Raspberry Pi SC1631 Raspberry örstýringarhandbók

1. kafli: Inngangur
RP2350 serían býður upp á mismunandi pakkavalkosti miðað við RP2040 seríuna. RP2350A og RP2354A koma í QFN-60 pakka án og með innri flassgeymslu í sömu röð, en RP2354B og RP2350B koma í QFN-80 pakka með og án flassgeymslu.

Kafli 2: Kraftur
RP2350 serían er með nýjan rofa á flístage þrýstijafnari með fimm pinna. Þessi þrýstijafnari þarf ytri íhluti til notkunar en býður upp á meiri aflnýtni við hærri álagsstrauma samanborið við línulega þrýstijafnarann í RP2040 röðinni. Gefðu gaum að hávaðanæmi í VREG_AVDD pinnanum sem sér fyrir hliðrænu rafrásunum.

Algengar spurningar (algengar spurningar)

Sp.: Hver er aðalmunurinn á RP2350A og RP2350B?
A: Helsti munurinn liggur í tilvist innri flassgeymslu. RP2350A er ekki með innri flassgeymslu á meðan RP2350B hefur.
Sp.: Hversu marga pinna hefur voltage eftirlitsstofnanna í RP2350 röð hafa?
A: ÁrgangurinntagÞrýstijafnarinn í RP2350 seríunni er með fimm pinna.

Vélbúnaðarhönnun með RP2350 Notkun RP2350 örstýringa til að smíða töflur og vörur

Colophon

Þessi skjöl eru með leyfi samkvæmt Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). byggingardagur: 2024-08-08 byggingarútgáfa: c0acc5b-clean
Lagalegur fyrirvari

TÆKNI- OG Áreiðanleikaupplýsingar fyrir RASPBERRY PI VÖRUR (ÞAR á meðal gagnablöð) EINS OG SEM Breytt er af og til („Auðlindir“) ER LEYFIÐ AF RASPBERRY PI LTD. FYRIR ER FYRIR ÓBEINU ÁBYRGÐ UM SÖLJANNI OG HÆFNI Í SÉRSTÖKNUM TILGANGI. AÐ ÞVÍ HÁMARKI SEM LEYFIÐ SAMKVÆMT LÖGUM ER LEYFIÐ SKAL RPL Í ENGUM TILBYRÐI BÆRA ÁBYRGÐ Á EINHVERJUM BEINUM, ÓBEINU, TILVALSUM, SÉRSTJÓUM, TIL fyrirmyndar EÐA AFLEIDDASKAÐUM (ÞARM. GÖGN , EÐA HAGNAÐUR EÐA VIÐSKIPTARÖF) HVERNIG SEM ORÐAÐ er OG Á KENNINGU UM ÁBYRGÐ, HVORÐ sem það er í samningi, fullri ábyrgð eða skaðabótaábyrgð (ÞARM. AF SVONA SKAÐA.
RPL áskilur sér rétt til að gera allar endurbætur, endurbætur, leiðréttingar eða aðrar breytingar á AUÐLINDunum eða hvers kyns vörum sem lýst er í þeim hvenær sem er og án frekari fyrirvara.
Auðlindirnar eru ætlaðar hæfum notendum með viðeigandi hönnunarþekkingu. Notendur eru einir ábyrgir fyrir vali sínu og notkun á auðlindunum og hvers kyns notkun á þeim vörum sem lýst er í þeim. Notandi samþykkir að skaða og halda RPL skaðlausum gegn allri ábyrgð, kostnaði, tjóni eða öðru tjóni sem stafar af notkun þeirra á AUÐLINDunum.

RPL veitir notendum leyfi til að nota AUÐINDIN eingöngu í tengslum við Raspberry Pi vörurnar. Öll önnur notkun á auðlindunum er bönnuð. Ekkert leyfi er veitt öðrum RPL eða öðrum hugverkarétti þriðja aðila.
HÁHÆTTUSTARF. Raspberry Pi vörur eru ekki hannaðar, framleiddar eða ætlaðar til notkunar í hættulegu umhverfi sem krefst bilunaröryggis, svo sem við rekstur kjarnorkumannvirkja, leiðsögu- eða fjarskiptakerfa loftfara, flugumferðarstjórnar, vopnakerfis eða öryggis mikilvægra forrita (þ. kerfi og önnur lækningatæki), þar sem bilun vörunnar gæti leitt beint til dauða, líkamstjóns eða alvarlegs líkamlegs eða umhverfistjóns („Háhættuvirkni“). RPL afsalar sér sérstaklega allri skýrri eða óbeinri ábyrgð á hæfni fyrir áhættustarfsemi og tekur enga ábyrgð á notkun eða inniföldum Raspberry Pi vörum í áhættustarfsemi.

Raspberry Pi vörur eru veittar með fyrirvara um staðlaða skilmála RPL. Úthlutun RPL á auðlindunum víkkar ekki út eða breytir á annan hátt staðlaða skilmála RPL, þ.mt en ekki takmarkað við fyrirvarana og ábyrgðina sem fram koma í þeim.

Kafli 1. Inngangur

Mynd 1. KiCad 3D flutningur á RP2350A Lágmarkshönnun tdample

Þegar við kynntum Raspberry Pi RP2040 fyrst, gáfum við líka út „Minimal“ hönnun fyrrverandiample og meðfylgjandi leiðbeiningar Vélbúnaðarhönnun með RP2040 sem vonandi útskýrði hvernig hægt væri að nota RP2040 í einföldu hringrásarborði og hvers vegna hin ýmsu íhlutaval var valið. Með komu RP235x seríunnar er kominn tími til að endurskoða upprunalegu RP2040 Minimal hönnunina og uppfæra hana til að taka tillit til nýju eiginleikanna og einnig fyrir hvert pakkaafbrigði; RP2350A með QFN-60 pakkanum og RP2350B sem er QFN-80. Aftur, þessi hönnun er á Kicad (7.0) sniði og er hægt að hlaða niður (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Lágmarksstjórnin
Upprunalega Minimal borðið var tilraun til að bjóða upp á einfalda viðmiðunarhönnun, með því að nota það lágmark af ytri íhlutum sem þarf til að keyra RP2040 og hafa samt allt IO afhjúpað og aðgengilegt. Þetta var í meginatriðum samsett af aflgjafa (5V til 3.3V línulegum þrýstijafnara), kristalsveiflu, flassminni og IO tengingum (micro USB tengi og GPIO hausar). Nýju RP235x röð Minimal borðin eru að mestu þau sömu, en með nokkrum breytingum nauðsynlegar vegna nýja vélbúnaðarins. Í viðbót við þetta, og þrátt fyrir að ganga nokkuð gegn lágmarks eðli hönnunarinnar, hef ég bætt við nokkrum hnöppum fyrir bootsel og run, ásamt sérstökum SWD haus, sem ætti að þýða rækilega minna pirrandi kembiupplifun í þetta skiptið. Hönnun þarf ekki strangt til tekið þessa hnappa, merkin eru enn fáanleg á hausunum og þeim er hægt að sleppa ef þú ert sérstaklega meðvitaður um kostnað eða pláss eða hefur masókískar tilhneigingar.

RP2040 vs RP235x röð
Augljósasta breytingin er í pökkunum. Þar sem RP2040 er 7x7 mm QFN-56, hefur RP235x serían fjóra mismunandi meðlimi eins og er. Það eru tvö tæki sem deila sama QFN-60 pakkanum; RP2350A sem inniheldur ekki innri flassgeymslu og RP2354A sem gerir það. Á sama hátt kemur QFN-80 einnig í tveimur bragðtegundum; RP2354B með flassi og RP2350B án. QFN-60 tækin og upprunalega RP2040 deila sameiginlegum arfleifðtage.

Þeir eru hver með 30 GPIO, þar af fjórir sem eru einnig tengdir við ADC, og eru 7x7mm að stærð. Þrátt fyrir þetta er RP2350A ekki drop-in í staðinn fyrir RP2040, þar sem fjöldi pinna á hverjum er mismunandi. Aftur á móti eru QFN-80 flögurnar nú með 48 GPIO, og átta þeirra eru nú ADC-hæfir. Vegna þessa erum við nú með tvö Minimal borð; einn fyrir 60 pinna tækin og einn fyrir 80. Þessi Minimal borð eru fyrst og fremst hönnuð fyrir hluta án innra flass (RP2350), hins vegar er auðvelt að nota hönnunina með innri flassbúnaði (RP2354) með því einfaldlega að sleppa innbyggða flassinu minni, eða jafnvel að nota það sem aukaflasstæki (meira um þetta síðar). Það er lítill munur á þessum tveimur töflum, annar en sú staðreynd að QFN-80 útgáfan hefur lengri raðir af hausum til að koma til móts við auka GPIO, og borðið er því stærra.

Burtséð frá pakkanum, er stærsti töflumunurinn á RP235x seríunni og RP2040 aflgjafarnir. RP235x röðin er með nokkra nýja kraftpinna og annan innri þrýstijafnara. Skipt hefur verið út fyrir 100mA línulega þrýstijafnara RP2040 fyrir 200mA rofajafnara, og sem slíkur þarf hann mjög sérstakar rafrásir og enga smá aðgát við skipulagið. Það er mjög mælt með því að þú fylgist vel með skipulagi okkar og vali á íhlutum; við höfum þegar gengið í gegnum sársaukann að þurfa að gera nokkrar endurtekningar á hönnuninni, svo vonandi þarftu það ekki.

Mynd 2. KiCad 3D flutningur á RP2350B Lágmarkshönnun tdample

Hönnunin
Ætlunin með Minimal hönnuninni fyrrvamples er að búa til par af einföldum borðum með RP235x röðinni, sem ætti að vera ódýrt og auðvelt að framleiða, án þess að nota óþarflega framandi PCB tækni. Minimal borðin eru því 2ja laga hönnun, með íhlutum sem ættu að vera almennt fáanlegir, og allir festir á efri hlið borðsins. Þó að það væri sniðugt að nota stóra íhluti sem auðvelt er að lóða með höndunum, þá þýðir lítil hæð QFN flöganna (0.4 mm) að það er óhjákvæmilegt að nota einhverja 0402 (1005 metra) óvirka íhluti ef nota á alla GPIO. Þó að handlóða 0402 íhluti sé ekki of krefjandi með viðeigandi lóðajárni, þá er mjög næstum ómögulegt að lóða QFNs án sérfræðibúnaðar.

Í næstu köflum ætla ég að reyna að útskýra til hvers viðbótarrásin er, og vonandi hvernig við komumst að því að velja valið sem við gerðum. Þar sem ég ætla í raun að tala um tvær aðskildar hönnun, eina fyrir hverja pakkningastærð, hef ég reynt að hafa hlutina eins einfalda og ég get. Eftir því sem unnt er eru allar tilvísanir íhluta fyrir töflurnar tvær eins, þannig að ef ég vísa til U1, R1, osfrv., þá er það jafn viðeigandi fyrir báðar töflurnar. Augljós undantekning er þegar íhluturinn er aðeins á einu af borðunum (í öllum tilfellum mun þetta vera á stærri 80 pinna afbrigðinu), þá mun viðkomandi íhlutur aðeins vera á QFN-80 hönnuninni; tdample, R13 birtist aðeins á þessu borði.

Kafli 2. Vald

Aflgjafar RP235x seríunnar og RP2040 eru nokkuð frábrugðnir í þetta skiptið, þó að í einföldustu uppsetningu sinni þurfi það samt tvær veitur, 3.3V og 1.1V. RP235x serían er samtímis orkuþungari, þar sem hún er meiri afköst og einnig sparneytnari (þegar hún er í lágu afli) en forverinn, og því hefur línulegi þrýstijafnarinn á RP2040 verið uppfærður með skiptajafnara. Þetta gerir okkur kleift að skila meiri orku við meiri strauma (allt að 200mA samanborið við 100mA áður).

Nýtt á flís binditage eftirlitsstofnanna

Mynd 3. Skýringarmynd sem sýnir innri eftirlitsstofnrásina

Línulegi þrýstijafnari RP2040 var með tvo pinna, 3.3V inntak og 1.1V úttak til að útvega DVDD á flísinni. Að þessu sinni er þrýstijafnarinn í RP235x seríunni með fimm pinna og þarf einhver ytri íhluti til að hann virki. Þó að þetta virðist dálítið afturábak hvað varðar notagildi, þá hefur skiptajafnarinn kostinntage að vera orkunýtnari við meiri álagsstrauma.

Eins og nafnið gefur til kynna kveikir og slekkur þrýstijafnarinn hratt á innri smára sem tengir 3.3V inntaksrúmmáliðtage (VREG_VIN) við VREG_LX pinna, og með hjálp spólu (L1) og úttaksþétta (C7) getur það framleitt DC úttaksrúmmáltage sem hefur verið stigið niður frá inntakinu. VREG_FB pinninn fylgist með úttakinutage, og stillir kveikt/slökkt hlutfallið á skiptahringrásinni, til að tryggja að nauðsynleg rúmmáltage er viðhaldið. Þar sem stórum straumum er skipt úr VREG_VIN yfir í VREG_LX, þarf stóran þétta (C6) nálægt inntakinu, svo við truflum 3.3V framboðið ekki of mikið. Talandi um þessa stóru skiptistrauma þá kemur þrýstijafnarinn líka með sína eigin jarðtengingu, VREG_PGND. Á svipaðan hátt með VREG_VIN og VREG_LX er útlit þessarar tengingar mikilvægt og á meðan VREG_PGND verður að tengjast aðal GND verður það að vera gert á þann hátt að allir stóru skiptistraumarnir skili sér beint í PGND pinna, án þess að trufla restina af GND of mikið.

Síðasti pinninn er VREG_AVDD, sem sér fyrir hliðrænu rafrásunum í þrýstijafnaranum, og þetta er mjög viðkvæmt fyrir hávaða.

Mynd 4. Skýringarmynd sem sýnir PCB uppsetningu þrýstijafnarans

Skipulag þrýstijafnarans á lágmarksborðunum endurspeglar náið það sem er í Raspberry Pi Pico 2. Mikil vinna hefur farið í hönnun þessarar hringrásar, þar sem margar endurtekningar á PCB þarf að gera til að gera það eins gott og við mögulega getur. Þó að þú gætir sett þessa íhluti á ýmsa mismunandi vegu og samt fengið þrýstijafnarann til að 'vinna' (þ.e. framleiða úttaksrúmmáltage á nokkurn veginn réttu stigi, nógu gott til að fá það keyrandi kóða), höfum við komist að því að eftirlitsbúnaðurinn okkar þarf að meðhöndla á nákvæmlega réttan hátt til að halda honum ánægðum, og með hamingjusamur, þá meina ég að framleiða rétt úttaktage undir ýmsum álagsstraumsskilyrðum.
Þegar við gerðum tilraunir okkar á þessu urðum við fyrir nokkrum vonbrigðum að vera minnt á að ekki er alltaf hægt að hunsa hinn óþægilega heim eðlisfræðinnar. Við sem verkfræðingar reynum að mestu leyti að gera nákvæmlega þetta; einfalda hluti, hunsa (oft) óverulega eðliseiginleika og einblína í staðinn á eignina sem við höfum áhuga á. Td.ample, einfaldur viðnám hefur ekki bara viðnám, heldur einnig inductance o.s.frv. Í okkar tilviki (endur)uppgötvuðum við að inductors hafa segulsvið tengt þeim, og mikilvægara, geislar í áttina eftir því hvaða leið spólan er sár, og stefnu flæðis straumsins. Okkur var líka bent á að „fullkomlega“ varinn inductor þýðir ekki það sem þú heldur að hann gæti. Segulsviðið er dempað að miklu leyti en sumt sleppur samt. Við komumst að því að hægt væri að bæta frammistöðu þrýstijafnarans til muna ef spólan er „á réttri leið“.
Það kemur í ljós að segulsviðið sem gefur frá sér „röngum snúningi“ truflar úttaksþétta þrýstijafnarans (C7), sem aftur truflar stýrirásina innan RP2350. Með inductor í réttri stefnu og nákvæmu skipulagi og íhlutavali sem notað er hér, þá hverfur þetta vandamál. Það verða án efa önnur skipulag, íhlutir osfrv., sem gætu virkað með inductor í hvaða stefnu sem er, en þeir munu líklegast nota miklu meira PCB pláss til að gera það. Við höfum útvegað þetta ráðlagða skipulag til að spara fólki margar verkfræðistundir sem við höfum eytt í að þróa og betrumbæta þessa fyrirferðarmiklu og vel hagaða lausn.
Meira að segja, við erum að ganga svo langt að segja að ef þú velur að nota ekki fyrrverandi okkarample, þá gerirðu það á eigin ábyrgð. Líkt og við gerum nú þegar með RP2040 og kristalrásina, þar sem við krefjumst (jæja, mælum eindregið með) að þú notir tiltekinn hluta (við munum gera það aftur í kristalhluta þessa skjals).
Stefnun þessara litlu inductors er nokkurn veginn almennt hunsuð, þar sem stefnu spóluvindunnar er ómögulegt að álykta, og einnig dreift af handahófi eftir spólu af íhlutum. Oft er hægt að finna pólunarmerkingar á stærri spólastærðum, en við gátum ekki fundið neinar hentugar í 0806 (2016 metra) stærðinni sem við höfum valið. Í þessu skyni höfum við unnið með Abracon að því að framleiða 3.3μH hluta með punkti til að gefa til kynna pólun, og mikilvægara er að koma á spólu með þá alla stillta á sama hátt. TBD eru (eða verða mjög fljótlega) aðgengileg almenningi frá dreifingaraðilum. Eins og fyrr segir er VREG_AVDD framboðið mjög viðkvæmt fyrir hávaða og því þarf að sía það. Við komumst að því að þar sem VREG_AVDD dregur aðeins um 200μA, er RC sía upp á 33Ω og 4.7μF fullnægjandi.
Svo, til að rifja upp, þá verða íhlutirnir sem notaðir eru…
- C6, C7 & C9 – 4.7μF (0402, 1005 metragildi)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016 mæligildi)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metra)
RP2350 gagnablaðið hefur ítarlegri umfjöllun um ráðleggingar eftirlitsstofnanna um skipulag, vinsamlegast sjá kröfur um ytri íhluti og PCB útlitskröfur.

Aðfanga framboð

Inntaksrafmagnstengingin fyrir þessa hönnun er í gegnum 5V VBUS pinna á Micro-USB tengi (merkt J1 á mynd 5). Þetta er algeng aðferð til að knýja rafeindatæki, og það er skynsamlegt hér, þar sem RP2350 er með USB-virkni, sem við munum tengja við gagnapinna þessa tengis. Þar sem við þurfum aðeins 3.3V fyrir þessa hönnun (1.1V framboð kemur frá innri), þurfum við að lækka komandi 5V USB framboð, í þessu tilfelli, með því að nota annað, ytra binditage þrýstijafnari, í þessu tilviki línulegur þrýstijafnari (aka Low Drop Out regulator, eða LDO). Eftir að hafa áður lofað dyggðir þess að nota skilvirkan skiptajafnara gæti það líka verið skynsamlegt val að nota einn hér líka, en ég hef valið einfaldleikann. Í fyrsta lagi er næstum alltaf auðveldara að nota LDO. Það eru engir útreikningar sem þarf til að reikna út hvaða stærð inductor þú ættir að nota, eða hversu stórir eru úttaksþéttar, og útlitið er venjulega miklu einfaldara líka. Í öðru lagi er ekki markmiðið hér að spara hvern einasta kraftdropa; ef það væri, myndi ég alvarlega íhuga að nota skiptajafnara, og þú getur fundið fyrrverandiampLeið af því að gera það á Raspberry Pi Pico 2. Og í þriðja lagi get ég einfaldlega „lánað“ hringrásina sem ég notaði áður á RP2040 útgáfunni af Minimal borðinu. NCP1117 (U2) sem valin er hér hefur fast úttak upp á 3.3V, er víða fáanlegt og getur veitt allt að 1A af straumi, sem mun vera nóg fyrir flestar hönnun. Þegar litið er á gagnablaðið fyrir NCP1117 segir okkur að þetta tæki krefst 10μF þétta á inntakinu og annað á úttakinu (C1 og C5).

Aftengja þétta

Mynd 6. Skýringarhluti sem sýnir RP2350 aflgjafainntak, binditage þrýstijafnari og aftengingarþéttar

Annar þáttur í hönnun aflgjafa eru aftengingarþéttar sem krafist er fyrir RP2350. Þetta veitir tvær grunnaðgerðir. Í fyrsta lagi sía þeir burt hávaða aflgjafa og í öðru lagi veita þeir staðbundið hleðsluhleðslu sem rafrásirnar inni í RP2350 geta notað með stuttum fyrirvara. Þetta kemur í veg fyrir að voltage stigi í næsta nágrenni frá því að lækka of mikið þegar núverandi eftirspurn eykst skyndilega. Vegna þess að þetta er mikilvægt að setja aftengingu nálægt rafmagnspinnunum. Venjulega mælum við með því að nota 100nF þétta á hvern aflpinna, hins vegar víkjum við frá þessari reglu í nokkrum tilvikum.

Mynd 7. Hluti af skipulagi sem sýnir RP2350 leið og aftengingu

Í fyrsta lagi, til þess að geta haft nóg pláss til að hægt sé að beina öllum flíspinnunum út, í burtu frá tækinu, verðum við að gera málamiðlanir með magn aftengingarþétta sem við getum notað. Í þessari hönnun deila pinnar 53 og 54 á RP2350A (pinnar 68 og 69 á RP2350B) einum þétti (C12 á mynd 7 og mynd 6), þar sem það er ekki mikið pláss á þeirri hlið tækisins, og íhlutirnir og uppsetning eftirlitsaðila hafi forgang.
Hægt væri að vinna bug á þessum plássleysi ef við notuðum flóknari/dýrari tækni, svo sem smærri íhluti, eða fjögurra laga PCB með íhlutum bæði efst og neðst. Þetta er hönnunarskipti; við höfum minnkað flækjustigið og kostnaðinn, á kostnað þess að hafa minni aftengingarrýmd, og þétta sem eru aðeins lengra frá flísinni en best er (þetta eykur inductance). Þetta gæti haft þau áhrif að takmarka hámarkshraða sem hönnunin gæti starfað á, eins og binditage framboð gæti orðið of hávær og farið niður fyrir lágmarks leyfilegt rúmmáltage; en fyrir flestar umsóknir ætti þessi málamiðlun að vera ásættanleg.

Hitt frávikið frá 100nF reglunni er svo að við getum bætt voltage frammistöðu eftirlitsaðila; við mælum með að nota 4.7μF fyrir C10, sem er sett hinum megin á flísinni frá þrýstijafnaranum.

Kafli 3. Flash Memory

Aðalflass

Mynd 8. Skýringarhluti sem sýnir aðal flassminni og USB_BOOT rafrásir

Til þess að geta geymt forritakóða sem RP2350 getur ræst og keyrt úr, þurfum við að nota flassminni, nánar tiltekið quad SPI flassminni. Tækið sem hér er valið er W25Q128JVS tæki (U3 á mynd 8), sem er 128Mbit flís (16MB). Þetta er stærsta minnisstærð sem RP2350 getur stutt. Ef tiltekið forrit þitt þarf ekki eins mikið geymslupláss, þá væri hægt að nota minna, ódýrara minni í staðinn.
Þar sem þessi gagnastrætó getur verið nokkuð há tíðni og er reglulega í notkun, ætti að tengja QSPI pinna á RP2350 beint við flassið, nota stuttar tengingar til að viðhalda heilleika merkisins og einnig til að draga úr þvertali í hringrásum í kring. Crosstalk er þar sem merki á einu hringrásarneti geta framkallað óæskilegt magntages á nærliggjandi hringrás, sem getur hugsanlega valdið villum.

QSPI_SS merkið er sérstakt tilvik. Hann er tengdur beint við flassið en hann er líka með tvær viðnám (tja, fjórar, en ég kem að því síðar) tengdar við hann. Sá fyrsti (R1) er uppdráttur að 3.3V framboðinu. Flash-minnið krefst þess að flísvalsinntakið sé á sama magnitage sem eigin 3.3V framboðspinn þegar tækið er ræst, annars virkar það ekki rétt. Þegar kveikt er á RP2350 mun QSPI_SS pinna sjálfkrafa vera sjálfkrafa uppdráttur, en það er stuttur tími á meðan kveikt er á honum þar sem ekki er hægt að tryggja ástand QSPI_SS pinna. Að bæta við uppdráttarviðnámi tryggir að þessari kröfu verður alltaf fullnægt. R1 er merkt sem DNF (Do Not Fit) á skýringarmyndinni, þar sem við höfum komist að því að með þessu tiltekna flassbúnaði er ytri uppdrátturinn óþarfur. Hins vegar, ef annað flass er notað, getur verið mikilvægt að geta sett inn 10kΩ viðnám hér, svo það hefur verið innifalið til öryggis.
Annað viðnám (R6) er 1kΩ viðnám, tengt við þrýstihnapp (SW1) merkt 'USB_BOOT'. Þetta er vegna þess að QSPI_SS pinninn er notaður sem 'stígvélól'; RP2350 athugar gildi þessa I/O meðan á ræsingarröðinni stendur, og ef það reynist vera rökfræðilegt 0, þá snýr RP2350 aftur í BOOTSEL ham, þar sem RP2350 sýnir sig sem USB geymslutæki og hægt er að afrita kóða beint til þess. Ef við ýtum einfaldlega á hnappinn, togum við QSPI_SS pinna í jörðu og ef tækið er síðan endurstillt (td með því að skipta um RUN pinna), mun RP2350 endurræsa í BOOTSEL ham í stað þess að reyna að keyra innihald flasssins. Þessar mótstöður, R2 og R6 (R9 og R10 líka), ættu að vera staðsettar nálægt flasskubbnum, þannig að við komum í veg fyrir frekari lengd koparspora sem gætu haft áhrif á merkið.
Allt ofangreint á sérstaklega við um RP2350, sem hefur ekkert innra flass. Auðvitað eru RP2354 tækin með innra 2MB flassminni, þannig að ytra U3 minni er ekki krafist, þannig að óhætt er að fjarlægja U3 úr skýringarmyndinni, eða einfaldlega skilja eftir óbyggða. Í báðum þessum tilvikum myndum við samt vilja halda USB_BOOT rofanum tengdum við QSPI_SS, svo að við getum samt farið í USB ræsiham.

Secondary flash eða PSRAM

RP235x röðin styður nú annað minnistæki sem notar sömu QSPI pinna, með GPIO sem veitir viðbótarflöguvalið. Svo, ef við erum að nota RP2354 (sem er með innra flass), þá gætum við notað U3 sem aukaflass, eða jafnvel skipt út fyrir PSRAM tæki. Til þess að gera þetta þurfum við að aftengja QSPI_SS frá U3 og í staðinn tengja það við viðeigandi GPIO. Næsta GPIO sem getur verið flísaval (XIP_CS1n) er GPIO0, þannig að með því að fjarlægja 0Ω úr R10 og passa það á R9, getum við nú fengið aðgang að U3 til viðbótar við flassið á flísinni. Til þess að taka fullkomlega forskottage af þessum eiginleika, þar sem við erum með tvö ytri minnistæki svo að flasslausu RP2350 hlutarnir geti notið góðs, það stærra af tveimur Minimal borðum, fyrir RP2350B, inniheldur valfrjálst fótspor (U4) fyrir auka minniskubba.

Mynd 9. Skýringarhluti sem sýnir valfrjálsa aukaminnisbúnaðinn

Til að geta notað þetta tæki þarf augljóslega að vera í því, sem og R11 (0Ω) og R13 (10KΩ). Viðbót á R11 tengir GPIO0 (XIP_CS1n merkið) við flísvalið í öðru minni. Uppdrátturinn á flísvalspinnanum er örugglega nauðsynlegur í þetta skiptið, þar sem sjálfgefið ástand GPIO0 er að dragast niður við virkjun, sem myndi valda því að flasstækið okkar bilaði. C22 þyrfti einnig til að veita staðbundna aftengingu aflgjafa fyrir U4.

Styður flash flís
Upphaflega leifturrannsóknaröðin, notuð af botninum til að draga út seinni stage frá flash, notar 03h raðlestrarskipun, með 24-bita heimilisfangi, og raðklukku sem er um það bil 1MHz. Það fer ítrekað í gegnum fjórar samsetningar klukkuskautun og klukkufasa og leitar að gildri sekúndutage CRC32 eftirlitssumman.
Eins og önnur stage er þá frjálst að stilla execute-in-place með því að nota sömu 03h raðlestrarskipunina, RP2350 getur framkvæmt skyndiminni execute-in-place með hvaða flís sem er sem styður 03h raðlestur með 24-bita vistfangi, sem inniheldur flest 25-röð flasstæki . SDK veitir fyrrverandiampönnur stage fyrir CPOL=0 CPHA=0, kl https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Til að styðja við flassforritun með því að nota venjurnar í botninum verður tækið einnig að bregðast við eftirfarandi skipunum:

02h 256-bæta síðuforrit
05h stöðuskrá lesin
06h sett skrifvirkja læsingu

20klst 4kB geiraeyðing

RP2350 styður einnig fjölbreytt úrval af tvískiptri SPI og QSPI aðgangsstillingum. Til dæmisample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S stillir Winbond W25Q-röð tæki fyrir quad-IO samfellda lesham, þar sem RP2350 sendir quad-IO vistföng (án skipanaforskeytis) og flassið svarar með quad-IO gögnum.

Nokkrar varúðar er þörf með XIP flassstillingum þar sem flasstækið hættir að bregðast við stöðluðum raðskipunum, eins og Winbond samfelldu lestarstillingunni sem nefnd er hér að ofan. Þetta getur valdið vandræðum þegar RP2350 er endurstillt, en flasstækið er ekki kveikt á rafmagni, vegna þess að flassið mun þá ekki bregðast við flassrannsóknarröð ræsistöðvarinnar. Áður en 03h raðlestur er gefinn út gefur bootrom alltaf út eftirfarandi fasta röð, sem er besta viðleitni röð til að hætta XIP á ýmsum flasstækjum:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (í gegnum niðurfellingar til að forðast deilur), útgáfu ×32 klukkur
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (með uppdrætti til að forðast deilur), útgáfu ×32 klukkur
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (knúið low-Z, öll önnur I/Os Hi-Z), útgáfa ×16 klukkur

Ef tækið sem þú hefur valið bregst ekki við þessari röð þegar það er í samfelldri lestri, þá verður að halda því í því ástandi að hver flutningur er með forskeyti með raðskipun, annars mun RP2350 ekki geta endurheimt sig eftir innri endurstillingu.
Fyrir frekari upplýsingar um QSPI, vinsamlegast sjá QSPI minnisviðmót (QMI) í RP2350 gagnablaðinu.

Kafli 4. Kristallsveifla

Mynd 10. Skýringarmynd sem sýnir kristalsveifluna og álagsþétta

Strangt til tekið, RP2350 þarf í raun ekki utanaðkomandi klukkugjafa, þar sem hann hefur sinn eigin innri sveiflu. Hins vegar, þar sem tíðni þessa innri sveiflu er ekki vel skilgreind eða stjórnað, mismunandi frá flís til flís, sem og með mismunandi framboðsrúmmálitages og hitastig, er mælt með því að nota stöðugan ytri tíðnigjafa. Forrit sem treysta á nákvæma tíðni eru ekki möguleg án ytri tíðnigjafa, USB er helsta dæmiðample.
Að útvega ytri tíðnigjafa er hægt að gera á einn af tveimur leiðum: annað hvort með því að útvega klukkugjafa með CMOS úttak (ferningsbylgja IOVDD vol.tage) í XIN pinna, eða með því að nota 12MHz kristal sem er tengdur á milli
XIN og XOUT. Notkun kristals er valinn kostur hér, þar sem þeir eru bæði tiltölulega ódýrir og mjög nákvæmir.

Valinn kristal fyrir þessa hönnun er ABM8-272-T3 (Y1 á mynd 10). Þetta er sami 12MHz kristalinn og notaður er á Raspberry Pi Pico og Raspberry Pi Pico 2. Við mælum eindregið með því að nota þennan kristal ásamt meðfylgjandi rafrásum til að tryggja að klukkan fari hratt af stað við allar aðstæður án þess að skemma kristalinn sjálfan. Kristallinn hefur 30ppm tíðniþol, sem ætti að vera nógu gott fyrir flest forrit. Ásamt tíðnivikmörkum upp á +/-30 ppm hefur það hámarks ESR upp á 50Ω og hleðslurýmd upp á 10pF, sem hvort tveggja hafði áhrif á val á meðfylgjandi íhlutum.
Til að kristal sveiflast á æskilegri tíðni, tilgreinir framleiðandinn álagsrýmið sem hann þarf til að gera það, og í þessu tilfelli er það 10pF. Þessi álagsrýmd er náð með því að setja tvo jafnverðmæta þétta, einn á hvorri hlið kristalsins við jörðu (C3 og C4). Frá punkti kristalsins view, eru þessir þéttar tengdir í röð á milli tveggja skautanna. Grunnrásakenningin segir okkur að þau sameinast til að gefa rýmd upp á (C3*C4)/(C3+C4), og þar sem C3=C4, þá er það einfaldlega C3/2. Í þessu frvample, við höfum notað 15pF þétta, þannig að röð samsetningin er 7.5pF. Til viðbótar við þessa viljandi álagsrýmd, verðum við einnig að bæta við gildi fyrir óviljandi aukarýmd, eða sníkjurýmd, sem við fáum frá PCB brautunum og XIN og XOUT pinnum á RP2350. Við gerum ráð fyrir gildinu 3pF fyrir þetta, og þar sem þessi rýmd er samhliða C3 og C4, bætum við þessu einfaldlega til að gefa okkur heildarhleðslurýmd upp á 10.5pF, sem er nógu nálægt markmiðinu sem er 10pF. Eins og þú sérð er sníkjurýmd PCB sporanna þáttur og því þurfum við að halda þeim litlum svo við komum ekki kristalnum í uppnám og hættum því að sveiflast eins og til var ætlast. Reyndu að hafa uppsetninguna eins stutta og mögulegt er.
Annað atriðið er hámarks ESR (jafngildi röð mótstöðu) kristalsins. Við höfum valið tæki með að hámarki 50Ω, þar sem við höfum komist að því að þetta, ásamt 1kΩ röð viðnám (R2), er gott gildi til að koma í veg fyrir að kristalinn sé ofdrifinn og skemmist þegar IOVDD er notað stigi 3.3V. Hins vegar, ef IOVDD er minna en 3.3V, þá minnkar drifstraumur XIN/XOUT pinnanna, og þú munt komast að því að amplitude kristalsins er lægri, eða sveiflast kannski ekki einu sinni. Í þessu tilviki þarf að nota minna gildi raðviðnámsins. Öll frávik frá kristalrásinni sem sýnd er hér, eða með IOVDD stigi annað en 3.3V, mun krefjast víðtækrar prófunar til að tryggja að kristalinn sveiflast við allar aðstæður og ræsir sig nægilega hratt til að valda ekki vandræðum með forritið þitt.

Mælt er með kristal

Fyrir upprunalega hönnun sem notar RP2350 mælum við með að nota Abracon ABM8-272-T3. Til dæmisample, auk lágmarkshönnunar tdampsjáðu Pico 2 töfluna í viðauka B í Raspberry Pi Pico 2 gagnablaðinu og Pico 2 hönnuninni files.
Notaðu Abracon ABM8-272-T3 til að fá sem bestan árangur og stöðugleika yfir dæmigerð hitastigssvið. Þú getur fengið ABM8-272-T3 beint frá Abracon eða frá viðurkenndum söluaðila. Pico 2 hefur verið sérstaklega stillt fyrir ABM8-272-T3, sem hefur eftirfarandi forskriftir:

Jafnvel ef þú notar kristal með svipaðar forskriftir þarftu að prófa hringrásina á mismunandi hitastigi til að tryggja stöðugleika.
Kristallsveiflan er knúin frá IOVDD voltage. Fyrir vikið hefur Abracon kristalinn og þessi tiltekna damping viðnám eru stillt fyrir 3.3V notkun. Ef þú notar annað IO voltage, þú þarft að stilla aftur.
Allar breytingar á kristalsbreytum hætta á óstöðugleika í öllum íhlutum sem tengjast kristalrásinni.

Ef þú getur ekki fengið ráðlagðan kristal beint frá Abracon eða söluaðila skaltu hafa samband applications@raspberrypi.com.

Kafli 5. IOs

USB
Mynd 11. Skýringarmynd sem sýnir USB-pinna á RP2350 og raðlokun

RP2350 gefur tvo pinna til að nota fyrir fullan hraða (FS) eða lághraða (LS) USB, annað hvort sem hýsil eða tæki, allt eftir hugbúnaðinum sem notaður er. Eins og við höfum þegar rætt getur RP2350 einnig ræst sem USB-gagnageymslutæki, þannig að það er skynsamlegt að tengja þessa pinna við USB-tengið (J1 á mynd 5). USB_DP og USB_DM pinnarnir á RP2350 krefjast ekki frekari uppdráttar eða niðurfellinga (nauðsynlegt til að gefa til kynna hraða, FS eða LS, eða hvort um er að ræða hýsil eða tæki), þar sem þeir eru innbyggðir í I/Os. Hins vegar þurfa þessi I/Os 27Ω röð lúkningarviðnám (R7 og R8 á mynd 11), staðsett nálægt flísinni, til að uppfylla USB viðnám forskriftina.
Jafnvel þó að RP2350 sé takmörkuð við gagnahraða á fullum hraða (12Mbps), ættum við að reyna að ganga úr skugga um að einkennandi viðnám flutningslínanna (koparsporin sem tengja flísina við tengið) séu nálægt
USB forskrift upp á 90Ω (mæld á mismunandi hátt). Á 1 mm þykku borði eins og þessu, ef við notum 0.8 mm breiðar brautir á USB_DP og USB_DM, með 0.15 mm bil á milli þeirra, ættum við að fá mismunaviðnám sem er um 90Ω. Þetta er til að tryggja að merkin geti ferðast meðfram þessum flutningslínum eins hreint og hægt er, með því að lágmarka rúmmáltage endurkast sem getur dregið úr heilleika merkisins. Til þess að þessar flutningslínur virki sem skyldi þurfum við að ganga úr skugga um að beint fyrir neðan þessar línur sé jörð. Sterkt, óslitið svæði úr jörðu kopar, sem teygir sig alla lengd brautarinnar. Í þessari hönnun er nánast allt neðsta koparlagið helgað jörðu og var sérstaklega gætt að því að USB-lögin fari yfir ekkert nema jörð. Ef PCB þykkt en 1 mm er valið fyrir smíðina þína, þá höfum við tvo valkosti. Við gætum endurhannað USB-flutningslínurnar til að bæta upp fyrir meiri fjarlægð milli brautarinnar og jarðar undir (sem gæti verið líkamlegur ómöguleiki), eða við gætum hunsað það og vonað það besta. USB FS getur verið nokkuð fyrirgefið, en mílufjöldi þinn getur verið breytilegur. Líklegt er að það virki í mörgum forritum, en það mun líklega ekki vera í samræmi við USB staðalinn.

I/O hausar

Mynd 12. Skýringarhluti sem sýnir 2.54 mm I/O hausa QFN60 útgáfunnar

Til viðbótar við USB-tengið sem þegar hefur verið nefnt eru par af 2.54 mm hausum með tvöföldum röðum (J2 og J3 á mynd 12), einn á hvorri hlið borðsins, sem restin af I/O hefur verið tengdur við. Það eru 30 GPIO á RP2350A, en það eru 48 GPIO á RP2350B, þannig að hausarnir á þessari útgáfu af Minimal borðinu eru stærri til að gera ráð fyrir auka pinnum (sjá mynd 13).
Þar sem þetta er almenn hönnun, án sérstakrar notkunar í huga, hefur I/O verið gert aðgengilegt til að tengja það eins og notandinn vill. Innri röð pinna á hverjum haus eru I/Os og ytri röðin eru öll tengd við jörðu. Það er góð venja að hafa margar jarðtengingar á I/O tengjum. Þetta hjálpar til við að viðhalda lágri viðnámsjörð og einnig til að veita fullt af mögulegum afturleiðum fyrir strauma sem ferðast til og frá
I/O tengingar. Þetta er mikilvægt til að lágmarka rafsegultruflanir sem geta stafað af því að afturstraumar fljótt skipta merkja taka langar, lykkjuleiðir til að klára hringrásina.

Báðir hausarnir eru á sama 2.54 mm ristinni, sem gerir það auðveldara að tengja þetta borð við aðra hluti, svo sem breadboards. Þú gætir viljað íhuga að setja aðeins einn raða haus í staðinn fyrir tvöfalda raða hausinn, sleppa við ytri röð jarðtenginga, til að gera það þægilegra að festa á breiðbretti.

Mynd 13. Skýringarhluti sem sýnir 2.54 mm I/O hausa QFN80 útgáfunnar

Kemba tengi

Mynd 14. Skýringarmynd sem sýnir valfrjálsa JST tengið fyrir SWD kembiforrit

Fyrir kembiforrit á flís gætirðu viljað tengjast SWD tengi RP2350. Pinnarnir tveir, SWD og SWCLK, eru fáanlegir á 2.54 mm hausnum, J3, til að auðvelda villuleitarnemann að eigin vali að vera tengdur. Í viðbót við þetta hef ég sett inn valfrjálsan JST haus, sem gerir auðvelda tengingu við Raspberry Pi Debug Probe. Þú þarft ekki að nota þetta, 2.54 mm hausarnir duga ef þú ætlar að kemba hugbúnað, en mér finnst þægilegra að gera það. Ég hef valið lárétt tengi, aðallega vegna þess að mér líkar útlitið á því, jafnvel þótt það sé ekki á brún borðsins, en lóðrétt eru til, þó með aðeins öðru fótspori.

Hnappar
Lágmarkshönnunin inniheldur nú ekki einn, heldur tvo hnappa, þar sem RP240 útgáfan hafði engan. Einn er fyrir USB ræsival eins og við höfum áður fjallað um, en sá annar er „endurstilla“ hnappur, tengdur við RUN pinna. Hvorugt af þessu er algjörlega nauðsynlegt (þó að skipta þyrfti út BOOTSEL hnappinum fyrir haus eða álíka ef USB ræsihamur var krafist), og hægt er að fjarlægja það ef pláss eða kostnaður er áhyggjuefni, en þeir gera það vissulega langt að nota RP2350 skemmtilegri upplifun.