn gefaarlike omjouwings dy't mislearre prestaasjes fereaskje, lykas yn 'e eksploitaasje fan kearnfoarsjennings, fleantúchnavigaasje of kommunikaasjesystemen, loftferkearskontrôle, wapensystemen of feiligenskrityske applikaasjes (ynklusyf libbensstipe). systemen en oare medyske apparaten), wêryn it mislearjen fan 'e produkten direkt kin liede ta dea, persoanlik ferwûning of slimme fysike of miljeuskea ("High Risk Activities"). RPL ûntkent spesifyk elke útdruklike of ymplisearre garânsje fan fitness foar aktiviteiten mei hege risiko en akseptearret gjin oanspraaklikens foar gebrûk of ynklúzjes fan Raspberry Pi-produkten yn aktiviteiten mei hege risiko.

Raspberry Pi-produkten wurde levere ûnder foarbehâld fan de standertbetingsten fan RPL. RPL's foarsjenning fan 'e RESOURCES wreidet de Standertbetingsten fan RPL net út of wiziget op oare wize, ynklusyf mar net beheind ta de disclaimers en garânsjes dy't dêryn útdrukt binne.

Haadstik 1. Ynlieding

figuer 1. KiCad 3D rendering fan de RP2350A Minimal design example

Doe't wy foar it earst de Raspberry Pi RP2040 yntrodusearren, hawwe wy ek in 'Minimal' ûntwerp-eks frijlittenample en byhearrende gids Hardware design mei RP2040 dy't hooplik útlein hoe't de RP2040 koe wurde brûkt yn in ienfâldige circuit board, en wêrom de ferskate komponint karren waarden makke. Mei de komst fan 'e RP235x-searje is it tiid om it orizjinele RP2040 Minimal-ûntwerp opnij te besjen, en it te aktualisearjen om rekken te hâlden mei de nije funksjes, en ek foar elk fan 'e pakketfarianten; de RP2350A mei syn QFN-60 pakket, en de RP2350B dat is in QFN-80. Nochris binne dizze ûntwerpen yn Kicad (7.0) formaat, en binne beskikber om te downloaden (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

It minimale bestjoer
It orizjinele Minimal board wie in besykjen om in ienfâldich referinsjeûntwerp te leverjen, mei it minimum fan eksterne komponinten dy't nedich binne om de RP2040 út te fieren en noch alle IO bleatsteld en tagonklik te hawwen. Dit bestie yn essinsje út in krêftboarne (in lineêre regulator fan 5V oant 3.3V), kristaloscillator, flashûnthâld, en IO-ferbiningen (in mikro USB-socket en GPIO-headers). De nije RP235x rige Minimal boards binne foar it grutste part itselde, mar mei wat feroarings nedich fanwege de nije hardware. Njonken dit, en nettsjinsteande it wat tsjin 'e minimale aard fan it ûntwerp, haw ik in pear knoppen tafoege foar bootsel en run, tegearre mei in aparte SWD-koptekst, wat dizze kear in folslein minder frustrearjende debug-ûnderfining moat betsjutte. Untwerpen hawwe net strikt sprutsen dizze knoppen nedich, de sinjalen binne noch beskikber op 'e kopteksten, en se kinne wurde weilitten as jo benammen kosten- of romtebewust binne, of masochistyske tendinzen hawwe.

RP2040 vs RP235x rige
De meast foar de hân lizzende feroaring is yn 'e pakketten. Wylst de RP2040 in 7x7mm QFN-56 is, hat de RP235x-searje op it stuit fjouwer ferskillende leden. D'r binne twa apparaten dy't itselde QFN-60-pakket diele; de RP2350A dy't gjin ynterne flash opslach befettet, en de RP2354A dy't dat docht. Likegoed komt de QFN-80 ek yn twa smaken; de RP2354B mei flitser, en RP2350B sûnder. De QFN-60-apparaten en de orizjinele RP2040 diele in mienskiplike heritage.

Se hawwe elk 30 GPIO's, wêrfan fjouwer ek ferbûn binne mei de ADC, en binne 7x7mm yn grutte. Nettsjinsteande dit is de RP2350A gjin drop-in ferfanging foar de RP2040, om't it oantal pinnen op elk oars is. Yn tsjinstelling hawwe de QFN-80-chips no 48 GPIO's, en acht dêrfan binne no ADC-kapabel. Fanwegen dit, wy hawwe no twa Minimal boards; ien foar de 60 pin apparaten, en ien foar de 80. Dizze Minimal boards binne primêr ûntwurpen foar de dielen sûnder ynterne flash (RP2350), lykwols, de ûntwerpen kinne maklik brûkt wurde mei de ynterne flash apparaten (RP2354) troch gewoan weglitte de onboard flash ûnthâld, of sels it brûke as in sekundêr flashapparaat (mear oer dit letter). D'r is net folle ferskil tusken de twa boerden, oars as it feit dat de QFN-80-ferzje langere rigen kopteksten hat om de ekstra GPIO te foldwaan, en it boerd is dêrom grutter.

Njonken it pakket binne it grutste ferskil op boardnivo tusken de RP235x-searje en RP2040 de stroomfoarsjenningen. De RP235x-searje hat wat nije krêftpinnen, en in oare ynterne regulator. De 100mA lineêre regulator fan 'e RP2040 is ferfongen troch in 200mA skeakelregulator, en as sadanich fereasket it wat heul spesifike circuits, en net in bytsje soarch nommen mei de yndieling. It is tige oan te rieden dat jo nau folgje ús yndieling en komponint seleksjes; wy hawwe al troch de pine gien om ferskate iteraasjes fan it ûntwerp te meitsjen, dus hooplik hoege jo dat net.

figuer 2. KiCad 3D rendering fan de RP2350B Minimal design example

It ûntwerp
De bedoeling fan it Minimal ûntwerp examples is in meitsje in pear ienfâldige boerden mei help fan de RP235x rige, dat moat wêze goedkeap en maklik manufacturable, sûnder gebrûk ûnnedich eksoatyske PCB technologyen. De Minimal boards binne dêrom 2-laach ûntwerpen, mei help fan komponinten dy't moatte wêze algemien beskikber, en allegearre fêstmakke op de boppekant fan it bestjoer. Wylst it aardich wêze soe om grutte, maklik mei de hân solderbere komponinten te brûken, betsjut de lytse pitch fan 'e QFN-chips (0.4mm) dat it brûken fan guon 0402 (1005 metryske) passive komponinten net te ûntkommen is as alle GPIO's moatte wurde brûkt. Wylst it mei de hân solderjen fan 0402-komponinten net te útdaagjend is mei in fatsoenlik soldeerbout, is it heul hast ûnmooglik om de QFN's te solderjen sûnder spesjalistyske apparatuer.

Yn 'e folgjende pear seksjes sil ik besykje te ferklearjen wêr't de ekstra circuits foar is, en hooplik hoe't wy de karren kamen te meitsjen dy't wy dien hawwe. Om't ik eins oer twa aparte ûntwerpen sil prate, ien foar elke pakketgrutte, haw ik besocht dingen sa ienfâldich as ik kin te hâlden. Foar safier mooglik binne alle komponintferwizings foar de twa boerden identyk, dus as ik ferwize nei U1, R1, ensfh., dan is it like relevant foar beide boerden. De foar de hân lizzende útsûndering is as de komponint is mar op ien fan 'e boerden (yn alle gefallen, dit sil wêze op de gruttere 80 pin fariant), dan sil de komponint yn kwestje allinnich wêze op de QFN-80 design; foar bvample, R13 allinnich ferskynt op dit boerd.

Haadstik 2. Power

De stroomfoarsjenningen fan 'e RP235x-searje en de RP2040 ferskille dizze kear wat, hoewol it yn syn ienfâldichste konfiguraasje noch twa foarrieden fereasket, 3.3V en 1.1V. De RP235x-searje binne tagelyk mear machthongerich, om't it hegere prestaasjes is, en ek mear sober (as yn in steat mei lege macht) dan syn foargonger, en sa is de lineêre regulator op 'e RP2040 opwurdearre mei in skeakelregulator. Dit stelt ús in grutter macht effisjinsje by hegere streamingen (oant 200mA fergelike mei de 100mA earder).

Nije on-chip voltage regulator

figuer 3. Skematyske seksje toant de ynterne regulator circuit

De lineêre regulator fan 'e RP2040 hie twa pinnen, in 3.3V-ynfier, en in 1.1V-útfier om de DVDD op' e chip te leverjen. Dizze kear hat de regulator fan 'e RP235x-searje fiif pins, en fereasket wat eksterne komponinten om it te wurkjen. Hoewol dit in bytsje in efterútstap liket yn termen fan brûkberens, hat de skeakelregulator it foardieltage fan effisjinter te wêzen by hegere loadstromen.

Lykas de namme al fermoeden docht, skeakelet de tafersjochhâlder rap in ynterne transistor oan en út dy't it 3.3V-ynputvolum ferbynttage (VREG_VIN) oan de VREG_LX pin, en mei help fan in inductor (L1) en in útfier capacitor (C7), it kin produsearje in DC output voltage dy't ôfstapt is fan 'e ynfier. De VREG_FB pin kontrolearret de útfier voltage, en past de oan / út-ferhâlding fan it wikseljen syklus, om te soargjen dat de fereaske voltage wurdt ûnderhâlden. As grutte streamingen wurde oerskeakele fan VREG_VIN nei VREG_LX, is in grutte kondensator (C6) tichtby de ynfier nedich, sadat wy de 3.3V-oanfier net te folle fersteure. It praten fan dizze grutte switching streamingen, de tafersjochhâlder komt ek mei in eigen grûn werom ferbining, VREG_PGND. Lykas mei VREG_VIN en VREG_LX is de yndieling fan dizze ferbining kritysk, en wylst VREG_PGND ferbine moat mei de haad-GND, moat it dien wurde op sa'n manier dat alle grutte wikselstromen direkt weromkomme nei de PGND-pin, sûnder de rest fan te fersteuren. de GND te folle.

De lêste pin is VREG_AVDD, dy't it analoge circuit leveret binnen de regulator, en dit is heul gefoelich foar lûd.

figuer 4. Skematyske seksje toant de PCB yndieling fan de tafersjochhâlder

De yndieling fan 'e regulator op' e minimale boards spegelet nau dy fan 'e Raspberry Pi Pico 2. In protte wurk is gien yn it ûntwerp fan dit circuit, mei in protte iteraasjes fan' e PCB nedich om it sa goed te meitsjen as wy mooglik kinne. Wylst jo dizze komponinten op in ferskaat oan ferskillende wizen kinne pleatse en de regulator noch hieltyd 'wurke' krije (dat wol sizze, produsearje in útfiervol.tage op sawat it juste nivo, goed genôch om it rinnende koade te krijen), hawwe wy fûn dat ús regulator op 'e krekte manier moat wurde behannele om it lokkich te hâlden, en mei lokkich bedoel ik it produsearjen fan it juste útfiervol.tage ûnder in berik fan load hjoeddeistige betingsten.
By it útfieren fan ús eksperiminten op dit, wiene wy wat teloarsteld om te herinnerjen dat de ûngemaklike wrâld fan 'e natuerkunde net altyd kin wurde negearre. Wy, as yngenieurs, besykje foar in grut part dit krekt te dwaan; komponinten ferienfâldigje, (faak) ûnbelangrike fysike eigenskippen negearje, en ynstee rjochtsje op it eigendom dêr't wy yn binne ynteressearre.ample, in ienfâldige wjerstân hat net allinnich in wjerstân, mar ek inductance, ensfh Yn ús gefal, wy (wer) ûntdutsen dat inductors hawwe in magnetysk fjild ferbûn mei harren, en wichtiger, strielet yn in rjochting ôfhinklik fan hokker wize de coil is wûn, en de rjochting fan 'e stream fan' e stroom. Wy waarden ek herinnerd dat in 'folslein' beskerme induktor net betsjuttet wat jo tinke dat it kin. It magnetyske fjild wurdt foar in grut part ôfswakke, mar guon ûntkomme noch. Wy fûnen dat de prestaasjes fan 'e regulator massaal kinne wurde ferbettere as de induktor 'de juste manier rûn' is.
It docht bliken dat it magnetyske fjild dat útstjit fan in 'ferkearde' inductor ynterfereart mei de regulatorútfierkondensator (C7), dy't op syn beurt de kontrôlesirkwy binnen RP2350 fersteurt. Mei de ynduktor yn 'e goede oriïntaasje, en de krekte yndieling en komponint seleksjes dy't hjir brûkt wurde, dan giet dit probleem fuort. D'r sille sûnder mis oare yndielingen, komponinten, ensfh. Wy hawwe dizze oanrikkemandearre yndieling levere om minsken de protte technyske oeren te bewarjen dy't wy hawwe bestege oan it ûntwikkeljen en ferfine fan dizze kompakte en goed gedrage oplossing.
Mear nei it punt, wy geane sa fier as te sizzen dat as jo kieze om ús eks net te brûkenample, dan dogge jo dat op eigen risiko. In protte lykas wy al dogge mei RP2040 en it kristalsirkwy, wêr't wy insistearje (goed, sterk suggerearje) dat jo in bepaald diel brûke (wy sille dat nochris dwaan yn 'e kristaldiel fan dit dokumint).
De rjochting fan dizze lytse induktors wurdt frijwat universele negearre, mei de oriïntaasje fan 'e spoelwinding ûnmooglik om ôf te lieden, en ek willekeurich ferdield lâns in reel fan komponinten. Gruttere induktorkoffergrutte kinne faaks wurde fûn om polariteitsmarkearrings op har te hawwen, wy koenen lykwols gjin geskikte fine yn 'e 0806 (2016 metryske) saakgrutte dy't wy hawwe keazen. Foar dit doel, wy hawwe wurke mei Abracon foar in produsearje in 3.3μH diel mei in stip foar in oantsjutte polariteit, en wichtiger, kom op in reel mei harren allegearre ôfstimd op deselde wize. De TBD wurde (of sil ynkoarten) beskikber steld wurde foar it algemiene publyk fan distributeurs. Lykas earder neamd, de VREG_AVDD oanbod is hiel gefoelich foar lûd, en dêrom moat wurde filtere. Wy fûnen dat, om't de VREG_AVDD allinich om 200μA tekent, in RC-filter fan 33Ω en 4.7μF adekwaat is.
Dat, om opnij te meitsjen, sille de brûkte komponinten wêze ...
- C6, C7 en C9 – 4.7μF (0402, 1005 metrysk)
- L1 - Abracon TBD (0806, 2016 metrysk)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metrysk)
De RP2350 datasheet hat in mear detaillearre diskusje oer de tafersjochhâlder yndieling oanbefellings, sjoch asjebleaft Eksterne komponinten en PCB layout easken.

Input oanfier

De input power ferbining foar dit ûntwerp is fia de 5V VBUS pin fan in Micro-USB Anschluss (markearre J1 yn figuer 5). Dit is in gewoane metoade foar it oandriuwen fan elektroanyske apparaten, en it makket hjir sin, om't RP2350 USB-funksjonaliteit hat, dy't wy sille wiring nei de gegevenspins fan dizze connector. Om't wy allinich 3.3V nedich binne foar dit ûntwerp (de 1.1V-oanfier komt fan 'e ynterne), moatte wy de ynkommende 5V USB-oanfier ferleegje, yn dit gefal, mei in oare, eksterne volumtage regulator, yn dit gefal in lineêre regulator (aka Low Drop Out regulator, of LDO). Nei't ik earder de deugden fan it brûken fan in effisjinte skeakelregulator hawwe ferheven, kin it ek in wize kar wêze om hjir ek ien te brûken, mar ik haw keazen foar ienfâld. As earste is it brûken fan in LDO hast altyd makliker. D'r binne gjin berekkeningen nedich om út te finen hokker grutte induktor jo moatte brûke, of hoe grut binne de útfierkondensatoren, en de yndieling is normaal ek in protte ienfâldiger. Twad, it besparjen fan elke lêste dripke macht is hjir net it doel; as it wie, Ik soe serieus beskôgje in gebrûk wikseljen regulator, en do kinst fine in eksample fan dit te dwaan op 'e Raspberry Pi Pico 2. En as tredde kin ik it circuit dat ik earder brûkte op' e RP2040-ferzje fan it Minimal board gewoan 'liene'. De hjir keazen NCP1117 (U2) hat in fêste útfier fan 3.3V, is breed beskikber en kin maksimaal 1A fan stroom leverje, wat genôch sil wêze foar de measte ûntwerpen. In blik op it gegevensblêd foar de NCP1117 fertelt ús dat dit apparaat in 10μF-kondensator fereasket op 'e ynfier, en in oar op' e útfier (C1 en C5).

Decoupling capacitors

figuer 6. Skematyske seksje toant de RP2350 Netzteil yngongen, voltage regulator en decoupling capacitors

In oar aspekt fan it ûntwerp fan 'e stroomfoarsjenning binne de ûntkoppelingskondensatoren dy't nedich binne foar RP2350. Dizze jouwe twa basisfunksjes. As earste filterje se it lûd fan 'e stroomfoarsjenning, en as twadde, jouwe se in lokale lading dy't de circuits binnen RP2350 op koarte termyn kinne brûke. Dit foarkomt de voltage nivo yn de direkte omjouwing fan sakket te folle as de hjoeddeiske fraach ynienen tanimt. Om't, hjirfan, it is wichtich om te pleatsen decoupling tichtby de macht pins. Normaal riede wy it gebrûk fan in 100nF-kondensator per krêftpin oan, wy wyke lykwols yn in pear gefallen fan dizze regel ôf.

figuer 7. Seksje fan yndieling showing RP2350 routing en decoupling

As earste, om genôch romte te hawwen foar alle chippinnen om út te kinnen, fuort fan it apparaat, moatte wy kompromittearje mei it oantal ûntkoppelkondensators dat wy kinne brûke. Yn dit ûntwerp diele pins 53 en 54 fan RP2350A (pins 68 en 69 fan RP2350B) in inkele kondensator (C12 yn figuer 7 en figuer 6), om't d'r net in soad romte is oan dy kant fan it apparaat, en de komponinten en yndieling fan 'e tafersjochhâlder hawwe foarrang.
Dit gebrek oan romte koe wat oerwûn wurde as wy mear komplekse / djoere technology brûkten, lykas lytsere komponinten, of in fjouwer laach PCB mei komponinten oan sawol de boppe- en ûnderkant. Dit is in ûntwerp trade-off; wy hawwe ôfnommen de kompleksiteit en kosten, op kosten fan in hawwende minder decoupling capacitance, en capacitors dy't wat fierder fuort fan 'e chip dan is optimaal (dit fergruttet de inductance). Dit kin it effekt hawwe fan it beheinen fan de maksimale snelheid wêrmei it ûntwerp kin operearje, lykas de voltage oanbod koe krije te lûdroftich en sakje ûnder de minimale tastiene voltage; mar foar de measte applikaasjes, dizze trade-off moat wêze akseptabel.

De oare ôfwiking fan 'e 100nF-regel is sadat wy de voltage regulator prestaasjes; wy riede mei help fan in 4.7μF foar C10, dat is de pleatst oan 'e oare kant fan' e chip fan de tafersjochhâlder.

Haadstik 3. Flash Unthâld

Primêre flash

figuer 8. Skematyske seksje toant de primêre flash ûnthâld en USB_BOOT circuitry

Om te kinnen bewarje programma koade dêr't RP2350 kin boot en rinne út, wy moatte brûke in flash ûnthâld, spesifyk, in quad SPI flash ûnthâld. It apparaat keazen hjir is in W25Q128JVS apparaat (U3 yn de figuer 8), dat is in 128Mbit chip (16MB). Dit is de grutste ûnthâld grutte dat RP2350 kin stypje. As jo bepaalde applikaasje net safolle opslach nedich hat, dan kin in lytser, goedkeaper ûnthâld wurde brûkt ynstee.
Om't dizze databus frij hege frekwinsje kin wêze en regelmjittich yn gebrûk is, moatte de QSPI-pins fan RP2350 direkt oan 'e flitser wurde bedrade, mei koarte ferbiningen om de sinjaalyntegriteit te behâlden, en ek om crosstalk yn omlizzende circuits te ferminderjen. Crosstalk is dêr't sinjalen op ien circuit net kin induce net winske voltages op in oanbuorjende circuit, mooglik wêrtroch flaters foarkomme.

It QSPI_SS-sinjaal is in spesjaal gefal. It is ferbûn mei de flitser direkt, mar it hat ek twa wjerstannen (goed, fjouwer, mar ik sil komme op dat letter) ferbûn oan it. De earste (R1) is in pull-up nei de 3.3V oanbod. It flash-ûnthâld fereasket dat de chip-selekteare ynfier op itselde volum istage as syn eigen 3.3V-oanfier pin as it apparaat wurdt oandreaun, oars wurket it net goed. As de RP2350 wurdt oandreaun, sil syn QSPI_SS-pin automatysk standert nei in pull-up, mar d'r is in koarte tiid by it ynskeakeljen wêr't de steat fan 'e QSPI_SS-pin net garandearre wurde kin. De tafoeging fan in pull-up wjerstân soarget derfoar dat dizze eask sil altyd wurde tefreden. R1 is markearre as DNF (Do Not Fit) op it skema, lykas wy hawwe fûn dat mei dit bepaalde flash-apparaat de eksterne pull-up net nedich is. As in oare flitser wurdt brûkt, kin it lykwols wichtich wurde om hjir in wjerstân fan 10kΩ yn te foegjen, dus it is foar it gefal opnommen.
De twadde wjerstân (R6) is in wjerstân fan 1kΩ, ferbûn mei in drukknop (SW1) mei it label 'USB_BOOT'. Dit komt omdat de QSPI_SS pin wurdt brûkt as in 'boot strap'; RP2350 kontrolearret de wearde fan dizze I / O tidens de opstartsekwinsje, en as it wurdt fûn in logyske 0, dan giet RP2350 werom nei de BOOTSEL-modus, wêr't RP2350 harsels presintearret as in USB-massaopslachapparaat, en koade kin direkt kopieare wurde oan it. As wy gewoan op de knop drukke, lûke wy QSPI_SS pin nei grûn, en as it apparaat dan wurdt opnij ynsteld (bgl. troch te wikseljen de RUN pin), sil RP2350 opnij starte yn BOOTSEL modus ynstee fan in besykjen om te rinne de ynhâld fan de flitser. Dizze wjerstannen, R2 en R6 (R9 en R10 ek), moatte tichtby de flitschip pleatst wurde, sadat wy ekstra lingten fan koperen spoaren foarkomme dy't it sinjaal kinne beynfloedzje.
Al it boppesteande jildt spesifyk foar de RP2350, dy't gjin ynterne flits hat. Fansels hawwe de RP2354-apparaten ynterne 2MB flash-ûnthâld, sadat it eksterne U3-ûnthâld net nedich is, sadat U3 feilich út 'e skematyske kin wurde fuortsmiten, of gewoan ûnbefolke litten. Yn ien fan dizze gefallen wolle wy de USB_BOOT-skeakel ferbûn hâlde mei QSPI_SS, sadat wy noch yn USB-bootmodus kinne gean.

Sekundêre flash of PSRAM

De RP235x-searje stipet no in twadde ûnthâldapparaat mei deselde QSPI-pinnen, mei in GPIO dy't de ekstra chipseleksje leveret. Dus, as wy in RP2354 brûke (dy't ynterne flitser hat), dan kinne wy U3 brûke as in sekundêre flitser, of sels ferfange troch in PSRAM-apparaat. Om dit te dwaan, moatte wy QSPI_SS losmeitsje fan U3, en ynstee ferbine it mei in gaadlike GPIO. De tichtstby lizzende GPIO dy't in chip selektearje kin (XIP_CS1n) is GPIO0, dus troch de 0Ω fan R10 te ferwiderjen, en it oan te passen op R9, kinne wy no tagong krije ta U3 neist de on-chip flash. Om folslein foardiel te nimmentage fan dizze funksje, dêr't wy hawwe twa eksterne ûnthâld apparaten sadat de flash-minder RP2350 dielen kinne profitearje, de gruttere fan de twa Minimal boards, foar de RP2350B, omfiemet in opsjoneel footprint (U4) foar in ekstra ûnthâld chip.

figuer 9. Skematyske seksje toant de opsjonele sekundêre ûnthâld apparaat

Om dit apparaat te brûken, sil it fansels befolke wurde moatte, lykas R11 (0Ω), en R13 (10KΩ). De tafoeging fan R11 ferbynt GPIO0 (it XIP_CS1n-sinjaal) mei de chipselektaasje fan it twadde ûnthâld. De pull-up op 'e chip-selekteare pin is dizze kear perfoarst nedich, om't de standertstatus fan GPIO0 leech moat wurde lutsen by power-up, wat soe feroarsaakje dat ús flitsapparaat mislearret. C22 soe ek nedich wêze foar in foarsjen lokale macht oanbod decoupling foar U4.

Stipe flash chips
De earste flash probe folchoarder, brûkt troch de boaiem te extract de twadde stage út flash, brûkt in 03h serial lêzen kommando, mei 24-bit adressering, en in serial klok fan likernôch 1MHz. It siket ferskate kearen troch de fjouwer kombinaasjes fan klokpolariteit en klokfaze, op syk nei in jildige sekonde stage CRC32 kontrôlesum.
As de twadde stage is dan frij om útfiere-op-plak te konfigurearjen mei itselde 03h serial lêskommando, RP2350 kin cached flash útfiere-yn-plak útfiere mei elke chip dy't 03h serial lêzen stipet mei 24-bit adressering, dy't de measte 25-serie flash-apparaten omfettet . De SDK biedt in eksamptwadde stage foar CPOL=0 CPHA=0, at https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Om flash-programmearring te stypjen mei de routines yn 'e boaiem, moat it apparaat ek reagearje op de folgjende kommando's:

02h 256-byte side programma
05h status register lêzen
06h set skriuw ynskeakelje latch

20h 4kB sektor wiskje

RP2350 stipet ek in breed ferskaat oan dual-SPI- en QSPI-tagongsmodi. Bygelyksample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S konfigurearret in Winbond W25Q-rige apparaat foar quad-IO trochgeande lêzen modus, dêr't RP2350 stjoert quad-IO adressen (sûnder in kommando foarheaksel) en de flits reagearret mei quad-IO gegevens.

Wat foarsichtigens is nedich mei flash XIP-modi wêr't it flash-apparaat ophâldt te reagearjen op standert seriële kommando's, lykas de Winbond trochgeande lêsmodus hjirboppe neamd. Dit kin feroarsaakje problemen doe't RP2350 wurdt reset, mar de flash apparaat wurdt net macht-fytsen, omdat de flitser sil dan net reagearje op de bootrom syn flash probe folchoarder. Foardat de 03h-seriële lêzing útjûn wurdt, jout de bootrom altyd de folgjende fêste folchoarder út, wat in folchoarder is dy't it bêste is foar it stopjen fan XIP op in ferskaat oan flash-apparaten:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (fia pull-downs om skeel te foarkommen), issue ×32 klokken
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (fia pull-ups om konflikt te foarkommen), útjefte ×32 klokken
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (oandreaune low-Z, alle oare I/O's Hi-Z), útjefte ×16 klokken

As jo keazen apparaat net reagearret op dizze folchoarder as yn syn trochgeande lêzen modus, dan moat wurde hâlden yn in steat dêr't eltse oerdracht wurdt foarôfgeand oan in serial kommando, oars sil RP2350 net by steat wêze om te herstellen nei in ynterne reset.
Foar mear details oer de QSPI, sjoch asjebleaft QSPI Memory Interface (QMI) yn it RP2350 datasheet.

Haadstik 4. Crystal Oscillator

figuer 10. Skematyske seksje toant de kristal oscillator en load capacitors

Strictly speaking, RP2350 net eins nedich in eksterne klok boarne, as it hat in eigen ynterne oscillator. Lykwols, as de frekwinsje fan dizze ynterne oscillator is net goed definiearre of kontrolearre, fariearjend fan chip nei chip, likegoed as mei ferskillende oanbod voltages en temperatueren, is it oan te rieden om in stabile eksterne frekwinsje boarne te brûken. Applikaasjes dy't fertrouwe op krekte frekwinsjes binne net mooglik sûnder in eksterne frekwinsje boarne, USB is in prime eksample.
It leverjen fan in eksterne frekwinsjeboarne kin op ien fan twa manieren dien wurde: of troch in klokboarne te leverjen mei in CMOS-útfier (fjouwerkante golf fan IOVDD vol.tage) yn 'e XIN pin, of troch in 12MHz kristal ferbûn tusken
XIN en XOUT. It brûken fan in kristal is hjir de foarkarsopsje, om't se beide relatyf goedkeap en heul akkuraat binne.

It keazen kristal foar dit ûntwerp is in ABM8-272-T3 (Y1 yn figuer 10). Dit is itselde 12MHz kristal dat brûkt wurdt op 'e Raspberry Pi Pico en Raspberry Pi Pico 2. Wy riede tige oan om dit kristal tegearre mei de byhearrende circuits te brûken om te soargjen dat de klok fluch begjint ûnder alle omstannichheden sûnder it kristal sels te beskeadigjen. It kristal hat in frekwinsjetolerânsje fan 30ppm, wat goed genôch wêze moat foar de measte applikaasjes. Tegearre mei in frekwinsjetolerânsje fan +/- 30ppm hat it in maksimale ESR fan 50Ω, en in loadkapasitânsje fan 10pF, dy't beide in ynfloed hawwe op 'e kar fan byhearrende komponinten.
Foar in kristal te oscilleren op de winske frekwinsje, de fabrikant spesifisearret de load capacitance dy't it nedich is om te dwaan, en yn dit gefal, it is 10pF. Dit load capacitance wurdt berikt troch it pleatsen fan twa capacitors fan gelikense wearde, ien oan eltse kant fan it kristal oan grûn (C3 en C4). Ut it kristal syn punt fan view, dizze kondensatoren binne yn searje ferbûn tusken har twa terminals. Basis circuit teory fertelt ús dat se kombinearje te jaan in capacitance fan (C3 * C4) / (C3 + C4), en as C3 = C4, dan is it gewoan C3/2. Yn dizze eksample, wy hawwe brûkt 15pF capacitors, sadat de rige kombinaasje is 7.5pF. Neist dizze opsetlike load capacitance, wy moatte ek tafoegje in wearde foar de ûnbedoelde ekstra capacitance, of parasitêr capacitance, dat wy krije út de PCB tracks en de XIN en XOUT pins fan RP2350. Wy sille hjirfoar in wearde fan 3pF oannimme, en om't dizze kapasitânsje parallel is mei C3 en C4, foegje wy dit gewoan ta om ús in totale ladingskapasitânsje fan 10.5pF te jaan, wat ticht genôch is by it doel fan 10pF. Sa't jo sjen kinne, is de parasitêre kapasitânsje fan 'e PCB-spoaren in faktor, en wy moatte se dêrom lyts hâlde, sadat wy it kristal net fersteure en stopje dat it oscillert lykas bedoeld. Besykje de yndieling sa koart mooglik te hâlden.
De twadde konsideraasje is de maksimale ESR (lykweardige searjeresistinsje) fan it kristal. Wy hawwe keazen foar in apparaat mei in maksimum fan 50Ω, om't wy fûn hawwe dat dit, tegearre mei in wjerstân fan 'e 1kΩ-searje (R2), in goede wearde is om te foarkommen dat it kristal oerdreaun wurdt en skea wurdt by it brûken fan in IOVDD nivo fan 3.3V. As IOVDD lykwols minder is dan 3.3V, dan wurdt de oandriuwstroom fan 'e XIN / XOUT-pins fermindere, en jo sille fine dat de amplitude fan it kristal is leger, of kin net iens oscillere at all. Yn dit gefal sil in lytsere wearde fan 'e searjewjerstân moatte wurde brûkt. Elke ôfwiking fan it hjir werjûn kristalcircuit, of mei in IOVDD-nivo oars as 3.3V, sil wiidweidige testen fereaskje om te soargjen dat it kristal oscilleart ûnder alle betingsten, en genôch fluch opstart om gjin problemen te meitsjen mei jo applikaasje.

Oanrikkemandearre crystal

Foar orizjinele ûntwerpen mei RP2350 riede wy oan om de Abracon ABM8-272-T3 te brûken. Bygelyksample, neist de minimale design example, sjoch it Pico 2-boerdskema yn Appendix B fan it Raspberry Pi Pico 2-datablêd en it Pico 2-ûntwerp files.
Brûk de Abracon ABM8-272-T3 foar de bêste prestaasjes en stabiliteit oer typyske temperatuerbereiken. Jo kinne de ABM8-272-T3 direkt fan Abracon boarne of fan in autorisearre reseller. Pico 2 is spesifyk ôfstimd foar de ABM8-272-T3, dy't de folgjende spesifikaasjes hat:

Sels as jo in kristal brûke mei ferlykbere spesifikaasjes, moatte jo it circuit testje oer in berik fan temperatueren om stabiliteit te garandearjen.
De kristal oscillator wurdt oandreaun út de IOVDD voltage. As gefolch, de Abracon crystal en dat bysûndere damping wjerstannen binne ôfstimd foar 3.3V operaasje. As jo in oare IO-voltage, jo moatte opnij ôfstimme.
Elke feroaring oan kristalparameters riskearje ynstabiliteit oer alle komponinten dy't ferbûn binne mei it kristalsirkwy.

As jo it oanrikkemandearre kristal net direkt kinne boarne fan Abracon as in reseller, nim dan kontakt op applications@raspberrypi.com.

Haadstik 5. IOs

USB
figuer 11. Skematyske seksje toant de USB pins fan RP2350 en rige beëiniging

De RP2350 leveret twa pinnen om te brûken foar folsleine snelheid (FS) of lege snelheid (LS) USB, itsij as host as apparaat, ôfhinklik fan de brûkte software. Lykas wy al besprutsen, kin RP2350 ek boot as in USB massa opslach apparaat, sa wiring up dizze pins oan de USB Anschluss (J1 yn figuer 5) makket sin. De USB_DP- en USB_DM-pins op RP2350 hawwe gjin ekstra pull-ups of pull-downs nedich (fereaske om snelheid, FS of LS oan te jaan, of oft it in host of apparaat is), om't dizze binne ynboud yn 'e I / O's. Dizze I / O's hawwe lykwols 27Ω-searjebeëinigingswjerstannen nedich (R7 en R8 yn figuer 11), pleatst tichtby de chip, om te foldwaan oan 'e USB-impedânsjespesifikaasje.
Ek al is RP2350 beheind ta folsleine snelheid gegevensrate (12Mbps), moatte wy besykje en soargje derfoar dat de karakteristike impedânsje fan 'e oerdrachtlinen (de koperen spoaren dy't de chip ferbine mei de ferbining) tichtby de
USB-spesifikaasje fan 90Ω (differinsjaal mjitten). Op in 1mm dik boerd lykas dit, as wy 0.8mm brede spoaren brûke op USB_DP en USB_DM, mei in gat fan 0.15mm tusken har, moatte wy in differinsjaal karakteristike impedânsje krije fan sawat 90Ω. Dit is om te soargjen dat de sinjalen sa skjin mooglik lâns dizze oerdrachtlinen kinne reizgje, minimalisearje voltage refleksjes dy't de yntegriteit fan it sinjaal kinne ferminderje. Om dizze oerdrachtlinen goed te wurkjen, moatte wy derfoar soargje dat direkt ûnder dizze rigels in grûn is. In bêst, ûnûnderbrutsen gebiet fan grûn koper, stretching de hiele lingte fan it spoar. Op dit ûntwerp is hast it gehiel fan 'e ûnderste koperen laach wijd oan grûn, en benammen soarch waard nommen om te soargjen dat de USB-spoaren oer neat oars as grûn passe. As in PCB dikker dan 1mm wurdt keazen foar jo bou, dan hawwe wy twa opsjes. Wy kinne de USB-oerdrachtlinen opnij oanmeitsje om te kompensearjen foar de gruttere ôfstân tusken it spoar en de grûn ûnder (wat in fysike ûnmooglikheid kin wêze), of wy kinne it negearje, en hoopje op it bêste. USB FS kin frij ferjaan, mar jo kilometers kin fariearje. It sil wierskynlik wurkje yn in protte applikaasjes, mar it sil wierskynlik net foldwaan oan 'e USB-standert.

I/O headers

Ofbylding 12. Skematyske seksje mei de 2.54mm I/O-kopteksten fan 'e QFN60-ferzje

Neist de al neamde USB-ferbining, binne d'r in pear dûbele rige 2.54 mm-koppen (J2 en J3 yn figuer 12), ien oan elke kant fan it boerd, wêrmei de rest fan 'e I / O is ferbûn. D'r binne 30 GPIO op 'e RP2350A, wylst d'r 48 GPIO binne op' e RP2350B, sadat de kopteksten op dizze ferzje fan it Minimal board grutter binne om de ekstra pinnen mooglik te meitsjen (sjoch figuer 13).
Om't dit in ûntwerp foar algemien doel is, sûnder spesjale applikaasje yn gedachten, binne de I/O beskikber steld om te ferbinen as de brûker wol. De binnenste rige fan pinnen op elke kop binne de I / O's, en de bûtenste rige binne allegear ferbûn mei grûn. It is in goede praktyk om in protte grûnen op te nimmen op I / O-ferbiningen. Dit helpt om in grûn mei lege impedânsje te behâlden, en ek in protte potinsjele weromreispaden te leverjen foar streamingen dy't reizgje nei en fan 'e
I / O ferbinings. Dit is wichtich om elektromagnetyske ynterferinsje te minimalisearjen dy't kin wurde feroarsake troch de weromstreamen fan fluch wikseljende sinjalen dy't lange, loopende paden nimme om it circuit te foltôgjen.

Beide kopteksten binne op itselde 2.54mm-raster, wat it ferbinen fan dit boerd mei oare dingen, lykas breadboards, makliker makket. Jo kinne miskien beskôgje om mar in koptekst fan ien rige te passen yn stee fan de koptekst mei dûbele rige, en de bûtenste rige grûnferbiningen ôfbrekke, om it handiger te meitsjen om op in breadboard te passen.

Ofbylding 13. Skematyske seksje mei de 2.54mm I/O-kopteksten fan 'e QFN80-ferzje

Debug ferbiner

figuer 14. Skematyske seksje toant de opsjonele JST connector foar SWD debug

Foar on-chip-debuggen wolle jo miskien ferbine mei de SWD-ynterface fan 'e RP2350. De twa pins, SWD en SWCLK, binne beskikber op 'e 2.54mm-koptekst, J3, om de debug-probe fan jo kar maklik te ferbinen. Njonken dit haw ik in opsjonele JST-koptekst opnommen, wêrtroch in maklike ferbining mei Raspberry Pi Debug Probe mooglik is. Jo hoege dit net te brûken, de kopteksten fan 2.54 mm sille genôch wêze as jo fan doel binne software te debuggen, mar ik fyn it handiger om dit te dwaan. Ik haw keazen foar in horizontale ferbining, meast om't ik it uterlik leuk fyn, sels as it net oan 'e râne fan it boerd is, mar fertikale binne beskikber, hoewol mei in wat oare foetôfdruk.

Knoppen
It minimale ûntwerp befettet no net ien, mar twa knoppen, wêr't de RP240-ferzje gjinien hie. Ien is foar USB-bootseleksje lykas wy earder hawwe besprutsen, mar de twadde is in 'reset' knop, heakke oan 'e RUN-pin. Gjin fan beide binne strikt needsaaklik (hoewol't de BOOTSEL knop soe moatte wurde ferfongen troch in koptekst of ferlykber as USB boot modus wie nedich), en kin fuortsmiten wurde as romte of kosten is in soarch, mar se meitsje wis it brûken fan de RP2350 in fier nofliker ûnderfining.

Taheakke A: Folsleine skematyske -RP2350A ferzje

figuer 15. Folsleine skema fan de Minimal Design foar RP2350A

Taheakke B: Folsleine skematyske -RP2350B ferzje

figuer 16. Folsleine skema fan de Minimal Design foar RP2350B

Taheakke H: Documentation Release Skiednis

8 augustus 2024
Inisjele release.

en Raspberry Pi
Raspberry Pi is in hannelsmerk fan Raspberry Pi Ltd
Raspberry Pi Ltd

Dokuminten / Resources

Raspberry Pi SC1631 Raspberry Microcontroller [pdf] Ynstruksjehânlieding
SC1631 Raspberry Microcontroller, SC1631, Raspberry Microcontroller, Microcontroller

Referinsjes

User Manual

Raspberry Pi SC1631 Raspberry Microcontroller

Produkt Usage Ynstruksjes