Manual de instrucciones del microcontrolador Raspberry Pi SC1631

Capítulo 1: Introdución
A serie RP2350 ofrece diferentes opcións de paquete en comparación coa serie RP2040. Os RP2350A e RP2354A veñen nun paquete QFN-60 sen e con almacenamento flash interno respectivamente, mentres que os RP2354B e RP2350B veñen nun paquete QFN-80 con e sen almacenamento flash.

Capítulo 2: Poder
A serie RP2350 presenta un novo volume de conmutación no chiptage regulador con cinco pinos. Este regulador require compoñentes externos para o seu funcionamento pero ofrece unha maior eficiencia energética a maiores correntes de carga en comparación co regulador lineal da serie RP2040. Preste atención á sensibilidade ao ruído no pin VREG_AVDD que fornece o circuíto analóxico.

Preguntas frecuentes (FAQ)

P: Cal é a principal diferenza entre RP2350A e RP2350B?
R: A principal diferenza reside na presenza de almacenamento flash interno. O RP2350A non ten almacenamento flash interno mentres que o RP2350B si.
P: Cantos pinos ten o voltage regulador da serie RP2350 ten?
A: O voltagO regulador da serie RP2350 ten cinco pinos.

Deseño de hardware con RP2350 Usando microcontroladores RP2350 para construír placas e produtos

Colofón

Esta documentación está baixo a licenza Creative Commons Atribución-Sen Derivadas 4.0 Internacional (CC BY-ND). Data de compilación: 2024-08-08 Versión de compilación: c0acc5b-clean
Aviso legal de exención de responsabilidade

OS DATOS TÉCNICOS E DE FIABILIDADE DOS PRODUTOS DE RASPBERRY PI (INCLUÍDAS AS FOLLAS DE DATOS) MODIFICADOS DECORA EN VÍA ("RECURSOS") PROPORCIONAN RASPBERRY PI LTD ("RPL") "TAL CUAL" E CALQUERA GARANTÍA EXPRESA OU IMPLÍCITA, INCLUÍDO, PERO NON LIMITADO. AO, NEGARÁNSE AS GARANTÍAS IMPLÍCITAS DE COMERCIABILIDADE E IDONEIDADE PARA UN FIN PARTICULAR. NA MEDIDA MÁXIMA PERMITIDA POLA LEI APLICABLE EN NINGÚN CASO, RPL SERÁ RESPONSABLE DE NINGÚN DANOS DIRECTOS, INDIRECTOS, ACCIDENTALES, ESPECIAIS, EXEMPLARS OU CONSECUENTES (INCLUÍDO, PERO NON LIMITADO A, A ADQUISICIÓN DE BENS SUBSTITUTIVOS, PERDA DE DATOS; , OU BENEFICIOS; OU INTERRUPCIÓN DE NEGOCIOS) SEEN CAUSADOS E SOBRE CALQUERA TEORÍA DE RESPONSABILIDADE, FOI POR CONTRATO, RESPONSABILIDADE ESTRICTA OU EXTRAORDINARIO (INCLÚA A NEGLIXENCIA OU DE OUTRO MODO) DERIVADO DE CALQUERA FORMA DO USO DA RESPONSABILIDADE, DE TAL DANO.
RPL resérvase o dereito de facer calquera mellora, mellora, corrección ou calquera outra modificación nos RECURSOS ou en calquera produto descrito neles en calquera momento e sen previo aviso.
Os RECURSOS están destinados a usuarios cualificados con niveis axeitados de coñecemento do deseño. Os usuarios son os únicos responsables da súa selección e uso dos RECURSOS e de calquera aplicación dos produtos descritos neles. O usuario comprométese a indemnizar e eximir a RPL de todas as responsabilidades, custos, danos ou outras perdas derivadas do uso dos RECURSOS.

RPL concede aos usuarios permiso para usar os RECURSOS unicamente xunto cos produtos Raspberry Pi. Queda prohibido calquera outro uso dos RECURSOS. Non se concede ningunha licenza a ningún outro RPL ou dereito de propiedade intelectual de terceiros.
ACTIVIDADES DE ALTO RISCO. Os produtos Raspberry Pi non están deseñados, fabricados nin destinados a ser utilizados en ambientes perigosos que requiren un rendemento seguro, como no funcionamento de instalacións nucleares, sistemas de navegación ou comunicación de aeronaves, control de tráfico aéreo, sistemas de armas ou aplicacións críticas para a seguridade (incluído o soporte vital). sistemas e outros dispositivos médicos), nos que a falla dos produtos pode provocar directamente a morte, danos persoais ou graves danos físicos ou ambientais (“Actividades de alto risco”). RPL renuncia específicamente a calquera garantía expresa ou implícita de aptitude para actividades de alto risco e non acepta ningunha responsabilidade polo uso ou inclusión de produtos Raspberry Pi en actividades de alto risco.

Os produtos Raspberry Pi ofrécense suxeitos ás Condicións estándar de RPL. A disposición de RPL dos RECURSOS non amplía nin modifica de ningún xeito as Condicións estándar de RPL, incluíndo, entre outras, as renuncias e garantías expresadas nelas.

Capítulo 1. Introdución

Figura 1. Representación 3D KiCad do RP2350A Deseño mínimo example

Cando presentamos por primeira vez o Raspberry Pi RP2040, tamén lanzamos un deseño "mínimo" example e guía que o acompaña Deseño de hardware con RP2040 que, con sorte, explicase como se podería usar o RP2040 nunha placa de circuíto simple e por que se fixeron as distintas eleccións de compoñentes. Coa chegada da serie RP235x, é hora de revisar o deseño orixinal RP2040 Minimal e actualizalo para ter en conta as novas funcións, e tamén para cada unha das variantes do paquete; o RP2350A co seu paquete QFN-60 e o RP2350B que é un QFN-80. De novo, estes deseños están en formato Kicad (7.0) e están dispoñibles para descargar (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

A Xunta Mínima
A placa Minimal orixinal foi un intento de proporcionar un deseño de referencia sinxelo, utilizando o mínimo de compoñentes externos necesarios para executar o RP2040 e aínda ter todo o IO exposto e accesible. Este estaba composto esencialmente por unha fonte de enerxía (un regulador lineal de 5 V a 3.3 V), un oscilador de cristal, memoria flash e conexións IO (unha toma micro USB e cabeceiras GPIO). As novas placas Minimal da serie RP235x son en gran parte as mesmas, pero con algúns cambios necesarios debido ao novo hardware. Ademais disto, e a pesar de ir algo en contra da natureza mínima do deseño, engadín un par de botóns para bootsel e run, xunto cunha cabeceira SWD separada, o que debería significar unha experiencia de depuración completamente menos frustrante nesta ocasión. Os deseños non precisan en rigor destes botóns, os sinais aínda están dispoñibles nas cabeceiras e pódense omitir se tes unha preocupación especialmente polo custo ou o espazo, ou se tes tendencias masoquistas.

Serie RP2040 vs RP235x
O cambio máis evidente está nos paquetes. Mentres que o RP2040 é un QFN-7 de 7x56 mm, a serie RP235x ten actualmente catro membros diferentes. Hai dous dispositivos que comparten o mesmo paquete QFN-60; o RP2350A que non contén almacenamento flash interno e o RP2354A que si. Do mesmo xeito, o QFN-80 tamén vén en dous sabores; o RP2354B con flash e o RP2350B sen. Os dispositivos QFN-60 e o RP2040 orixinal comparten unha herdanza comúntage.

Cada un ten 30 GPIO, catro dos cales tamén están conectados ao ADC, e teñen un tamaño de 7x7 mm. A pesar diso, o RP2350A non é un substituto para o RP2040, xa que o número de pinos en cada un é diferente. Pola contra, os chips QFN-80 teñen agora 48 GPIO, e oito deles agora son capaces de ADC. Por iso, agora temos dúas placas Minimal; un para os dispositivos de 60 pinos e outro para os 80. Estas placas Minimal están deseñadas principalmente para as pezas sen flash interno (RP2350), pero os deseños pódense usar facilmente cos dispositivos de flash interno (RP2354) simplemente omitindo o flash interno. memoria, ou incluso usándoa como dispositivo flash secundario (máis sobre isto máis tarde). Hai pouca diferenza entre as dúas placas, agás o feito de que a versión QFN-80 ten filas máis longas de cabeceiras para acomodar o GPIO adicional e, polo tanto, a placa é máis grande.

Ademais do paquete, a maior diferenza a nivel de placa entre a serie RP235x e RP2040 son as fontes de alimentación. A serie RP235x ten algúns novos pinos de alimentación e un regulador interno diferente. O regulador lineal de 100 mA do RP2040 foi substituído por un regulador de conmutación de 200 mA e, como tal, require uns circuítos moi específicos e non hai pouco coidado co deseño. Recoméndase encarecidamente que siga de preto o noso deseño e seleccións de compoñentes; xa pasamos pola dor de ter que facer varias iteracións do deseño, así que espero que non teñas que facelo.

Figura 2. Representación 3D KiCad do RP2350B Deseño mínimo example

O Deseño
A intención do deseño Minimal examples consiste en crear un par de placas sinxelas utilizando a serie RP235x, que deberían fabricarse de xeito económico e sinxelo, sen utilizar tecnoloxías PCB innecesariamente exóticas. As placas Minimal son, polo tanto, deseños de 2 capas, utilizando compoñentes que deberían estar dispoñibles habitualmente, e todos montados na parte superior da placa. Aínda que sería bo usar compoñentes grandes e facilmente soldables a man, o pequeno paso dos chips QFN (0.4 mm) significa que é inevitable usar algúns compoñentes pasivos 0402 (1005 métricos) se se usan todos os GPIO. Aínda que soldar a man os compoñentes 0402 non é demasiado difícil cun soldador decente, é case imposible soldar os QFN sen un equipo especializado.

Durante as próximas seccións, vou tentar explicar para que serve o circuíto adicional e, con sorte, como fixemos as eleccións que fixemos. Como en realidade vou falar de dous deseños separados, un para cada tamaño de paquete, tentei que as cousas fosen tan simples como puiden. Na medida do posible, todas as referencias de compoñentes para as dúas placas son idénticas, polo que se me refiro a U1, R1, etc., entón é igualmente relevante para ambas placas. A excepción obvia é cando o compoñente está só nunha das placas (en todos os casos, esta será na variante máis grande de 80 pines), entón o compoñente en cuestión só estará no deseño QFN-80; por example, R13 só aparece neste taboleiro.

Capítulo 2. Poder

As fontes de alimentación da serie RP235x e do RP2040 difieren algo nesta ocasión, aínda que na súa configuración máis sinxela, aínda require dúas fontes, 3.3 V e 1.1 V. A serie RP235x consume simultáneamente máis enerxía, xa que ten un maior rendemento e tamén máis frugal (cando está en estado de baixa potencia) que a súa predecesora, polo que o regulador lineal do RP2040 actualizouse cun regulador de conmutación. Isto permítenos unha maior eficiencia energética a maiores correntes (ata 200 mA fronte aos 100 mA anteriores).

Novo vol. en chiptage regulador

Figura 3. Sección esquemática que mostra o circuíto regulador interno

O regulador lineal do RP2040 tiña dous pinos, unha entrada de 3.3 V e unha saída de 1.1 V para subministrar o DVDD no chip. Esta vez, o regulador da serie RP235x ten cinco pinos e require algúns compoñentes externos para que funcione. Aínda que isto parece un pouco atrás en termos de usabilidade, o regulador de conmutación ten a vantaxetage de ser máis eficiente energéticamente a maiores correntes de carga.

Como o nome indica, o regulador acende e apaga rapidamente un transistor interno que conecta o vol de entrada de 3.3 V.tage (VREG_VIN) ao pin VREG_LX, e coa axuda dun indutor (L1) e dun capacitor de saída (C7), pode producir un vol de saída de CCtage que foi reducido da entrada. O pin VREG_FB supervisa o volume de saídatage, e axusta a relación on/off do ciclo de conmutación, para garantir que o voltage mantense. Como as grandes correntes pasan de VREG_VIN a VREG_LX, é necesario un gran capacitor (C6) preto da entrada, polo que non perturbamos demasiado a subministración de 3.3 V. Falando destas grandes correntes de conmutación, o regulador tamén inclúe a súa propia conexión de retorno a terra, VREG_PGND. Do mesmo xeito que con VREG_VIN e VREG_LX, a disposición desta conexión é crítica, e aínda que VREG_PGND debe conectarse á GND principal, debe facerse de forma que todas as grandes correntes de conmutación volvan directamente ao pin PGND, sen perturbar o resto de o GND demasiado.

O último pin é VREG_AVDD, que fornece o circuíto analóxico dentro do regulador, e este é moi sensible ao ruído.

Figura 4. Sección esquemática que mostra o esquema de PCB do regulador

A disposición do regulador nas placas mínimas reflicte de preto a da Raspberry Pi Pico 2. No deseño deste circuíto traballouse moito, con moitas iteracións do PCB necesarias para facelo o mellor posible. pode. Aínda que pode colocar estes compoñentes de varias formas diferentes e aínda así conseguir que o regulador "funcione" (é dicir, producir un vol de saídatage aproximadamente ao nivel correcto, o suficientemente bo como para facelo executar código), descubrimos que o noso regulador debe ser tratado exactamente da forma correcta para mantelo feliz, e por feliz, refírome a producir o volume de saída correcto.tage baixo unha gama de condicións de corrente de carga.
Mentres realizabamos os nosos experimentos sobre isto, quedamos algo decepcionados ao recordar que o inconveniente mundo da física non sempre se pode ignorar. Nós, como enxeñeiros, intentamos facer exactamente isto; simplificando compoñentes, ignorando (a miúdo) propiedades físicas insignificantes e centrándonos no seu lugar na propiedade que nos interesa. Por exemploample, unha resistencia simple non só ten unha resistencia, senón tamén inductancia, etc. No noso caso, (re)descubrimos que os indutores teñen un campo magnético asociado a eles e, o que é importante, irradia nunha dirección que depende da forma en que a bobina é enrolado, e a dirección do fluxo da corrente. Tamén nos recordou que un indutor "totalmente" blindado non significa o que pensas que podería. O campo magnético está atenuado en gran medida, pero algúns aínda escapan. Descubrimos que o rendemento do regulador podería mellorarse enormemente se o indutor é "o camiño correcto".
Acontece que o campo magnético que se emite desde un indutor "incorrecto" interfire co capacitor de saída do regulador (C7), que á súa vez altera o circuíto de control dentro do RP2350. Co indutor coa orientación correcta e o deseño preciso e as seleccións de compoñentes empregadas aquí, este problema desaparece. Sen dúbida haberá outros deseños, compoñentes, etc., que poderían funcionar cun indutor en calquera orientación, pero o máis probable é que usen moito máis espazo no PCB para facelo. Proporcionamos este deseño recomendado para aforrar á xente as moitas horas de enxeñaría que dedicamos a desenvolver e mellorar esta solución compacta e ben comportada.
Máis concretamente, imos dicir que se decide non usar o noso example, entón faino baixo o seu propio risco. Do mesmo xeito que xa facemos co RP2040 e o circuíto de cristal, onde insistimos (ben, suxerímoslle encarecidamente) que utilices unha parte determinada (faremoso de novo na sección de cristal deste documento).
A direccionalidade destes pequenos indutores é case universalmente ignorada, sendo a orientación do enrolamento da bobina imposible de deducir, e tamén distribúese aleatoriamente ao longo dunha bobina de compoñentes. Moitas veces pódese atopar que os tamaños de caixa de indutores máis grandes teñen marcas de polaridade neles, pero non puidemos atopar ningún axeitado no tamaño de caixa 0806 (2016 métrico) que escollimos. Para iso, traballamos con Abracon para producir unha parte de 3.3 μH cun punto para indicar a polaridade e, o que é importante, vir nun carrete con todos aliñados da mesma maneira. Os TBD están (ou estarán moi pronto) a disposición do público en xeral dos distribuidores. Como se mencionou anteriormente, a subministración VREG_AVDD é moi sensible ao ruído e, polo tanto, debe filtrarse. Descubrimos que como o VREG_AVDD só consume uns 200μA, un filtro RC de 33Ω e 4.7μF é adecuado.
Entón, para recapitular, os compoñentes empregados serán...
- C6, C7 e C9 – 4.7 μF (0402, 1005 métrico)
- L1 – Abracon TBD (0806, métrica 2016)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 métrico)
A folla de datos RP2350 ten unha discusión máis detallada sobre as recomendacións de deseño do regulador; consulte os requisitos de deseño de compoñentes externos e PCB.

Subministración de entrada

A conexión de alimentación de entrada para este deseño realízase a través do pin VBUS de 5 V dun conector Micro-USB (etiquetado como J1 na Figura 5). Este é un método común para alimentar dispositivos electrónicos, e aquí ten sentido, xa que o RP2350 ten a funcionalidade USB, que iremos conectando aos pinos de datos deste conector. Como só necesitamos 3.3 V para este deseño (a fonte de 1.1 V procede da interna), necesitamos baixar a fonte USB de 5 V entrante, neste caso, usando outro vol externo.tage regulador, neste caso un regulador lineal (tamén coñecido como regulador Low Drop Out ou LDO). Despois de ensalzar previamente as virtudes do uso dun regulador de conmutación eficiente, tamén podería ser unha boa opción usar un aquí tamén, pero optei pola sinxeleza. En primeiro lugar, usar un LDO é case sempre máis sinxelo. Non son necesarios cálculos para descubrir que tamaño de indutor debes usar ou que tamaño son os capacitores de saída, e o deseño adoita ser moito máis sinxelo. En segundo lugar, aforrar ata a última gota de enerxía non é o obxectivo aquí; se fose, consideraría seriamente usar un regulador de conmutación e podes atopar un example de facelo na Raspberry Pi Pico 2. E, en terceiro lugar, podo simplemente "emprestar" o circuíto que usei anteriormente na versión RP2040 da placa Minimal. O NCP1117 (U2) escollido aquí ten unha saída fixa de 3.3 V, está amplamente dispoñible e pode proporcionar ata 1 A de corrente, o que será suficiente para a maioría dos deseños. Unha ollada á folla de datos do NCP1117 indícanos que este dispositivo require un capacitor de 10μF na entrada e outro na saída (C1 e C5).

Condensadores de desacoplamento

Figura 6. Sección esquemática que mostra as entradas da fonte de alimentación do RP2350, voltage condensadores reguladores e de desacoplamento

Outro aspecto do deseño da fonte de alimentación son os capacitores de desacoplamento necesarios para o RP2350. Estes proporcionan dúas funcións básicas. En primeiro lugar, filtran o ruído da fonte de alimentación e, en segundo lugar, proporcionan unha subministración de carga local que os circuítos do RP2350 poden usar con pouco tempo. Isto impide que o voltago nivel nas inmediacións de baixar demasiado cando a demanda actual aumenta de súpeto. Debido a iso, é importante colocar o desacoplamento preto dos pinos de alimentación. Normalmente, recomendamos o uso dun capacitor de 100 nF por pin de alimentación, non obstante, desviámonos desta regra nalgúns casos.

Figura 7. Sección do deseño que mostra o enrutamento e desacoplamento do RP2350

En primeiro lugar, para poder ter espazo suficiente para que todos os pinos do chip poidan ser encamiñados fóra do dispositivo, temos que comprometer a cantidade de capacitores de desacoplamento que podemos usar. Neste deseño, os pinos 53 e 54 do RP2350A (pins 68 e 69 do RP2350B) comparten un único capacitor (C12 na Figura 7 e Figura 6), xa que non hai moito espazo nese lado do dispositivo e os compoñentes. e a disposición do regulador teñen prioridade.
Esta falta de espazo podería superarse un pouco se utilizamos tecnoloxías máis complexas/caras, como compoñentes máis pequenos, ou un PCB de catro capas con compoñentes nos lados superior e inferior. Esta é unha compensación de deseño; reducimos a complexidade e o custo, a costa de ter menos capacidade de desacoplamento, e capacitores que están un pouco máis afastados do chip do que é óptimo (isto aumenta a inductancia). Isto podería ter o efecto de limitar a velocidade máxima á que podería operar o deseño, xa que o voltagA subministración pode ser demasiado ruidosa e caer por debaixo do volume mínimo permitidotage; pero para a maioría das aplicacións, esta compensación debería ser aceptable.

A outra desviación da regra de 100nF é para que poidamos mellorar aínda máis o voltage rendemento do regulador; recomendamos usar un 4.7μF para C10, que é o que se coloca no outro lado do chip desde o regulador.

Capítulo 3. Memoria Flash

Flash primario

Figura 8. Sección esquemática que mostra a memoria flash primaria e os circuítos USB_BOOT

Para poder almacenar o código do programa que RP2350 pode iniciar e executar, necesitamos usar unha memoria flash, en concreto, unha memoria flash quad SPI. O dispositivo escollido aquí é un dispositivo W25Q128JVS (U3 na Figura 8), que é un chip de 128 Mbit (16 MB). Este é o maior tamaño de memoria que admite RP2350. Se a súa aplicación en particular non precisa de tanto almacenamento, entón pódese utilizar unha memoria máis pequena e máis barata.
Como este bus de datos pode ser de alta frecuencia e está en uso regularmente, os pinos QSPI do RP2350 deben conectarse directamente ao flash, utilizando conexións curtas para manter a integridade do sinal e tamén para reducir a diafonía nos circuítos circundantes. A diafonía é onde os sinais nunha rede de circuítos poden inducir volúmenes non desexadostages nun circuíto veciño, que pode causar erros.

O sinal QSPI_SS é un caso especial. Está conectado ao flash directamente, pero tamén ten dúas resistencias (ben, catro, pero xa falarei máis tarde) conectadas a el. O primeiro (R1) é un pull-up para a subministración de 3.3 V. A memoria flash require que a entrada de selección de chip estea ao mesmo volumetage como o seu propio pin de subministración de 3.3 V cando o dispositivo está encendido, se non, non funciona correctamente. Cando se enciende o RP2350, o seu pin QSPI_SS pasará automaticamente a un pull-up, pero hai un curto período de tempo durante o acendido no que non se pode garantir o estado do pin QSPI_SS. A adición dunha resistencia pull-up garante que este requisito sempre se cumpra. R1 está marcado como DNF (Do Not Fit) no esquema, xa que descubrimos que con este dispositivo flash en particular, a extracción externa é innecesaria. Non obstante, se se usa un flash diferente, pode ser importante poder inserir aquí unha resistencia de 10 kΩ, polo que se incluíu por se acaso.
A segunda resistencia (R6) é unha resistencia de 1 kΩ, conectada a un botón pulsador (SW1) etiquetado como "USB_BOOT". Isto débese a que o pin QSPI_SS úsase como "correa de arranque"; RP2350 comproba o valor desta E/S durante a secuencia de inicio e, se se atopa que é un 0 lóxico, RP2350 volve ao modo BOOTSEL, onde RP2350 preséntase como un dispositivo de almacenamento masivo USB e o código pódese copiar directamente a el. Se simplemente prememos o botón, tiramos o pin QSPI_SS a terra e, se o dispositivo se restablece posteriormente (por exemplo, cambiando o pin RUN), o RP2350 reiniciarase no modo BOOTSEL en lugar de tentar executar o contido do flash. Estas resistencias, R2 e R6 (tamén R9 e R10), deben colocarse preto do chip flash, polo que evitamos lonxitudes adicionais de pistas de cobre que poidan afectar o sinal.
Todo o anterior aplícase especificamente ao RP2350, que non ten flash interno. Por suposto, os dispositivos RP2354 teñen memorias flash internas de 2 MB, polo que non se precisa a memoria externa U3, polo que U3 pódese eliminar con seguridade do esquema ou simplemente deixar sen poboar. En calquera destes casos, aínda queremos manter o interruptor USB_BOOT conectado a QSPI_SS, para que poidamos entrar no modo de inicio USB.

Flash secundario ou PSRAM

A serie RP235x agora admite un segundo dispositivo de memoria que usa os mesmos pinos QSPI, cun GPIO que proporciona a selección de chip adicional. Entón, se estamos a usar un RP2354 (que ten flash interno), entón poderiamos usar U3 como flash secundario, ou incluso substituílo por un dispositivo PSRAM. Para facelo, necesitamos desconectar QSPI_SS de U3 e, no seu lugar, conectalo a un GPIO adecuado. O GPIO máis próximo capaz de ser un chip select (XIP_CS1n) é GPIO0, polo que eliminando o 0Ω de R10 e axustándoo a R9, agora podemos acceder a U3 ademais do flash no chip. Para aproveitar plenamente a vantaxetagDesta función, onde temos dous dispositivos de memoria externos para que as pezas RP2350 sen flash poidan beneficiarse, a máis grande das dúas placas Minimal, para o RP2350B, inclúe unha pegada opcional (U4) para un chip de memoria adicional.

Figura 9. Sección esquemática que mostra o dispositivo de memoria secundario opcional

Para poder usar este dispositivo, obviamente terá que estar poboado, así como R11 (0Ω) e R13 (10KΩ). A adición de R11 conecta GPIO0 (o sinal XIP_CS1n) á selección de chip da segunda memoria. O pull-up no pin de selección de chip é definitivamente necesario nesta ocasión, xa que o estado predeterminado de GPIO0 debe baixarse ao acender, o que faría que o noso dispositivo flash fallase. C22 tamén sería necesario para proporcionar un desacoplamento da fonte de enerxía local para U4.

Chips flash compatibles
A secuencia inicial da sonda flash, utilizada pola parte inferior para extraer o segundo stage de flash, usa un comando de lectura en serie 03h, con enderezo de 24 bits e un reloxo en serie de aproximadamente 1 MHz. Percorre repetidamente as catro combinacións de polaridade do reloxo e fase do reloxo, buscando un segundo s válido.tage suma de verificación CRC32.
Como o segundo stagA continuación, pode configurar a execución no lugar usando o mesmo comando de lectura en serie 03h, o RP2350 pode realizar a execución de flash en caché con calquera chip que admita a lectura en serie 03h con enderezo de 24 bits, que inclúe a maioría dos dispositivos flash da serie 25. . O SDK ofrece un exampo segundo stage para CPOL=0 CPHA=0, at https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Para admitir a programación flash usando as rutinas da parte inferior, o dispositivo tamén debe responder aos seguintes comandos:

02h Programa de páxinas de 256 bytes
05h lectura do rexistro de estado
06h establecer o pestillo de habilitación de escritura

20h 4kB borrado sector

RP2350 tamén admite unha gran variedade de modos de acceso dual-SPI e QSPI. Por example, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S configura un dispositivo da serie Winbond W25Q para o modo de lectura continua quad-IO, onde RP2350 envía enderezos quad-IO (sen prefixo de comando) e o flash responde con datos quad-IO.

Precísase algo de precaución cos modos flash XIP nos que o dispositivo flash deixa de responder aos comandos en serie estándar, como o modo de lectura continua de Winbond mencionado anteriormente. Isto pode causar problemas cando se restablece o RP2350, pero o dispositivo flash non se apaga, xa que entón o flash non responderá á secuencia de sonda de flash do bootrom. Antes de emitir a lectura en serie 03h, o bootrom sempre emite a seguinte secuencia fixa, que é a secuencia do mellor esforzo para descontinuar XIP nunha serie de dispositivos flash:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (a través de pull downs para evitar conflitos), emitir x32 reloxos
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (mediante pull-ups para evitar conflitos), emitir x32 reloxos
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (controlado por baixo-Z, todas as outras E/S Hi-Z), emitir x16 reloxos

Se o dispositivo escollido non responde a esta secuencia cando está no seu modo de lectura continua, debe manterse nun estado no que cada transferencia teña como prefixo un comando en serie, se non, o RP2350 non poderá recuperarse despois dun reinicio interno.
Para obter máis detalles sobre o QSPI, consulte QSPI Memory Interface (QMI) na folla de datos do RP2350.

Capítulo 4. Oscilador de cristal

Figura 10. Sección esquemática que mostra o oscilador de cristal e os capacitores de carga

En rigor, o RP2350 non precisa dunha fonte de reloxo externa, xa que ten o seu propio oscilador interno. Non obstante, como a frecuencia deste oscilador interno non está ben definida nin controlada, variando de chip a chip, así como con diferentes volúmenes de subministración.tages e temperaturas, recoméndase utilizar unha fonte de frecuencia externa estable. As aplicacións que dependen de frecuencias exactas non son posibles sen unha fonte de frecuencia externa, sendo o USB un exemplo principalample.
Proporcionar unha fonte de frecuencia externa pódese facer dunha das dúas formas: ben proporcionando unha fonte de reloxo cunha saída CMOS (onda cadrada de IOVDD vol.tage) no pin XIN, ou usando un cristal de 12 MHz conectado entre eles
XIN e XOUT. Usar un cristal é a opción preferida aquí, xa que ambos son relativamente baratos e moi precisos.

O cristal escollido para este deseño é un ABM8-272-T3 (Y1 na Figura 10). Este é o mesmo cristal de 12MHz usado no Raspberry Pi Pico e no Raspberry Pi Pico 2. Recomendamos encarecidamente usar este cristal xunto cos circuítos que o acompañan para garantir que o reloxo se inicie rapidamente en todas as condicións sen danar o cristal en si. O cristal ten unha tolerancia de frecuencia de 30 ppm, o que debería ser o suficientemente bo para a maioría das aplicacións. Xunto cunha tolerancia de frecuencia de +/-30 ppm, ten unha ESR máxima de 50 Ω e unha capacidade de carga de 10 pF, ambas as cales influíron na elección dos compoñentes que se acompañan.
Para que un cristal oscile á frecuencia desexada, o fabricante especifica a capacidade de carga que necesita para facelo e, neste caso, é de 10 pF. Esta capacidade de carga conséguese colocando dous capacitores de igual valor, un a cada lado do cristal a terra (C3 e C4). Desde o punto do cristal view, estes capacitores están conectados en serie entre os seus dous terminais. A teoría básica de circuítos dinos que se combinan para dar unha capacitancia de (C3*C4)/(C3+C4), e como C3=C4, entón é simplemente C3/2. Neste exampLe, usamos capacitores de 15 pF, polo que a combinación en serie é de 7.5 pF. Ademais desta capacidade de carga intencional, tamén debemos engadir un valor para a capacitancia extra non intencionada, ou capacitancia parasitaria, que obtemos das pistas da PCB e dos pinos XIN e XOUT do RP2350. Asumiremos un valor de 3pF para isto, e como esta capacidade está en paralelo a C3 e C4, simplemente engadimos isto para darnos unha capacidade de carga total de 10.5 pF, o que está o suficientemente preto do obxectivo de 10 pF. Como podes ver, a capacidade parasitaria dos rastros do PCB é un factor e, polo tanto, necesitamos mantelos pequenos para non alterar o cristal e deixar de oscilar como se pretende. Tenta manter o deseño o máis curto posible.
A segunda consideración é a ESR máxima (resistencia en serie equivalente) do cristal. Optamos por un dispositivo cun máximo de 50Ω, xa que comprobamos que este, xunto cunha resistencia en serie de 1kΩ (R2), é un bo valor para evitar que o cristal se sobrepase e se dane cando se utiliza un IOVDD. nivel de 3.3 V. Non obstante, se IOVDD é inferior a 3.3 V, a corrente de unidade dos pinos XIN/XOUT redúcese e descubrirá que o ampa lititude do cristal é menor, ou pode nin sequera oscilar en absoluto. Neste caso, será necesario utilizar un valor menor da resistencia en serie. Calquera desviación do circuíto de cristal mostrado aquí, ou cun nivel de IOVDD distinto de 3.3 V, requirirá probas exhaustivas para garantir que o cristal oscila en todas as condicións e que se inicie o suficientemente rápido como para non causar problemas coa súa aplicación.

Cristal recomendado

Para deseños orixinais que usan RP2350 recomendamos usar o Abracon ABM8-272-T3. Por example, ademais do deseño mínimo example, consulte o esquema da placa Pico 2 no apéndice B da folla de datos de Raspberry Pi Pico 2 e o deseño de Pico 2 files.
Para obter o mellor rendemento e estabilidade nos intervalos de temperatura de funcionamento típicos, use o Abracon ABM8-272-T3. Pode obter o ABM8-272-T3 directamente de Abracon ou dun revendedor autorizado. Pico 2 foi axustado específicamente para o ABM8-272-T3, que ten as seguintes especificacións:

Aínda que uses un cristal con especificacións similares, terás que probar o circuíto nun rango de temperaturas para garantir a estabilidade.
O oscilador de cristal é alimentado desde o IOVDD voltage. Como resultado, o cristal de Abracon e ese particular dampresistencia de ing están sintonizadas para operación de 3.3 V. Se usa un IO voltage, terás que volver sintonizar.
Calquera cambio nos parámetros do cristal corre un risco de inestabilidade en calquera dos compoñentes conectados ao circuíto de cristal.

Se non pode obter o cristal recomendado directamente de Abracon ou dun revendedor, póñase en contacto applications@raspberrypi.com.

Capítulo 5. IOs

USB
Figura 11. Sección esquemática que mostra os pinos USB do RP2350 e a terminación en serie

O RP2350 proporciona dous pinos para usar para USB de velocidade máxima (FS) ou baixa velocidade (LS), xa sexa como host ou dispositivo, dependendo do software utilizado. Como xa comentamos, o RP2350 tamén pode iniciarse como un dispositivo de almacenamento masivo USB, polo que ten sentido conectar estes pinos ao conector USB (J1 na Figura 5). Os pinos USB_DP e USB_DM do RP2350 non requiren pull-ups ou pull-downs adicionais (necesarios para indicar velocidade, FS ou LS, ou se é un host ou dispositivo), xa que están integrados nas E/S. Non obstante, estas E/S requiren resistencias de terminación en serie de 27Ω (R7 e R8 na Figura 11), situadas preto do chip, para cumprir coa especificación de impedancia USB.
Aínda que o RP2350 está limitado á velocidade máxima de datos (12 Mbps), debemos intentar asegurarnos de que a impedancia característica das liñas de transmisión (as pistas de cobre que conectan o chip ao conector) estean próximas á
Especificación USB de 90Ω (medido diferencialmente). Nunha placa de 1 mm de grosor como esta, se usamos pistas de 0.8 mm de ancho en USB_DP e USB_DM, cunha separación de 0.15 mm entre elas, deberíamos obter unha impedancia característica diferencial duns 90Ω. Isto é para garantir que os sinais poden viaxar por estas liñas de transmisión o máis limpo posible, minimizando o voltage reflexos que poden reducir a integridade do sinal. Para que estas liñas de transmisión funcionen correctamente, debemos asegurarnos de que directamente debaixo destas liñas hai un chan. Unha zona sólida e ininterrompida de cobre moído, que se estende por toda a lonxitude da pista. Neste deseño, case a totalidade da capa inferior de cobre está dedicada ao chan, e tivo especial coidado para garantir que as pistas USB non pasen máis que terra. Se se escolle un PCB de máis de 1 mm de grosor para a súa construción, temos dúas opcións. Poderíamos redeseñar as liñas de transmisión USB para compensar a maior distancia entre a pista e o chan debaixo (o que podería ser unha imposibilidade física), ou poderiamos ignoralo e esperar o mellor. USB FS pode ser bastante indulgente, pero a túa quilometraxe pode variar. É probable que funcione en moitas aplicacións, pero probablemente non cumpra co estándar USB.

Cabeceiras de E/S

Figura 12. Sección esquemática que mostra as cabeceiras de E/S de 2.54 mm da versión QFN60

Ademais do conector USB xa mencionado, hai un par de cabeceiras de dobre fila de 2.54 mm (J2 e J3 na Figura 12), un a cada lado da placa, aos que se conectaron o resto da E/S. Hai 30 GPIO no RP2350A, mentres que hai 48 GPIO no RP2350B, polo que as cabeceiras desta versión da placa Minimal son máis grandes para permitir os pinos adicionais (consulta a Figura 13).
Como este é un deseño de propósito xeral, sen ningunha aplicación particular en mente, as E/S puxéronse a disposición para conectarse segundo o desexa o usuario. A fila interior de pinos de cada cabeceira son as E/S, e a fila exterior está conectada a terra. É unha boa práctica incluír moitos motivos nos conectores de E/S. Isto axuda a manter un terreo de baixa impedancia, e tamén a proporcionar moitos camiños potenciais de retorno para as correntes que viaxan cara e dende o
Conexións de E/S. Isto é importante para minimizar as interferencias electromagnéticas que poden ser causadas polas correntes de retorno dos sinais de conmutación rápida que levan longos camiños en bucle para completar o circuíto.

Ambas cabeceiras están na mesma reixa de 2.54 mm, o que facilita a conexión desta placa a outras cousas, como placas de proba. Quizais queira considerar instalar só un cabezal dunha fila en lugar do cabezal de dúas filas, prescindindo da fila exterior de conexións de terra, para que sexa máis cómodo axustar a placa.

Figura 13. Sección esquemática que mostra as cabeceiras de E/S de 2.54 mm da versión QFN80

Conector de depuración

Figura 14. Sección esquemática que mostra o conector JST opcional para a depuración SWD

Para a depuración no chip, pode querer conectarse á interface SWD do RP2350. Os dous pinos, SWD e SWCLK, están dispoñibles na cabeceira de 2.54 mm, J3, para permitir que a sonda de depuración que elixas se conecte facilmente. Ademais disto, incluín unha cabeceira JST opcional, que permite unha conexión sinxela a Raspberry Pi Debug Probe. Non necesitas usar isto, as cabeceiras de 2.54 mm serán suficientes se queres depurar o software, pero paréceme máis cómodo facelo. Elixín un conector horizontal, sobre todo porque me gusta o seu aspecto, aínda que non estea no bordo da placa, pero hai dispoñibles verticais, aínda que cunha pegada lixeiramente diferente.

Botóns
O deseño Minimal agora contén non un, senón dous botóns, onde a versión RP240 non tiña ningún. Un deles é para a selección de inicio USB como comentamos anteriormente, pero o segundo é un botón de "reiniciar", conectado ao pin RUN. Ningún dos dous son estritamente necesarios (aínda que o botón BOOTSEL tería que substituírse por un encabezado ou similar se fose necesario o modo de inicio USB), e pódese eliminar se o espazo ou o custo son unha preocupación, pero certamente fan que o uso do RP2350 sexa moito. experiencia máis agradable.