Priručnik s uputama za mikrokontroler Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Poglavlje 1: Uvod
Serija RP2350 nudi različite opcije paketa u usporedbi sa serijom RP2040. RP2350A i RP2354A dolaze u QFN-60 pakiranju bez odnosno s internom flash memorijom, dok RP2354B i RP2350B dolaze u QFN-80 kutiji sa i bez flash memorije.

Poglavlje 2: Snaga
Serija RP2350 ima novi preklopni voltage regulator s pet pinova. Ovaj regulator zahtijeva vanjske komponente za rad, ali nudi veću energetsku učinkovitost pri većim strujama opterećenja u usporedbi s linearnim regulatorom u seriji RP2040. Obratite pozornost na osjetljivost na šum u pinu VREG_AVDD koji napaja analogni sklop.

Često postavljana pitanja (FAQ)

P: Koja je glavna razlika između RP2350A i RP2350B?
O: Glavna razlika leži u prisutnosti unutarnje flash memorije. RP2350A nema unutarnju flash memoriju dok RP2350B ima.
P: Koliko pinova ima voltage regulator u seriji RP2350 imate?
O: VoltagRegulator u seriji RP2350 ima pet pinova.

Dizajn hardvera s RP2350 Korištenje RP2350 mikrokontrolera za izradu ploča i proizvoda

Znak štampara

Ova je dokumentacija licencirana pod licencom Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). datum izrade: 2024-08-08 verzija izgradnje: c0acc5b-clean
Obavijest o odricanju od pravne odgovornosti

TEHNIČKE PODATKE I PODATKE O POUZDANOSTI ZA RASPBERRY PI PROIZVODE (UKLJUČUJUĆI PODATKOVNE TABLICE) POVREMENO MODIFICIRANE (“RESURSI”) PRUŽA RASPBERRY PI LTD (“RPL”) “KAKVI JESU” I SVA IZRIČITA ILI PODRAZUMEVANA JAMSTVA, UKLJUČUJUĆI, ALI NE OGRANIČENO TO, IMPLICIRANA JAMSTVA O PRODAJI I PRIKLADNOSTI ZA ODREĐENU NAMJENU SE ODRICU. U MAKSIMALNOJ MJERI DOPUŠTENOJ PRIMJENJIVIM ZAKONOM, RPL NI U KOJEM SLUČAJU NEĆE BITI ODGOVORAN ZA BILO KAKVU IZRAVNU, NEIZRAVNU, SLUČAJNU, POSEBNU, EKZEMPLARNU ILI POSLJEDIČNU ŠTETU (UKLJUČUJUĆI, ALI NE OGRANIČAVAJUĆI SE NA NABAVU ZAMJENSKE ROBE ILI USLUGE). ICES; GUBITAK KORIŠTENJA PODATAKA , Ili profit; TAKVE ŠTETE.
RPL pridržava pravo na bilo kakva poboljšanja, poboljšanja, ispravke ili bilo koje druge izmjene RESURSA ili bilo kojih proizvoda opisanih u njima u bilo koje vrijeme i bez daljnje obavijesti.
RESURSI su namijenjeni vještim korisnicima s odgovarajućom razinom znanja o dizajnu. Korisnici su isključivo odgovorni za svoj odabir i korištenje RESURSA i svaku primjenu proizvoda opisanih u njima. Korisnik je suglasan nadoknaditi i osloboditi RPL od svih obveza, troškova, šteta ili drugih gubitaka proizašlih iz njihove upotrebe RESURSA.

RPL daje korisnicima dopuštenje za korištenje RESURSA isključivo u kombinaciji s Raspberry Pi proizvodima. Sva druga uporaba RESURSA je zabranjena. Ne dodjeljuje se licenca za bilo koji drugi RPL ili druga prava intelektualnog vlasništva treće strane.
VISOKO RIZIČNE AKTIVNOSTI. Proizvodi Raspberry Pi nisu dizajnirani, proizvedeni niti namijenjeni za upotrebu u opasnim okruženjima koja zahtijevaju sigurnosne performanse, kao što je rad nuklearnih postrojenja, zrakoplovnih navigacijskih ili komunikacijskih sustava, kontrola zračnog prometa, sustavi naoružanja ili aplikacije kritične za sigurnost (uključujući održavanje života sustavi i drugi medicinski uređaji), kod kojih kvar proizvoda može dovesti izravno do smrti, tjelesne ozljede ili ozbiljne fizičke ili ekološke štete ("Aktivnosti visokog rizika"). RPL se izričito odriče bilo kakvog izričitog ili implicitnog jamstva prikladnosti za visokorizične aktivnosti i ne prihvaća nikakvu odgovornost za korištenje ili uključivanje Raspberry Pi proizvoda u visokorizične aktivnosti.

Raspberry Pi proizvodi podliježu Standardnim uvjetima RPL-a. RPL-ovo pružanje RESURSA ne proširuje niti na drugi način modificira RPL-ove Standardne uvjete uključujući, ali ne ograničavajući se na odricanje od odgovornosti i jamstva izražena u njima.

Poglavlje 1. Uvod

Slika 1. KiCad 3D prikaz minimalnog dizajna RP2350A prample

Kada smo prvi put predstavili Raspberry Pi RP2040, također smo objavili 'Minimalni' dizajn example i popratni vodič Dizajn hardvera s RP2040 koji je, nadamo se, objasnio kako se RP2040 može koristiti u jednostavnoj tiskanoj ploči i zašto su napravljeni različiti izbori komponenti. S dolaskom serije RP235x, vrijeme je da se ponovno pogleda originalni dizajn RP2040 Minimal i da se ažurira kako bi se uzele u obzir nove značajke, a također i za svaku od varijanti paketa; RP2350A sa svojim QFN-60 paketom i RP2350B koji je QFN-80. Opet, ovi dizajni su u Kicad (7.0) formatu i dostupni su za preuzimanje (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Minimalna ploča
Izvorna ploča Minimal bila je pokušaj pružanja jednostavnog referentnog dizajna, korištenjem minimuma vanjskih komponenti potrebnih za rad RP2040 i još uvijek da su svi IO-i izloženi i dostupni. To se u biti sastojalo od izvora napajanja (linearni regulator od 5 V do 3.3 V), kristalnog oscilatora, flash memorije i IO veza (mikro USB utičnica i GPIO zaglavlja). Nove Minimal ploče serije RP235x uglavnom su iste, ali uz neke promjene potrebne zbog novog hardvera. Uz ovo, i unatoč tome što se donekle protivim minimalističkoj prirodi dizajna, dodao sam nekoliko gumba za bootsel i run, zajedno s zasebnim SWD zaglavljem, što bi ovaj put trebalo značiti potpuno manje frustrirajuće iskustvo otklanjanja pogrešaka. Dizajni, striktno govoreći, ne trebaju ove gumbe, signali su i dalje dostupni na zaglavljima i mogu se izostaviti ako ste posebno svjesni troškova ili prostora ili imate mazohističke sklonosti.

RP2040 protiv RP235x serije
Najočitija promjena je u pakiranjima. Dok je RP2040 7x7mm QFN-56, serija RP235x trenutno ima četiri različita člana. Postoje dva uređaja koji dijele isti QFN-60 paket; RP2350A koji ne sadrži unutarnju flash memoriju i RP2354A koji ima. Slično tome, QFN-80 također dolazi u dva okusa; RP2354B s bljeskalicom i RP2350B bez. QFN-60 uređaji i originalni RP2040 dijele zajedničko nasljeđetage.

Svaki ima 30 GPIO-a, od kojih su četiri također spojena na ADC, a veličine su 7x7 mm. Unatoč tome, RP2350A nije zamjena za RP2040 jer je broj pinova na svakom drugačiji. Nasuprot tome, QFN-80 čipovi sada imaju 48 GPIO-a, a osam od njih sada podržava ADC. Zbog toga sada imamo dvije Minimal ploče; jedan za 60 pinske uređaje, a jedan za 80. Ove Minimal ploče prvenstveno su dizajnirane za dijelove bez interne bljeskalice (RP2350), međutim dizajn se lako može koristiti s internim bljeskalicama (RP2354) jednostavnim izostavljanjem ugrađene bljeskalice memorije ili ga čak koristiti kao sekundarni flash uređaj (više o tome kasnije). Mala je razlika između dvije ploče, osim činjenice da verzija QFN-80 ima duže redove zaglavlja za smještaj dodatnog GPIO-a, pa je ploča stoga veća.

Osim paketa, najveća razlika na razini ploče između RP235x serije i RP2040 su napajanja. Serija RP235x ima neke nove pinove za napajanje i drugačiji interni regulator. Linearni regulator od 100 mA u RP2040 zamijenjen je prekidačkim regulatorom od 200 mA, i kao takav, zahtijeva neke vrlo specifične strujne krugove, a nije malo pažnje posvećeno rasporedu. Toplo se preporučuje da pažljivo pratite naš izgled i odabir komponenti; već smo prošli kroz bol zbog nekoliko ponavljanja dizajna, pa se nadamo da nećete morati.

Slika 2. KiCad 3D renderiranje RP2350B Minimal dizajna nprample

Dizajn
Namjera Minimal dizajna exampCilj je stvoriti par jednostavnih ploča koristeći seriju RP235x, koje bi trebale biti jeftine i lake za proizvodnju, bez korištenja nepotrebno egzotičnih PCB tehnologija. Minimalne ploče su stoga dvoslojne konstrukcije, koriste komponente koje bi trebale biti uobičajeno dostupne, a sve su montirane na gornjoj strani ploče. Iako bi bilo lijepo koristiti velike komponente koje se lako leme ručno, mali korak QFN čipova (2 mm) znači da je korištenje nekih 0.4 (0402 metričkih) pasivnih komponenti neizbježno ako se žele koristiti svi GPIO-ovi. Iako ručno lemljenje 1005 komponenti nije previše izazovno s pristojnim lemilom, gotovo je nemoguće lemiti QFN-ove bez specijalizirane opreme.

U sljedećih nekoliko odjeljaka, pokušat ću objasniti čemu služe dodatni sklopovi i, nadam se, kako smo došli do izbora koje smo napravili. Budući da ću zapravo govoriti o dva odvojena dizajna, po jedan za svaku veličinu pakiranja, pokušao sam stvari održati što jednostavnijim. Koliko god je to moguće, sve reference komponenti za dvije ploče su identične, pa ako se pozivam na U1, R1 itd., onda je to jednako relevantno za obje ploče. Očigledna je iznimka kada je komponenta samo na jednoj od ploča (u svim slučajevima, to će biti na većoj 80 pinskoj varijanti), tada će dotična komponenta biti samo na QFN-80 dizajnu; na primjerample, R13 se pojavljuje samo na ovoj ploči.

Poglavlje 2. Snaga

Napajanja serije RP235x i RP2040 ovoga se puta ponešto razlikuju, iako u najjednostavnijoj konfiguraciji i dalje zahtijeva dva napajanja, 3.3 V i 1.1 V. Serija RP235x istovremeno je više gladna energije, budući da ima veću izvedbu, a također je i štedljivija (kada je u stanju niske snage) od svoje prethodnice, pa je linearni regulator na RP2040 nadograđen prekidačkim regulatorom. To nam omogućuje veću energetsku učinkovitost pri višim strujama (do 200 mA u usporedbi s prijašnjih 100 mA).

Novi na čipu voltage regulator

Slika 3. Shematski presjek koji prikazuje krug unutarnjeg regulatora

Linearni regulator RP2040 imao je dva pina, 3.3 V ulaz i 1.1 V izlaz za napajanje DVD-a na čipu. Ovaj put, regulator serije RP235x ima pet pinova i zahtijeva neke vanjske komponente da bi radio. Iako se ovo čini pomalo korak unatrag u smislu upotrebljivosti, prekidački regulator ima prednosttage da budu energetski učinkovitiji pri većim strujama opterećenja.

Kao što naziv sugerira, regulator brzo uključuje i isključuje interni tranzistor koji povezuje 3.3 V ulazni voltage (VREG_VIN) na pin VREG_LX, a uz pomoć induktora (L1) i izlaznog kondenzatora (C7), može proizvesti istosmjernu izlaznu vol.tage koji je spušten s ulaza. Pin VREG_FB prati izlazni voltage, i prilagođava omjer uključivanje/isključivanje ciklusa uključivanja, kako bi se osiguralo da zahtijevani voltage se održava. Kako se velike struje prebacuju s VREG_VIN na VREG_LX, potreban je veliki kondenzator (C6) blizu ulaza, tako da ne remetimo previše napajanje od 3.3 V. Govoreći o ovim velikim sklopnim strujama, regulator također dolazi s vlastitim povratnim priključkom za uzemljenje, VREG_PGND. Slično s VREG_VIN i VREG_LX, raspored ove veze je kritičan, i dok se VREG_PGND mora spojiti na glavni GND, to mora biti učinjeno na takav način da se sve velike sklopne struje vraćaju izravno na PGND pin, bez ometanja ostatka GND previše.

Zadnji pin je VREG_AVDD, koji opskrbljuje analogni sklop unutar regulatora, a on je vrlo osjetljiv na šum.

Slika 4. Shematski dio koji prikazuje PCB raspored regulatora

Raspored regulatora na minimalnim pločama vrlo je sličan rasporedu Raspberry Pi Pico 2. Puno je posla uloženo u dizajn ovog sklopa, s mnogo ponavljanja PCB-a potrebnih kako bi bio što bolji. može. Iako možete postaviti te komponente na različite načine i svejedno natjerati regulator da 'radi' (tj. proizvesti izlaznu vol.tage na otprilike odgovarajućoj razini, dovoljno dobro da pokrene kod), otkrili smo da s našim regulatorom treba postupati na točno ispravan način kako bi bio sretan, a pod sretnim, mislim na proizvodnju ispravnog izlaznog vol.tage pod nizom uvjeta struje opterećenja.
Dok smo izvodili naše pokuse o tome, bili smo pomalo razočarani podsjećanjem da se nezgodan svijet fizike ne može uvijek ignorirati. Mi, kao inženjeri, uglavnom pokušavamo i radimo upravo to; pojednostavljivanje komponenti, ignoriranje (često) beznačajnih fizičkih svojstava i umjesto toga fokusiranje na svojstvo koje nas zanima. Na pr.amprecimo, jednostavan otpornik nema samo otpor, već i induktivitet, itd. U našem slučaju, (ponovno) smo otkrili da induktori imaju magnetsko polje povezano s njima, i što je još važnije, zrači u smjeru ovisno o tome na koji je način zavojnica je namotan, i smjer toka struje. Također smo se podsjetili da "potpuno" oklopljeni induktor ne znači ono što mislite da bi mogao. Magnetsko polje je u velikoj mjeri oslabljeno, ali nešto ipak pobjegne. Utvrdili smo da bi se performanse regulatora mogle značajno poboljšati ako je induktor "ispravan".
Ispostavilo se da magnetsko polje koje emitira induktor u 'pogrešnom smjeru' ometa izlazni kondenzator regulatora (C7), što zauzvrat remeti upravljački krug unutar RP2350. S pravilnom orijentacijom induktora i preciznim rasporedom i odabirom komponenti koji se ovdje koriste, ovaj problem nestaje. Nedvojbeno će biti drugih rasporeda, komponenti, itd., koji bi mogli raditi s induktorom u bilo kojoj orijentaciji, ali će najvjerojatnije koristiti puno više PCB prostora kako bi to učinili. Osigurali smo ovaj preporučeni izgled kako bismo ljudima uštedjeli mnoge inženjerske sate koje smo proveli razvijajući i usavršavajući ovo kompaktno rješenje koje se dobro ponaša.
Štoviše, idemo toliko daleko da kažemo da ako odlučite ne koristiti našeg bivšegample, onda to činite na vlastitu odgovornost. Slično kao što već radimo s RP2040 i kristalnim krugom, gdje inzistiramo (dobro, snažno predlažemo) da koristite određeni dio (učinit ćemo to ponovno u odjeljku o kristalima ovog dokumenta).
Usmjeravanje ovih malih induktora uglavnom se univerzalno zanemaruje, s orijentacijom namota svitka koje je nemoguće zaključiti, a također je nasumično raspoređen duž koluta komponenti. Veće veličine kućišta induktora često imaju oznake polariteta, no nismo mogli pronaći odgovarajuće u veličini kućišta 0806 (2016.) koju smo odabrali. U tu smo svrhu surađivali s Abraconom na proizvodnji dijela od 3.3 μH s točkom koja označava polaritet, i što je još važnije, dolazimo na kolut sa svim poravnatim na isti način. TBD su (ili će vrlo brzo) biti dostupni široj javnosti od distributera. Kao što je ranije spomenuto, napajanje VREG_AVDD je vrlo osjetljivo na šum i stoga ga treba filtrirati. Utvrdili smo da, budući da VREG_AVDD troši samo oko 200 μA, RC filtar od 33 Ω i 4.7 μF je prikladan.
Dakle, da rezimiramo, korištene komponente će biti...
- C6, C7 & C9 – 4.7 μF (0402, 1005 metrički)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016.)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metrički)
Podatkovna tablica RP2350 sadrži detaljniju raspravu o preporukama za raspored regulatora, molimo pogledajte Zahtjevi za izgled vanjskih komponenti i PCB-a.

Ulazna opskrba

Priključak ulaznog napajanja za ovaj dizajn je preko 5V VBUS pina mikro-USB konektora (označenog J1 na slici 5). Ovo je uobičajena metoda napajanja elektroničkih uređaja i ovdje ima smisla jer RP2350 ima USB funkciju koju ćemo spojiti na podatkovne pinove ovog konektora. Budući da nam treba samo 3.3 V za ovaj dizajn (napajanje od 1.1 V dolazi iz internog), moramo smanjiti dolazni 5 V USB izvor, u ovom slučaju, koristeći drugi, vanjski vol.tagRegulator, u ovom slučaju linearni regulator (tzv. Low Drop Out regulator ili LDO). Nakon što sam prethodno veličao vrline korištenja učinkovitog prekidačkog regulatora, mogao bi biti mudar izbor koristiti ga i ovdje, ali ja sam se odlučio za jednostavnost. Prvo, korištenje LDO-a gotovo je uvijek lakše. Nisu potrebni izračuni da biste utvrdili koju veličinu induktora trebate koristiti ili koliki su izlazni kondenzatori, a i raspored je obično puno jednostavniji. Drugo, ušteda svake posljednje kapi energije nije ovdje cilj; da jest, ozbiljno bih razmislio o korištenju sklopnog regulatora, a ti možeš naći exampI treće, mogu jednostavno 'posuditi' sklop koji sam prethodno koristio na RP2 verziji Minimal ploče. NCP2040 (U1117) odabran ovdje ima fiksni izlaz od 2 V, široko je dostupan i može dati do 3.3 A struje, što će biti dovoljno za većinu dizajna. Pogled na podatkovnu tablicu za NCP1 govori nam da ovaj uređaj zahtijeva kondenzator od 1117 μF na ulazu i još jedan na izlazu (C10 i C1).

Kondenzatori za odvajanje

Slika 6. Shematski odjeljak koji prikazuje ulaze napajanja RP2350, voltage regulator i kondenzatori za odvajanje

Drugi aspekt dizajna napajanja su kondenzatori za razdvajanje potrebni za RP2350. Oni pružaju dvije osnovne funkcije. Kao prvo, oni filtriraju šum napajanja, a kao drugo, osiguravaju lokalno napajanje koje krugovi unutar RP2350 mogu koristiti u kratkom roku. Time se sprječava voltagRazina u neposrednoj blizini od prevelikog pada kada trenutna potražnja iznenada poraste. Zbog toga je važno postaviti odvajanje blizu pinova za napajanje. Obično preporučujemo korištenje kondenzatora od 100 nF po pinu napajanja, međutim, u nekoliko slučajeva odstupamo od ovog pravila.

Slika 7. Dio izgleda koji prikazuje usmjeravanje i odvajanje RP2350

Prvo, kako bismo mogli imati dovoljno prostora da se svi pinovi čipa mogu izvesti van, dalje od uređaja, moramo napraviti kompromis s količinom kondenzatora za odvajanje koje možemo koristiti. U ovom dizajnu, pinovi 53 i 54 RP2350A (pinovi 68 i 69 RP2350B) dijele jedan kondenzator (C12 na slici 7 i slici 6), jer nema puno mjesta na toj strani uređaja, a komponente i izgled regulatora imaju prednost.
Ovaj nedostatak prostora mogao bi se donekle prevladati ako bismo upotrijebili složeniju/skuplju tehnologiju, poput manjih komponenti ili četveroslojne PCB ploče s komponentama na gornjoj i donjoj strani. Ovo je kompromis u dizajnu; smanjili smo složenost i cijenu, na račun manjeg odvajajućeg kapaciteta i kondenzatora koji su malo dalje od čipa nego što je optimalno (ovo povećava induktivitet). To bi moglo imati učinak ograničavanja maksimalne brzine na kojoj dizajn može raditi, kao što je voltagOpskrba bi mogla postati previše bučna i pasti ispod minimalne dopuštene zapreminetage; ali za većinu aplikacija, ovaj kompromis bi trebao biti prihvatljiv.

Drugo odstupanje od pravila 100nF je da možemo dodatno poboljšati voltage performanse regulatora; preporučujemo korištenje 4.7μF za C10, koji se nalazi s druge strane čipa od regulatora.

Poglavlje 3. Flash memorija

Primarni bljesak

Slika 8. Shematski odjeljak koji prikazuje primarnu flash memoriju i USB_BOOT sklop

Kako bismo mogli pohraniti programski kod s kojeg se RP2350 može dignuti i pokrenuti, moramo koristiti flash memoriju, točnije, quad SPI flash memoriju. Ovdje odabrani uređaj je W25Q128JVS uređaj (U3 na slici 8), koji je 128Mbitni čip (16MB). Ovo je najveća veličina memorije koju RP2350 može podržati. Ako vašoj određenoj aplikaciji nije potrebno toliko prostora za pohranu, umjesto nje se može koristiti manja, jeftinija memorija.
Budući da ova podatkovna sabirnica može biti prilično visoke frekvencije i redovito se koristi, QSPI pinovi RP2350 trebali bi biti spojeni izravno na bljeskalicu, koristeći kratke veze kako bi se održao integritet signala, a također kako bi se smanjilo preslušavanje u okolnim krugovima. Preslušavanje je mjesto gdje signali na mreži jednog kruga mogu izazvati neželjenu voltagna susjednom strujnom krugu, što može uzrokovati pojavu grešaka.

QSPI_SS signal je poseban slučaj. Spojen je izravno na bljeskalicu, ali ima i dva otpornika (dobro, četiri, ali o tome ću kasnije) spojena na njega. Prvi (R1) je povlačenje do napajanja od 3.3 V. Flash memorija zahtijeva da ulaz za odabir čipa bude na istoj voltage kao vlastiti pin za napajanje od 3.3 V dok je uređaj uključen, inače ne radi ispravno. Kada se RP2350 uključi, njegov QSPI_SS pin će se automatski postaviti na povlačenje, ali postoji kratko vremensko razdoblje tijekom uključivanja u kojem se stanje QSPI_SS pina ne može jamčiti. Dodatak pull-up otpornika osigurava da će ovaj zahtjev uvijek biti zadovoljen. R1 je označen kao DNF (Do Not Fit) na shemi, jer smo otkrili da je s ovim određenim bljeskalicom vanjsko povlačenje nepotrebno. Međutim, ako se koristi drugačija bljeskalica, moglo bi postati važno da ovdje možete umetnuti otpornik od 10 kΩ, pa je on uključen za svaki slučaj.
Drugi otpornik (R6) je otpornik od 1kΩ, spojen na tipku (SW1) s oznakom 'USB_BOOT'. To je zato što se QSPI_SS pin koristi kao 'remen za podizanje'; RP2350 provjerava vrijednost ovog I/O tijekom sekvence pokretanja i ako se ustanovi da je logička 0, tada se RP2350 vraća u BOOTSEL mod, gdje se RP2350 predstavlja kao USB uređaj za masovnu pohranu, a kod se može izravno kopirati na to. Ako jednostavno pritisnemo gumb, povlačimo QSPI_SS pin na masu, a ako se uređaj zatim naknadno resetira (npr. prebacivanjem RUN pina), RP2350 će se ponovno pokrenuti u BOOTSEL modu umjesto da pokuša pokrenuti sadržaj flasha. Ove otpornike, R2 i R6 (R9 i R10 također), treba postaviti blizu flash čipa, tako da izbjegavamo dodatne duljine bakrenih staza koje bi mogle utjecati na signal.
Sve navedeno posebno se odnosi na RP2350 koji nema internu bljeskalicu. Naravno, uređaji RP2354 imaju interne 2MB flash memorije, tako da vanjska U3 memorija nije potrebna, tako da se U3 može sigurno ukloniti iz sheme ili jednostavno ostaviti nepopunjenom. U bilo kojem od ovih slučajeva, i dalje bismo željeli zadržati USB_BOOT sklopku povezanom s QSPI_SS, tako da još uvijek možemo ući u USB način pokretanja.

Sekundarni flash ili PSRAM

Serija RP235x sada podržava drugi memorijski uređaj koji koristi iste QSPI pinove, s GPIO-om koji omogućuje izbor dodatnog čipa. Dakle, ako koristimo RP2354 (koji ima unutarnju bljeskalicu), tada bismo mogli koristiti U3 kao sekundarnu bljeskalicu ili ga čak zamijeniti PSRAM uređajem. Da bismo to učinili, moramo odspojiti QSPI_SS s U3 i spojiti ga na odgovarajući GPIO. Najbliži GPIO koji može biti odabir čipa (XIP_CS1n) je GPIO0, tako da uklanjanjem 0Ω iz R10 i postavljanjem na R9, sada možemo pristupiti U3 uz flash na čipu. Kako bi se u potpunosti iskoristio advantagOd ove značajke, gdje imamo dva eksterna memorijska uređaja tako da dijelovi RP2350 bez flash-a mogu imati koristi, veća od dvije Minimal ploče, za RP2350B, uključuje izborni otisak (U4) za dodatni memorijski čip.

Slika 9. Shematski odjeljak koji prikazuje dodatni sekundarni memorijski uređaj

Da biste mogli koristiti ovaj uređaj, on će očito morati biti popunjen, kao i R11 (0Ω), i R13 (10KΩ). Dodavanje R11 povezuje GPIO0 (signal XIP_CS1n) s odabirom čipa druge memorije. Podizanje pina za odabir čipa definitivno je potrebno ovaj put, budući da je zadano stanje GPIO0 da se povuče nisko pri uključivanju, što bi uzrokovalo kvar našeg flash uređaja. C22 bi također bio potreban za osiguranje lokalnog odvajanja napajanja za U4.

Podržani flash čipovi
Početni niz bljeskalice, koju dno koristi za izdvajanje drugog stage iz flash-a, koristi naredbu za serijsko čitanje 03h, s 24-bitnim adresiranjem i serijskim taktom od približno 1MHz. Više puta kruži kroz četiri kombinacije polariteta sata i faze sata, tražeći valjanu sekundu stage CRC32 kontrolni zbroj.
Kao drugi stage tada može slobodno konfigurirati izvršavanje na mjestu koristeći istu naredbu 03h serijskog čitanja, RP2350 može izvesti predmemorirano flash izvršavanje na mjestu s bilo kojim čipom koji podržava 03h serijsko čitanje s 24-bitnim adresiranjem, što uključuje većinu flash uređaja serije 25 . SDK pruža example drugi stage za CPOL=0 CPHA=0, na https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Kako bi podržao flash programiranje pomoću rutina na dnu, uređaj također mora odgovoriti na sljedeće naredbe:

02h Program stranice od 256 bajta
05h statusni registar očitan
06h postavite zasun za omogućavanje pisanja

20h 4kB brisanje sektora

RP2350 također podržava širok izbor dual-SPI i QSPI načina pristupa. Na primjerample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S konfigurira uređaj serije Winbond W25Q za quad-IO kontinuirani način čitanja, gdje RP2350 šalje quad-IO adrese (bez prefiksa naredbe), a flash odgovara s quad-IO podacima.

Potreban je određeni oprez s flash XIP modovima gdje flash uređaj prestaje reagirati na standardne serijske naredbe, kao što je gore spomenut Winbond kontinuirani mod čitanja. To može uzrokovati probleme kada se RP2350 resetira, ali se uređaj za bljeskalicu ne uključi, jer bljeskalica tada neće reagirati na sekvencu sonde bljeskalice bootrom-a. Prije izdavanja 03h serijskog čitanja, bootrom uvijek izdaje sljedeći fiksni slijed, što je najbolji slijed za prekid XIP-a na nizu flash uređaja:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (preko povlačenja kako bi se izbjeglo nadmetanje), problem ×32 sata
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (putem povlačenja da se izbjegne sukob), izdaje ×32 sata
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (pokrenuti niski Z, svi ostali I/O Hi-Z), problem ×16 taktova

Ako vaš odabrani uređaj ne reagira na ovu sekvencu kada je u načinu neprekidnog čitanja, tada se mora držati u stanju u kojem svaki prijenos ima prefiks serijske naredbe, inače se RP2350 neće moći oporaviti nakon internog resetiranja.
Za više pojedinosti o QSPI-u pogledajte QSPI memorijsko sučelje (QMI) u podatkovnoj tablici RP2350.

Poglavlje 4. Kristalni oscilator

Slika 10. Shematski presjek koji prikazuje kristalni oscilator i kondenzatore opterećenja

Strogo govoreći, RP2350 zapravo ne zahtijeva vanjski izvor takta, budući da ima vlastiti unutarnji oscilator. Međutim, budući da frekvencija ovog unutarnjeg oscilatora nije dobro definirana niti kontrolirana, varira od čipa do čipa, kao i s različitim vol.tages i temperature, preporuča se koristiti stabilan vanjski izvor frekvencije. Prijave koje se oslanjaju na točne frekvencije nisu moguće bez vanjskog izvora frekvencije, pri čemu je USB glavni primjerample.
Osiguravanje vanjskog izvora frekvencije može se izvršiti na jedan od dva načina: ili osiguravanjem izvora takta s CMOS izlazom (kvadratni val IOVDD vol.tage) u XIN pin, ili korištenjem kristala od 12MHz spojenog između
XIN i XOUT. Korištenje kristala ovdje je poželjna opcija, jer su i relativno jeftini i vrlo precizni.

Odabrani kristal za ovaj dizajn je ABM8-272-T3 (Y1 na slici 10). Ovo je isti kristal od 12 MHz koji se koristi na Raspberry Pi Pico i Raspberry Pi Pico 2. Toplo preporučamo korištenje ovog kristala zajedno s pripadajućim strujnim krugovima kako biste osigurali brzo pokretanje sata u svim uvjetima bez oštećenja samog kristala. Kristal ima frekvencijsku toleranciju od 30 ppm, što bi trebalo biti dovoljno dobro za većinu primjena. Uz frekvencijsku toleranciju od +/-30ppm, ima maksimalni ESR od 50Ω, i kapacitet opterećenja od 10pF, a oboje je imalo utjecaja na izbor popratnih komponenti.
Da bi kristal oscilirao na željenoj frekvenciji, proizvođač specificira kapacitet opterećenja koji mu je potreban za to, au ovom slučaju to je 10pF. Ovaj kapacitet opterećenja se postiže postavljanjem dva kondenzatora jednake vrijednosti, po jedan sa svake strane kristala prema masi (C3 i C4). S točke kristala view, ovi su kondenzatori spojeni u seriju između njegova dva terminala. Teorija osnovnog strujnog kruga govori nam da oni kombiniraju daju kapacitet od (C3*C4)/(C3+C4), a kako je C3=C4, onda je to jednostavno C3/2. U ovom prample, koristili smo kondenzatore od 15 pF, tako da je serijska kombinacija 7.5 pF. Uz ovu namjernu kapacitivnost opterećenja, također moramo dodati vrijednost za nenamjernu dodatnu kapacitivnost, ili parazitsku kapacitivnost, koju dobivamo od PCB staza i XIN i XOUT pinova RP2350. Pretpostavit ćemo vrijednost od 3pF za ovo, a kako je ovaj kapacitet paralelan s C3 i C4, jednostavno ga dodamo da bismo dobili ukupni kapacitet opterećenja od 10.5pF, što je dovoljno blizu cilja od 10pF. Kao što možete vidjeti, faktor je parazitski kapacitet tragova PCB-a, pa ih stoga trebamo držati malima kako ne bismo uznemirili kristal i spriječili njegovo osciliranje prema namjeri. Pokušajte zadržati izgled što je moguće kraćim.
Drugo razmatranje je maksimalni ESR (ekvivalentni serijski otpor) kristala. Odlučili smo se za uređaj s maksimalnim otporom od 50Ω, jer smo otkrili da je to, zajedno sa serijskim otpornikom od 1kΩ (R2), dobra vrijednost za sprječavanje pretjeranog pokretanja kristala i oštećenja pri korištenju IOVDD razina od 3.3 V. Međutim, ako je IOVDD manji od 3.3 V, tada je pogonska struja XIN/XOUT pinova smanjena i vidjet ćete da ampjačina kristala je niža ili možda uopće ne oscilira. U tom slučaju morat će se koristiti manja vrijednost serijskog otpornika. Svako odstupanje od kristalnog kruga prikazanog ovdje, ili s IOVDD razinom koja nije 3.3 V, zahtijevat će opsežna ispitivanja kako bi se osiguralo da kristal oscilira u svim uvjetima i da se pokreće dovoljno brzo da ne uzrokuje probleme s vašom aplikacijom.

Preporučeno kristalno

Za originalne dizajne koji koriste RP2350 preporučujemo upotrebu Abracon ABM8-272-T3. Na primjerample, uz minimalni dizajn pramppogledajte shemu Pico 2 ploče u Dodatku B podatkovne tablice Raspberry Pi Pico 2 i dizajn Pico 2 files.
Za najbolje performanse i stabilnost u tipičnim rasponima radnih temperatura koristite Abracon ABM8-272-T3. ABM8-272-T3 možete nabaviti izravno od Abracona ili od ovlaštenog preprodavača. Pico 2 je posebno podešen za ABM8-272-T3, koji ima sljedeće specifikacije:

Čak i ako koristite kristal sa sličnim specifikacijama, morat ćete testirati krug na nizu temperatura kako biste osigurali stabilnost.
Kristalni oscilator se napaja iz IOVDD voltage. Kao rezultat toga, Abracon kristal i taj određeni dampotpornici podešeni su za rad od 3.3 V. Ako koristite drugi IO voltage, morat ćete ponovno ugoditi.
Sve promjene parametara kristala riskiraju nestabilnost svih komponenti spojenih na kristalni krug.

Ako ne možete nabaviti preporučeni kristal izravno od Abracona ili prodavača, kontaktirajte applications@raspberrypi.com.

Poglavlje 5. IO

USB
Slika 11. Shematski odjeljak koji prikazuje USB pinove RP2350 i završetak serije

RP2350 ima dva pina koji se koriste za punu brzinu (FS) ili malu brzinu (LS) USB, bilo kao host ili uređaj, ovisno o korištenom softveru. Kao što smo već spomenuli, RP2350 se također može pokrenuti kao USB uređaj za masovnu pohranu, tako da povezivanje ovih pinova na USB konektor (J1 na slici 5) ima smisla. USB_DP i USB_DM pinovi na RP2350 ne zahtijevaju nikakva dodatna povlačenja ili povlačenja (potrebna za označavanje brzine, FS ili LS, ili radi li se o hostu ili uređaju), budući da su ugrađeni u I/O. Međutim, ovi I/O-i zahtijevaju serijski završni otpornik od 27 Ω (R7 i R8 na slici 11), smješten u blizini čipa, kako bi se zadovoljila specifikacija USB impedancije.
Iako je RP2350 ograničen na punu brzinu prijenosa podataka (12 Mbps), trebali bismo pokušati osigurati da je karakteristična impedancija prijenosnih linija (bakrenih staza koje povezuju čip s konektorom) blizu
USB specifikacija od 90Ω (mjereno diferencijalno). Na ploči debljine 1 mm kao što je ova, ako koristimo staze širine 0.8 mm na USB_DP i USB_DM, s razmakom od 0.15 mm između njih, trebali bismo dobiti diferencijalnu karakterističnu impedanciju od oko 90Ω. Ovo je kako bi se osiguralo da signali mogu putovati duž ovih dalekovoda što je čistije moguće, minimizirajući voltagrefleksije koje mogu smanjiti cjelovitost signala. Kako bi ovi prijenosni vodovi ispravno radili, moramo se uvjeriti da je izravno ispod tih vodova uzemljenje. Čvrsto, neprekinuto područje od mljevenog bakra koje se proteže cijelom duljinom staze. Na ovom dizajnu, gotovo cijeli donji bakreni sloj je posvećen uzemljenju, a posebno se pazilo da USB staze prolaze samo preko tla. Ako je PCB deblji od 1 mm odabran za vašu konstrukciju, tada imamo dvije mogućnosti. Mogli bismo ponovno projektirati USB prijenosne vodove kako bismo kompenzirali veću udaljenost između staze i tla ispod (što bi mogla biti fizička nemogućnost), ili bismo to mogli zanemariti i nadati se najboljem. USB FS može biti prilično popustljiv, ali vaša kilometraža može varirati. Vjerojatno će raditi u mnogim aplikacijama, ali vjerojatno neće biti usklađen s USB standardom.

I/O zaglavlja

Slika 12. Shematski odjeljak koji prikazuje 2.54 mm I/O zaglavlja verzije QFN60

Uz već spomenuti USB konektor, postoji par dvorednih 2.54 mm zaglavlja (J2 i J3 na slici 12), po jedan sa svake strane ploče, na koje je spojen ostatak I/O. Postoji 30 GPIO na RP2350A, dok postoji 48 GPIO na RP2350B, tako da su zaglavlja na ovoj verziji Minimal ploče veća kako bi se omogućili dodatni pinovi (vidi sliku 13).
Budući da je ovo dizajn opće namjene, bez posebne primjene na umu, I/O su dostupni za povezivanje prema želji korisnika. Unutarnji red pinova na svakom zaglavlju su I/O, a svi vanjski redovi spojeni su na masu. Dobra je praksa uključiti mnoge temelje na I/O konektorima. To pomaže u održavanju niske impedancije uzemljenja, a također i u pružanju mnoštva potencijalnih povratnih putova za struje koje putuju do i od
I/O veze. Ovo je važno kako bi se elektromagnetske smetnje svele na najmanju moguću mjeru koje mogu biti uzrokovane povratnim strujama brzo promjenjivih signala koji prolaze dugim, petljastim putevima kako bi dovršili krug.

Oba zaglavlja nalaze se na istoj rešetki od 2.54 mm, što olakšava povezivanje ove ploče s drugim stvarima, poput matičnih ploča. Možda biste trebali razmisliti o ugradnji samo jednog retka zaglavlja umjesto dvorednog zaglavlja, odbacivši vanjski red priključaka za uzemljenje, kako biste ga učinili praktičnijim za postavljanje na matičnu ploču.

Slika 13. Shematski odjeljak koji prikazuje 2.54 mm I/O zaglavlja verzije QFN80

Konektor za otklanjanje pogrešaka

Slika 14. Shematski odjeljak koji prikazuje izborni JST konektor za SWD debug

Za otklanjanje pogrešaka na čipu, možda ćete se htjeti spojiti na SWD sučelje RP2350. Dvije igle, SWD i SWCLK, dostupne su na zaglavlju od 2.54 mm, J3, kako bi se omogućilo jednostavno povezivanje sonde za otklanjanje pogrešaka po vašem izboru. Uz ovo, uključio sam izborno JST zaglavlje, koje omogućuje jednostavno povezivanje s Raspberry Pi Debug Probe. Ne morate ovo koristiti, zaglavlja od 2.54 mm bit će dovoljna ako namjeravate otklanjati pogreške u softveru, ali smatram da je to prikladnije učiniti. Odabrao sam horizontalni konektor, uglavnom zato što mi se sviđa njegov izgled, čak i ako nije na rubu ploče, ali okomiti su dostupni, iako s malo drugačijim otiskom.

Gumbi
Minimal dizajn sada ne sadrži jedan, već dva gumba, dok verzija RP240 nije imala nijedan. Jedan je za odabir pokretanja s USB-a, kao što smo već spomenuli, ali drugi je tipka 'reset', spojena na RUN pin. Niti jedno od toga nije strogo potrebno (iako bi gumb BOOTSEL morao biti zamijenjen zaglavljem ili sličnim ako je potreban USB način pokretanja), i može se ukloniti ako je prostor ili cijena problem, ali sigurno čine korištenje RP2350 daleko ugodnije iskustvo.