Raspberry Pi SC1631 Raspberry Microcontroller מדריך הוראות

פרק 1: מבוא
סדרת RP2350 מציעה אפשרויות חבילה שונות בהשוואה לסדרת RP2040. ה-RP2350A וה-RP2354A מגיעים באריזת QFN-60 ללא ועם אחסון פלאש פנימי בהתאמה, בעוד שה-RP2354B ו-RP2350B מגיעים באריזת QFN-80 עם ובלי אחסון פלאש.

פרק 2: כוח
סדרת RP2350 כוללת כרך מיתוג חדש על-שבבtagווסת עם חמישה פינים. ווסת זה דורש רכיבים חיצוניים לפעולה אך מציע יעילות הספק גבוהה יותר בזרמי עומס גבוהים יותר בהשוואה לווסת הליניארי בסדרת RP2040. שימו לב לרגישות לרעש בפין VREG_AVDD המספק את המעגלים האנלוגיים.

שאלות נפוצות (שאלות נפוצות)

ש: מה ההבדל העיקרי בין RP2350A ל-RP2350B?
ת: ההבדל העיקרי טמון בנוכחות אחסון פלאש פנימי. ל-RP2350A אין אחסון פלאש פנימי ואילו ל-RP2350B יש.
ש: כמה פינים עושה הכרךtagלרגולטור מסדרת RP2350 יש?
ת: הכרךtagלרגולטור מסדרת RP2350 יש חמישה פינים.

עיצוב חומרה עם RP2350 שימוש במיקרו-בקרים RP2350 לבניית לוחות ומוצרים

קולופון

תיעוד זה מורשה תחת Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). תאריך בנייה: 2024-08-08 גירסת בנייה: c0acc5b-clean
הודעת כתב ויתור משפטי

נתונים טכניים ואמינות עבור מוצרי RASPBERRY PI (כולל גליונות נתונים) כפי ששונו מעת לעת ("משאבים") מסופקים על ידי RASPBERRY PI LTD ("RPL") "כפי שהם" וכל מפורש או משתמע, לא משתמע אל, האחריות המשתמעת של סחירות והתאמה למטרה מסוימת נדחתות. במידה המקסימלית המותרת על פי החוק הרלוונטי בשום מקרה, RPL לא תהיה אחראית לכל נזק ישיר, עקיף, מקרי, מיוחד, למופת או תוצאתי (כולל, אך לא מוגבל לשירות, של שירות רכש; נתונים , או רווחים או הפרעה עסקית) הנגרמת ולפי כל תיאוריה של אחריות, בין אם בחוזה, באחריות קפדנית, או בעוולה (כולל רשלנות או אחרת) הנובעת מכל דרך שהיא כתוצאה מהשימוש, של נזק כזה.
RPL שומרת לעצמה את הזכות לבצע כל שיפורים, שיפורים, תיקונים או כל שינוי אחר במשאבים או בכל מוצר המתואר בהם בכל עת וללא הודעה נוספת.
המשאבים מיועדים למשתמשים מיומנים עם רמות מתאימות של ידע עיצובי. המשתמשים הם האחראים הבלעדיים לבחירתם ולשימוש במשאבים ולכל יישום של המוצרים המתוארים בהם. המשתמש מסכים לשפות ולחזק את RPL מפני כל התחייבויות, עלויות, נזקים או הפסדים אחרים הנובעים מהשימוש שלהם במשאבים.

RPL מעניק למשתמשים הרשאה להשתמש במשאבים אך ורק בשילוב עם מוצרי Raspberry Pi. כל שימוש אחר במשאבים אסור. לא ניתן רישיון לכל RPL אחר או זכות קניין רוחני אחרת של צד שלישי.
פעילויות בסיכון גבוה. מוצרי Raspberry Pi אינם מתוכננים, מיוצרים או מיועדים לשימוש בסביבות מסוכנות הדורשות ביצועים בטיחותיים בכשל, כגון בהפעלת מתקנים גרעיניים, מערכות ניווט או תקשורת של מטוסים, בקרת תעבורה אווירית, מערכות נשק או יישומים קריטיים לבטיחות (כולל תמיכת חיים) מערכות ומכשירים רפואיים אחרים), שבהם כשל במוצרים עלול להוביל ישירות למוות, לפציעה אישית או לנזק פיזי או סביבתי חמור ("פעילויות בסיכון גבוה"). RPL מסירה במפורש כל אחריות מפורשת או משתמעת להתאמה לפעילויות בסיכון גבוה ואינה מקבלת כל אחריות לשימוש או הכללה של מוצרי Raspberry Pi בפעילויות בסיכון גבוה.

מוצרי Raspberry Pi מסופקים בכפוף לתנאים הסטנדרטיים של RPL. אספקת המשאבים של RPL אינה מרחיבה או משנה אחרת את התנאים הסטנדרטיים של RPL, לרבות אך לא מוגבלת לכתבי הוויתור והאחריות המובעים בהם.

פרק 1. מבוא

איור 1. עיבוד 3D KiCad של העיצוב המינימלי RP2350A, למשלample

כשהצגנו לראשונה את Raspberry Pi RP2040, שחררנו גם אקס עיצוב 'מינימלי'ampהמדריך והמדריך הנלווה לעיצוב חומרה עם RP2040, אשר בתקווה הסביר כיצד ניתן להשתמש ב-RP2040 בלוח מעגלים פשוט, ומדוע נעשו בחירות הרכיבים השונות. עם הגעתה של סדרת RP235x, הגיע הזמן לבחון מחדש את העיצוב המקורי של RP2040 Minimal, ולעדכן אותו כך שיתייחס לתכונות החדשות, וגם עבור כל אחת מגרסאות החבילה; ה-RP2350A עם חבילת ה-QFN-60 שלו, וה-RP2350B שהוא QFN-80. שוב, עיצובים אלה הם בפורמט Kicad (7.0), וזמינים להורדה (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

המועצה המינימלית
הלוח המינימלי המקורי היה ניסיון לספק עיצוב ייחוס פשוט, תוך שימוש במינימום המינימלי של רכיבים חיצוניים הנדרשים כדי להפעיל את ה-RP2040 ועדיין להיות חשוף ונגיש לכל ה-IO. זה כלל בעיקרו מקור מתח (ווסת ליניארי של 5V עד 3.3V), מתנד גביש, זיכרון הבזק וחיבורי IO (שקע מיקרו USB וכותרות GPIO). לוחות המינימל החדשים מסדרת RP235x זהים במידה רבה, אך עם כמה שינויים נחוצים עקב החומרה החדשה. בנוסף לכך, ולמרות שאני נוגד במקצת את האופי המינימלי של העיצוב, הוספתי כמה כפתורים ל-bootsel and run, יחד עם כותרת SWD נפרדת, מה שאמור להיות חוויית ניפוי שגיאה פחות מתסכלת הפעם. עיצובים לא מחייבים את הכפתורים האלה, האותות עדיין זמינים בכותרות, וניתן לוותר עליהם אם אתה מודע במיוחד לעלות או מקום, או שיש לך נטיות מזוכיסטיות.

סדרת RP2040 לעומת RP235x
השינוי הברור ביותר הוא בחבילות. בעוד שה-RP2040 הוא QFN-7 בגודל 7x56 מ"מ, לסדרת RP235x יש כרגע ארבעה חברים שונים. ישנם שני מכשירים החולקים את אותה חבילת QFN-60; ה-RP2350A שאינו מכיל אחסון פלאש פנימי, וה-RP2354A שכן. באופן דומה, ה-QFN-80 מגיע גם בשני טעמים; ה-RP2354B עם פלאש, ו-RP2350B בלי. מכשירי QFN-60 וה-RP2040 המקורי חולקים ירושה משותפתtage.

לכל אחד מהם 30 GPIO, שארבעה מהם מחוברים גם ל-ADC, וגודלם 7x7 מ"מ. למרות זאת, ה-RP2350A אינו תחליף נפוץ ל-RP2040, מכיוון שמספר הפינים בכל אחד מהם שונה. לעומת זאת, לשבבי QFN-80 יש כעת 48 GPIO, ושמונה מהם מסוגלים כעת ל-ADC. בגלל זה, יש לנו כעת שני לוחות מינימליים; אחד עבור התקני 60 פינים, ואחד עבור 80. לוחות מינימליים אלה מיועדים בעיקר לחלקים ללא פלאש פנימי (RP2350), אולם ניתן להשתמש בעיצובים בקלות עם התקני הפלאש הפנימיים (RP2354) פשוט על ידי השמטת הפלאש המשולב. זיכרון, או אפילו שימוש בו כהתקן פלאש משני (עוד על כך בהמשך). יש הבדל קטן בין שני הלוחות, מלבד העובדה שלגרסת QFN-80 יש שורות ארוכות יותר של כותרות כדי להכיל את ה-GPIO הנוסף, ולכן הלוח גדול יותר.

מלבד החבילה, ההבדל הגדול ביותר ברמת הלוח בין סדרת RP235x ל-RP2040 הם ספקי הכוח. לסדרת RP235x יש כמה פיני חשמל חדשים, ווסת פנימי שונה. הרגולטור הליניארי של 100mA של ה-RP2040 הוחלף בווסת מיתוג של 200mA, וככזה, הוא דורש מעגלים מאוד ספציפיים, ולא מעט טיפול בפריסה. מומלץ מאוד לעקוב מקרוב אחר בחירת הפריסה והרכיבים שלנו; כבר עברנו את הכאב של צורך לבצע מספר איטרציות של העיצוב, אז אני מקווה שלא תצטרך לעשות זאת.

איור 2. עיבוד 3D KiCad של העיצוב המינימלי RP2350B, למשלample

העיצוב
הכוונה של העיצוב המינימלי לשעברamples היא ליצור זוג לוחות פשוטים באמצעות סדרת RP235x, שאמורים להיות ניתנים לייצור בזול ובקלות, ללא שימוש בטכנולוגיות PCB אקזוטיות שלא לצורך. הלוחות המינימליים הם לפיכך עיצובים של 2 שכבות, תוך שימוש ברכיבים שאמורים להיות זמינים בדרך כלל, וכולם מותקנים בצד העליון של הלוח. למרות שזה יהיה נחמד להשתמש ברכיבים גדולים, בעלי יכולת הלחמה ידנית בקלות, הגובה הקטן של שבבי QFN (0.4 מ"מ) אומר ששימוש ברכיבים פסיביים של 0402 (1005 מטרי) הוא בלתי נמנע אם יש להשתמש בכל ה-GPIOs. בעוד שהלחמה ידנית של רכיבי 0402 אינה מאתגרת מדי עם מלחם הגון, זה כמעט בלתי אפשרי להלחים את ה-QFNs ללא ציוד מומחה.

במהלך הסעיפים הבאים, אני הולך לנסות להסביר למה מיועד המעגל הנוסף, ובתקווה איך הגענו לבחירות שעשינו. מכיוון שלמעשה אני הולך לדבר על שני עיצובים נפרדים, אחד לכל גודל חבילה, ניסיתי לשמור על דברים פשוטים ככל האפשר. ככל שניתן, כל הפניות הרכיבים של שני הלוחות זהות, כך שאם אני מתייחס ל-U1, R1 וכו', אז זה רלוונטי לשני הלוחות באותה מידה. החריג הברור הוא כאשר הרכיב נמצא רק באחד מהלוחות (בכל המקרים, זה יהיה בגרסה הגדולה יותר של 80 פינים), אז הרכיב המדובר יהיה רק בעיצוב QFN-80; למשלample, R13 מופיע רק בלוח זה.

פרק 2. כוח

ספקי הכוח של סדרת RP235x וה-RP2040 שונים במקצת הפעם, אם כי בתצורה הפשוטה ביותר שלו, הוא עדיין דורש שני ספקים, 3.3V ו-1.1V. סדרת RP235x בו זמנית יותר צריכות חשמל, מכיוון שהיא ביצועים גבוהים יותר, וגם חסכונית יותר (כאשר היא במצב הספק נמוך) מקודמתה, ולכן הווסת הליניארי ב-RP2040 שודרג עם ווסת מיתוג. זה מאפשר לנו יעילות כוח גדולה יותר בזרמים גבוהים יותר (עד 200mA בהשוואה ל-100mA בעבר).

כרך חדש על שבבtagרגולטור e

איור 3. קטע סכמטי המציג את מעגל הרגולטור הפנימי

לווסת הליניארי של ה-RP2040 היו שני פינים, כניסת 3.3V ויציאה של 1.1V כדי לספק את ה-DVD על השבב. הפעם, לווסת סדרת RP235x יש חמישה פינים, ודורש רכיבים חיצוניים כדי לגרום לו לעבוד. למרות שזה נראה קצת צעד אחורה מבחינת שימושיות, לווסת המיתוג יש את היתרוןtage של להיות יעיל יותר בצריכת החשמל בזרמי עומס גבוהים יותר.

כפי שהשם מרמז, הרגולטור מדליק ומכבה במהירות טרנזיסטור פנימי המחבר את נפח הכניסה של 3.3Vtage (VREG_VIN) לפין VREG_LX, ובעזרת משרן (L1) וקבל מוצא (C7), הוא יכול לייצר נפח יציאה DCtage אשר ירד מהקלט. פין VREG_FB מנטר את נפח הפלטtagה, ומתאים את יחס ההפעלה/כיבוי של מחזור המיתוג, כדי להבטיח שהנפח הנדרשtage נשמר. מכיוון שזרמים גדולים מועברים מ-VREG_VIN ל-VREG_LX, נדרש קבל גדול (C6) קרוב לכניסה, כך שאנו לא מפריעים יותר מדי את אספקת ה-3.3V. אם כבר מדברים על זרמי המיתוג הגדולים הללו, הרגולטור מגיע גם עם חיבור החזרת קרקע משלו, VREG_PGND. בדומה ל-VREG_VIN ו-VREG_LX, הפריסה של חיבור זה היא קריטית, ובעוד ש-VREG_PGND חייב להתחבר ל-GND הראשי, זה חייב להיעשות בצורה כזו שכל זרמי המיתוג הגדולים יחזרו ישירות לפין PGND, מבלי להפריע לשאר ה-GND יותר מדי.

הפין האחרון הוא VREG_AVDD, המספק את המעגלים האנלוגיים בתוך הרגולטור, וזה רגיש מאוד לרעש.

איור 4. קטע סכמטי המציג את פריסת ה-PCB של הרגולטור

הפריסה של הרגולטור על הלוחות המינימליים משקפת מקרוב את זו של Raspberry Pi Pico 2. עבודה רבה הושקעה בתכנון המעגל הזה, עם איטרציות רבות של ה-PCB הנדרשות על מנת להפוך אותו טוב ככל האפשר. פַּחִית. אמנם אתה יכול למקם את הרכיבים האלה במגוון דרכים שונות ועדיין לגרום לווסת 'לעבוד' (כלומר, לייצר נפח פלטtagברמה הנכונה בערך, מספיק טוב כדי להפעיל את הקוד), גילינו שצריך להתייחס לרגולטור שלנו בצורה הנכונה בדיוק כדי לשמור עליו שמח, ובעצם, אני מתכוון להפיק את נפח הפלט הנכוןtage בטווח של תנאי זרם עומס.
בזמן ביצוע הניסויים שלנו על זה, התאכזבנו משהו להיזכר שאי אפשר תמיד להתעלם מהעולם הלא נוח של הפיזיקה. אנחנו, כמהנדסים, בעיקר מנסים לעשות בדיוק את זה; פישוט רכיבים, התעלמות (לעיתים קרובות) ממאפיינים פיזיים לא משמעותיים, ובמקום זאת התמקדות בנכס שבו אנו מעוניינים. למשלampלנגד פשוט אין רק התנגדות, אלא גם השראות וכו'. במקרה שלנו גילינו (מחדש) שלמשרנים יש שדה מגנטי הקשור אליהם, וחשוב מכך, מקרינים בכיוון תלוי באיזה כיוון הסליל הוא פצע, ואת כיוון זרימת הזרם. נזכרנו גם שמשרן מוגן 'מלא' אינו אומר מה שאתה חושב שהוא עשוי. השדה המגנטי מוחלש במידה רבה, אך חלקם עדיין בורח. מצאנו שניתן לשפר באופן מסיבי את ביצועי הרגולטור אם המשרן הוא 'בדרך הנכונה'.
מסתבר שהשדה המגנטי הנפלט ממשרן 'לא נכון' מפריע לקבל הפלט של הרגולטור (C7), מה שבתורו משבש את מעגלי הבקרה בתוך RP2350. כשהמשרן נמצא בכיוון הנכון, והפריסה המדויקת ובחירות הרכיבים המשמשות כאן, הבעיה הזו נעלמת. ללא ספק יהיו פריסות אחרות, רכיבים וכו' שיכולים לעבוד עם משרן בכל כיוון, אבל סביר להניח שהם ישתמשו בהרבה יותר שטח PCB כדי לעשות זאת. סיפקנו את הפריסה המומלצת הזו כדי לחסוך לאנשים את שעות ההנדסה הרבות שהשקענו בפיתוח וחידוד הפתרון הקומפקטי והמתנהג היטב.
יותר לעניין, אנחנו מרחיקים לכת ואומרים שאם תבחרו לא להשתמש באקס שלנוampאז אתה עושה זאת על אחריותך בלבד. בדיוק כמו שאנחנו כבר עושים עם RP2040 ומעגל הקריסטל, שבו אנחנו מתעקשים (טוב, ממליצים בחום) שתשתמש בחלק מסוים (נעשה זאת שוב בסעיף הקריסטל של מסמך זה).
הכיווניות של המשרנים הקטנים הללו זוכה להתעלמות כמעט אוניברסלית, כאשר הכיוון של סליל הסליל בלתי אפשרי להסיק, וגם מופץ באופן אקראי לאורך סליל של רכיבים. לעתים קרובות ניתן למצוא בגדלים גדולים יותר של מארז משרן סימני קוטביות, אולם לא מצאנו כאלה מתאימים בגודל המארז 0806 (מטרי 2016) שבחרנו. לשם כך, עבדנו עם Abracon כדי לייצר חלק של 3.3μH עם נקודה כדי לציין קוטביות, וחשוב יותר, עלה על סליל כשכולם מיושרים באותו אופן. ה-TBD יהיו (או בקרוב מאוד) יהיו זמינים לקהל הרחב מהמפיצים. כפי שהוזכר קודם לכן, אספקת ה-VREG_AVDD רגישה מאוד לרעש, ולכן יש צורך לסנן אותה. מצאנו כי מכיוון שה-VREG_AVDD שואב רק סביב 200μA, מסנן RC של 33Ω ו-4.7μF הוא הולם.
אז, לסיכום, הרכיבים שבהם נעשה שימוש יהיו...
- C6, C7 ו-C9 - 4.7μF (0402, 1005 מטרי)
- L1 – Abracon TBD (מדד 0806, 2016)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 מטרי)
גיליון הנתונים של RP2350 כולל דיון מפורט יותר על המלצות פריסת הרגולטור, אנא ראה דרישות פריסת רכיבים חיצוניים ו-PCB.

אספקת קלט

חיבור החשמל המבוא עבור עיצוב זה הוא באמצעות פין VBUS 5V של מחבר Micro-USB (מסומן J1 באיור 5). זוהי שיטה נפוצה להפעלת מכשירים אלקטרוניים, והיא הגיונית כאן, שכן ל-RP2350 יש פונקציונליות USB, אותה נחבר לפיני הנתונים של מחבר זה. מכיוון שאנו צריכים רק 3.3V עבור עיצוב זה (הספק 1.1V מגיע מהפנים), עלינו להוריד את אספקת ה-USB הנכנסת של 5V, במקרה זה, באמצעות כרך חיצוני אחרtage regulator, במקרה זה וסת ליניארי (המכונה Low Drop Out Regulator, או LDO). לאחר שציינו בעבר את סגולות השימוש בווסת מיתוג יעיל, זו יכולה להיות גם בחירה נבונה להשתמש באחד גם כאן, אבל בחרתי בפשטות. ראשית, השימוש ב-LDO הוא כמעט תמיד קל יותר. אין צורך בחישובים כדי להבין באיזה גודל משרן אתה צריך להשתמש, או כמה גדולים הם קבלי הפלט, וגם הפריסה היא בדרך כלל הרבה יותר פשוטה. שנית, חסכון בכל טיפת כוח אחרונה אינה המטרה כאן; אם זה היה, הייתי שוקל ברצינות להשתמש בווסת מיתוג, ותוכל למצוא אקסampמה לעשות זאת ב-Raspberry Pi Pico 2. ודבר שלישי, אני יכול פשוט 'להשאיל' את המעגל שבו השתמשתי בעבר בגרסת RP2040 של לוח המינימלי. ל-NCP1117 (U2) שנבחר כאן יש תפוקה קבועה של 3.3V, זמין באופן נרחב ויכול לספק עד 1A של זרם, מה שיספיק לרוב העיצובים. עיון בגיליון הנתונים של ה-NCP1117 אומר לנו שהמכשיר הזה דורש קבל של 10μF בכניסה, ועוד ביציאה (C1 ו-C5).

ניתוק קבלים

איור 6. קטע סכמטי המציג את כניסות ספק הכוח RP2350, כרךtage וסת וקבלים ניתוק

היבט נוסף של תכנון ספק הכוח הם קבלי הניתוק הנדרשים עבור RP2350. אלה מספקים שתי פונקציות בסיסיות. ראשית, הם מסננים רעשי אספקת חשמל, ושנית, מספקים אספקה מקומית של טעינה שהמעגלים בתוך RP2350 יכולים להשתמש בה בהתראה קצרה. זה מונע את הכרךtagהרמה בסביבה הקרובה לא תרד יותר מדי כאשר הביקוש הנוכחי גדל לפתע. בגלל זה, חשוב למקם את הניתוק קרוב לפיני הכוח. בדרך כלל, אנו ממליצים להשתמש בקבל 100nF לכל פין חשמל, עם זאת, אנו חורגים מהכלל הזה בכמה מקרים.

איור 7. קטע פריסה המציג ניתוב וניתוק RP2350

ראשית, על מנת שיהיה לנו מספיק מקום כדי שכל פיני השבבים יוכלו להיות מנותבים החוצה, הרחק מהמכשיר, עלינו להתפשר על כמות קבלי הניתוק שאנו יכולים להשתמש בהם. בעיצוב זה, פינים 53 ו-54 של RP2350A (פינים 68 ו-69 של RP2350B) חולקים קבל יחיד (C12 באיור 7 ואיור 6), מכיוון שאין הרבה מקום בצד זה של המכשיר, והרכיבים ופריסה של הרגולטור יש עדיפות.
ניתן להתגבר במידת מה על חוסר המקום הזה אם השתמשנו בטכנולוגיה מורכבת/יקרה יותר, כמו רכיבים קטנים יותר, או PCB ארבע שכבות עם רכיבים הן בצד העליון והן בצד התחתון. זוהי פשרה עיצובית; הורדנו את המורכבות והעלות, על חשבון קיבול ניתוק קטן יותר, וקבלים שנמצאים מעט יותר רחוק מהשבב ממה שהוא אופטימלי (זה מגדיל את השראות). זה יכול להשפיע על הגבלת המהירות המקסימלית שהתכנון יכול לפעול בה, כמו כרךtagהאספקה עשויה להיות רועשת מדי ולרדת מתחת לנפח המינימלי המותרtagה; אבל עבור רוב היישומים, הפשרה הזו צריכה להיות מקובלת.

החריגה הנוספת מכלל 100nF היא כדי שנוכל לשפר עוד יותר את הווליוםtagביצועי הרגולטור; אנו ממליצים להשתמש ב-4.7μF עבור C10, הממוקם בצד השני של השבב מהווסת.

פרק 3. זיכרון פלאש

הבזק ראשי

איור 8. קטע סכמטי המציג את זיכרון ההבזק הראשי ומעגלי USB_BOOT

על מנת שנוכל לאחסן קוד תוכנית שממנו RP2350 יכול לאתחל ולרוץ, עלינו להשתמש בזיכרון הבזק, במיוחד, בזיכרון פלאש מרובע SPI. ההתקן שנבחר כאן הוא מכשיר W25Q128JVS (U3 באיור 8), שהוא שבב 128Mbit (16MB). זהו גודל הזיכרון הגדול ביותר ש-RP2350 יכול לתמוך בו. אם היישום הספציפי שלך אינו זקוק לנפח אחסון רב, אזי ניתן להשתמש בזיכרון קטן יותר וזול יותר במקום זאת.
מכיוון שאוטובוס הנתונים הזה יכול להיות בתדירות גבוהה למדי ונמצא בשימוש קבוע, יש לחבר את פיני ה-QSPI של RP2350 ישירות לפלאש, תוך שימוש בחיבורים קצרים כדי לשמור על שלמות האות, וכדי להפחית גם דיבור במעגלים מסביב. הצלבה היא המקום שבו אותות ברשת מעגל אחת יכולים לגרום לנפח לא רצויtages במעגל שכן, ועלול לגרום לשגיאות להתרחש.

האות QSPI_SS הוא מקרה מיוחד. הוא מחובר לפלאש ישירות, אבל יש לו גם שני נגדים (טוב, ארבעה, אבל על זה אעמוד בהמשך) המחוברים אליו. הראשון (R1) הוא משיכה לאספקת 3.3V. זיכרון הפלאש דורש שהקלט של בחירת השבב יהיה באותו נפחtage בתור פין אספקת 3.3V משלו כשהמכשיר מופעל, אחרת, הוא אינו פועל כראוי. כאשר ה-RP2350 מופעל, פין ה-QSPI_SS שלו יוגדר אוטומטית כברירת מחדל ל-pull-up, אך ישנו פרק זמן קצר במהלך ההפעלה שבו לא ניתן להבטיח את מצב ה-QSPI_SS. תוספת של נגד משוך מבטיחה שדרישה זו תמיד תתמלא. R1 מסומן כ-DNF (Do Not Fit) על הסכימה, מכיוון שגילינו שעם מכשיר פלאש מסוים זה, המשיכה החיצונית מיותרת. עם זאת, אם נעשה שימוש בפלאש אחר, ייתכן שיהיה חשוב להיות מסוגל להכניס כאן נגד של 10kΩ, כך שהוא נכלל לכל מקרה.
הנגד השני (R6) הוא נגד של 1kΩ, המחובר ללחצן לחיצה (SW1) שכותרתו 'USB_BOOT'. הסיבה לכך היא שפין QSPI_SS משמש בתור 'רצועת אתחול'; RP2350 בודק את הערך של קלט/פלט זה במהלך רצף האתחול, ואם נמצא שהוא 0 לוגי, אז RP2350 חוזר למצב BOOTSEL, שבו RP2350 מציג את עצמו כהתקן אחסון המוני USB, וניתן להעתיק קוד ישירות אליו. אם פשוט נלחץ על הכפתור, נמשוך פין QSPI_SS לאדמה, ואם המכשיר מאופס לאחר מכן (למשל על ידי החלפת פין RUN), RP2350 יופעל מחדש במצב BOOTSEL במקום לנסות להפעיל את תוכן הפלאש. נגדים אלה, R2 ו-R6 (גם R9 ו-R10), צריכים להיות ממוקמים קרוב לשבב הפלאש, כך שאנו נמנעים מאורכים נוספים של פסי נחושת שעלולים להשפיע על האות.
כל האמור לעיל מתייחס ספציפית ל-RP2350, שאין לו פלאש פנימי. כמובן שלמכשירי RP2354 יש זכרונות פלאש פנימיים בנפח 2MB, כך שאין צורך בזיכרון U3 החיצוני, כך שניתן להסיר את U3 בבטחה מהסכמטי, או פשוט להשאיר אותו ללא אוכלוסין. בכל אחד מהמקרים הללו, עדיין נרצה להשאיר את מתג USB_BOOT מחובר ל-QSPI_SS, כדי שנוכל עדיין להיכנס למצב אתחול USB.

פלאש משני או PSRAM

סדרת RP235x תומכת כעת בהתקן זיכרון שני המשתמש באותם פינים QSPI, כאשר GPIO מספק את בחירת השבב הנוסף. לכן, אם אנו משתמשים ב-RP2354 (שיש לו פלאש פנימי), אז נוכל להשתמש ב-U3 כפלאש משני, או אפילו להחליף אותו בהתקן PSRAM. על מנת לעשות זאת, עלינו לנתק את QSPI_SS מ-U3, ובמקום זאת לחבר אותו ל-GPIO מתאים במקום. ה-GPIO הקרוב ביותר המסוגל להיות בחירה בשבב (XIP_CS1n) הוא GPIO0, כך שעל ידי הסרת ה-0Ω מ-R10, והתאמתו ל-R9, נוכל כעת לגשת ל-U3 בנוסף לפלאש שבשבב. על מנת לנצל באופן מלאtage של תכונה זו, שבה יש לנו שני התקני זיכרון חיצוניים כדי שחלקי ה-RP2350 נטולי הבזק יוכלו להפיק תועלת, הגדול מבין שני הלוחות המינימליים, עבור RP2350B, כולל טביעת רגל אופציונלית (U4) עבור שבב זיכרון נוסף.

איור 9. קטע סכמטי המציג את התקן הזיכרון המשני האופציונלי

כדי להיות מסוגל להשתמש במכשיר זה, ברור שהוא יצטרך להיות מאוכלס , כמו גם R11 (0Ω), ו-R13 (10KΩ). התוספת של R11 מחברת את GPIO0 (אות XIP_CS1n) לבחירת השבב של הזיכרון השני. המשיכה על פין בחירת השבב בהחלט נחוצה הפעם, מכיוון שמצב ברירת המחדל של GPIO0 הוא להימשך נמוך בהדלקה, מה שיגרום למכשיר הפלאש שלנו להיכשל. כמו כן, יהיה צורך ב-C22 כדי לספק ניתוק אספקת חשמל מקומית עבור U4.

שבבי פלאש נתמכים
רצף בדיקת הבזק הראשוני, המשמש את החלק התחתון כדי לחלץ את ה-s השניtage מ-Flash, משתמש בפקודת קריאה טורית של 03h, עם כתובת 24 סיביות, ושעון טורי של כ-1MHz. הוא עובר שוב ושוב דרך ארבעת השילובים של קוטביות השעון ושלב השעון, מחפש שניות תקפותtage CRC32 checksum.
כמו הס' השניהtagלאחר מכן, e חופשי להגדיר הפעלה במקום באמצעות אותה פקודת קריאה טורית של 03h, RP2350 יכול לבצע ביצוע פלאש במטמון במקום עם כל שבב התומך בקריאה טורי 03h עם כתובת 24 סיביות, הכולל את רוב מכשירי הפלאש מסדרת 25 . ה-SDK מספק אקסampלשנייה סtage עבור CPOL=0 CPHA=0, ב https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. כדי לתמוך בתכנות פלאש באמצעות השגרות בתחתית, המכשיר חייב להגיב גם לפקודות הבאות:

תוכנית עמודים של 02 בתים של 256 שעות
קריאת רישום סטטוס 05 שעות
06h הגדר תפס הפעלת כתיבה

מחיקת מגזר של 20 שעות 4kB

RP2350 תומך גם במגוון רחב של מצבי גישה כפולים SPI ו-QSPI. למשלampלה, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S מגדיר מכשיר מסדרת Winbond W25Q למצב קריאה רציפה quad-IO, שבו RP2350 שולח כתובות quad-IO (ללא קידומת פקודה) והפלאש מגיב עם נתוני quad-IO.

נדרשת זהירות מסוימת במצבי Flash XIP שבהם התקן הפלאש מפסיק להגיב לפקודות סדרתיות סטנדרטיות, כמו מצב הקריאה הרציפה של Winbond שהוזכר לעיל. זה יכול לגרום לבעיות כאשר RP2350 מאופס, אך התקן הפלאש אינו מופעל, מכיוון שהמבזק לא יגיב לרצף בדיקת ההבזק של ה-bootrom. לפני הנפקת הקריאה הטורית של 03h, ה-bootrom תמיד מוציא את הרצף הקבוע הבא, שהוא רצף המאמץ הטוב ביותר להפסקת XIP במגוון התקני פלאש:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (באמצעות ירידה למטה כדי למנוע מחלוקת), בעיה ×32 שעונים
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (באמצעות pull ups כדי למנוע מחלוקת), הפק x32 שעונים
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (מונע Z נמוך, כל שאר I/Os Hi-Z), בעיה ×16 שעונים

אם ההתקן שבחרת אינו מגיב לרצף זה במצב קריאה רציף שלו, אזי יש לשמור אותו במצב שבו כל העברה מקבלת קידומת של פקודה טורית, אחרת RP2350 לא יוכל להתאושש בעקבות איפוס פנימי.
לפרטים נוספים על ה-QSPI, ראה ממשק זיכרון QSPI (QMI) בגיליון הנתונים של RP2350.

פרק 4. מתנד קריסטל

איור 10. חתך סכמטי המציג את מתנד הגביש וקבלי העומס

באופן קפדני, RP2350 אינו דורש מקור שעון חיצוני, מכיוון שיש לו מתנד פנימי משלו. עם זאת, כיוון שהתדר של מתנד פנימי זה אינו מוגדר או נשלט היטב, משתנה משבב לשבב, כמו גם עם נפח אספקה שונהtagוטמפרטורות, מומלץ להשתמש במקור תדר חיצוני יציב. יישומים המסתמכים על תדרים מדויקים אינם אפשריים ללא מקור תדר חיצוני, USB הוא דוגמה ראשיתample.
אספקת מקור תדר חיצוני יכולה להיעשות באחת משתי דרכים: או על ידי אספקת מקור שעון עם פלט CMOS (גל מרובע של IOVDD voltagה) לתוך פין XIN, או באמצעות גביש 12MHz המחובר ביניהם
XIN ו-XOUT. שימוש בקריסטל הוא האפשרות המועדפת כאן, שכן הם גם זולים יחסית וגם מאוד מדויקים.

הגביש הנבחר עבור עיצוב זה הוא ABM8-272-T3 (Y1 באיור 10). זהו אותו גביש 12MHz המשמש ב-Raspberry Pi Pico ו-Raspberry Pi Pico 2. אנו ממליצים בחום להשתמש בקריסטל זה יחד עם המעגלים הנלווים כדי להבטיח שהשעון יתחיל במהירות בכל התנאים מבלי לפגוע בקריסטל עצמו. לקריסטל יש סובלנות תדר של 30ppm, שאמורה להיות מספיק טובה עבור רוב היישומים. יחד עם סובלנות תדר של +/-30ppm, יש לו ESR מקסימלי של 50Ω, וקיבול עומס של 10pF, שלשניהם הייתה השפעה על בחירת הרכיבים הנלווים.
כדי שגביש יתנדנד בתדר הרצוי, היצרן מציין את קיבול העומס שהוא צריך כדי לעשות זאת, ובמקרה זה הוא 10pF. קיבול עומס זה מושג על ידי הצבת שני קבלים בעלי ערך שווה, אחד בכל צד של הגביש לאדמה (C3 ו-C4). מנקודת הקריסטל של view, קבלים אלה מחוברים בסדרה בין שני הטרמינלים שלו. תורת המעגלים הבסיסית אומרת לנו שהם מתחברים כדי לתת קיבול של (C3*C4)/(C3+C4), וכשC3=C4, אז זה פשוט C3/2. באקס זהampאבל, השתמשנו בקבלים של 15pF, אז השילוב של הסדרה הוא 7.5pF. בנוסף לקיבול העומס המכוון הזה, עלינו להוסיף גם ערך עבור הקיבול הנוסף הלא מכוון, או הקיבול הטפילי, שאנו מקבלים ממסלולי ה-PCB ומסיכות ה-XIN וה-XOUT של RP2350. נניח ערך של 3pF עבור זה, ומכיוון שהקיבול הזה הוא במקביל ל-C3 ו-C4, אנחנו פשוט מוסיפים את זה כדי לתת לנו קיבולת עומס כוללת של 10.5pF, שזה קרוב מספיק ליעד של 10pF. כפי שאתה יכול לראות, הקיבול הטפילי של עקבות ה-PCB הוא פקטור, ולכן אנחנו צריכים לשמור אותם קטנים כדי לא להרגיז את הגביש ולעצור אותו להתנודד כמתוכנן. נסה לשמור על הפריסה קצרה ככל האפשר.
השיקול השני הוא ה-ESR המקסימלי (התנגדות סדרה שווה ערך) של הגביש. בחרנו במכשיר עם מקסימום 50Ω, מכיוון שגילינו שזה, יחד עם נגד מסדרת 1kΩ (R2), הוא ערך טוב כדי למנוע הפעלת יתר של הגביש ולהינזק בעת שימוש ב-IOVDD רמה של 3.3V. עם זאת, אם IOVDD הוא פחות מ-3.3V, אז זרם ההנעה של פיני XIN/XOUT מצטמצם, ותגלה שה ampמצב הגביש נמוך יותר, או אולי אפילו לא יתנודד בכלל. במקרה זה, יהיה צורך להשתמש בערך קטן יותר של הנגד הסדרתי. כל סטייה ממעגל הגביש המוצג כאן, או עם רמת IOVDD שאינה 3.3V, תדרוש בדיקה מקיפה כדי לוודא שהגביש מתנודד בכל התנאים, ומתחיל במהירות מספקת כדי לא לגרום לבעיות ביישום שלך.

קריסטל מומלץ

עבור עיצובים מקוריים המשתמשים ב-RP2350 אנו ממליצים להשתמש ב-Abracon ABM8-272-T3. למשלample, בנוסף לעיצוב המינימלי exampראה את סכימת לוח Pico 2 בנספח B של גיליון הנתונים Raspberry Pi Pico 2 ועיצוב Pico 2 files.
לקבלת הביצועים והיציבות הטובים ביותר בטווחי טמפרטורות הפעלה טיפוסיים, השתמש ב-Abracon ABM8-272-T3. אתה יכול לספק את ה-ABM8-272-T3 ישירות מאבראקון או ממשווק מורשה. Pico 2 כוונן במיוחד עבור ה-ABM8-272-T3, בעל המפרטים הבאים:

גם אם אתה משתמש בקריסטל עם מפרט דומה, תצטרך לבדוק את המעגל בטווח של טמפרטורות כדי להבטיח יציבות.
מתנד הקריסטל מופעל מה-IOVDD voltagה. כתוצאה מכך, הקריסטל של אברקון והדampנגד ing מכוונים לפעולת 3.3V. אם אתה משתמש בנפח IO אחרtagה, תצטרך לכוונן מחדש.
כל שינוי בפרמטרי הגביש מסוכן לאי יציבות בכל הרכיבים המחוברים למעגל הקריסטל.

אם אינך יכול להשיג את הקריסטל המומלץ ישירות מאבראקון או משווק, צור קשר applications@raspberrypi.com.

פרק 5. IOs

USB
איור 11. קטע סכמטי המציג את פיני ה-USB של RP2350 וסיום סדרה

ה-RP2350 מספק שני פינים לשימוש עבור USB במהירות מלאה (FS) או מהירות נמוכה (LS), או כמארח או כמכשיר, בהתאם לתוכנה שבה נעשה שימוש. כפי שכבר דנו, RP2350 יכול גם לאתחל כהתקן אחסון המוני USB, כך שחיווט הפינים הללו למחבר ה-USB (J1 באיור 5) הגיוני. פיני ה-USB_DP וה-USB_DM ב-RP2350 אינם דורשים משיכה או משיכה נוספת (נדרשת לציון מהירות, FS או LS, או אם זה מארח או התקן), שכן אלה מובנים ב-I/Os. עם זאת, קלט/פלט אלה אכן דורשים נגדי סיום מסדרת 27Ω (R7 ו-R8 באיור 11), הממוקמים קרוב לשבב, על מנת לעמוד במפרט עכבת ה-USB.
למרות שה-RP2350 מוגבל לקצב נתונים במהירות מלאה (12Mbps), עלינו לנסות ולוודא שהעכבה האופיינית של קווי ההולכה (מסלולי הנחושת המחברים את השבב למחבר) קרובה ל-
מפרט USB של 90Ω (נמדד בצורה דיפרנציאלית). על לוח בעובי של 1 מ"מ כגון זה, אם אנו משתמשים במסילות ברוחב 0.8 מ"מ ב-USB_DP ו-USB_DM, עם רווח של 0.15 מ"מ ביניהם, אנו אמורים לקבל עכבה אופיינית דיפרנציאלית של סביב 90Ω. זאת על מנת להבטיח שהאותות יוכלו לעבור לאורך קווי התמסורת הללו בצורה נקייה ככל האפשר, תוך צמצום נפחtagהשתקפויות e שיכולות להפחית את שלמות האות. על מנת שקווי ההולכה הללו יפעלו כראוי, עלינו לוודא כי ישר מתחת לקווים אלו נמצאת קרקע. שטח מוצק ובלתי פוסח של נחושת טחונה, הנמתח לכל אורך המסילה. בעיצוב זה, כמעט כל שכבת הנחושת התחתונה מוקדשת לאדמה, והקפדה מיוחדת ננקטה כדי להבטיח שמסלולי ה-USB יעברו רק על פני אדמה. אם נבחר PCB עבה מ-1 מ"מ למבנה שלך, יש לנו שתי אפשרויות. נוכל לעצב מחדש את קווי השידור של ה-USB כדי לפצות על המרחק הגדול יותר בין המסילה לקרקע שמתחתיו (שיכול להיות חוסר אפשרות פיזית), או שנוכל להתעלם ממנו, ולקוות לטוב. USB FS יכול להיות די סלחן, אבל הקילומטראז' שלך עשוי להשתנות. סביר להניח שזה יעבוד ביישומים רבים, אבל זה כנראה לא יעמוד בתקן ה-USB.

כותרות I/O

איור 12. קטע סכמטי המציג את כותרות הקלט/פלט בגודל 2.54 מ"מ של גרסת QFN60

בנוסף למחבר ה-USB שכבר הוזכר, יש זוג כותרות דו-שורות של 2.54 מ"מ (J2 ו-J3 באיור 12), אחת בכל צד של הלוח, שאליהם חוברו שאר ה-I/O. יש 30 GPIO ב-RP2350A, בעוד שיש 48 GPIO ב-RP2350B, כך שהכותרות בגרסה זו של לוח המינימלי גדולות יותר כדי לאפשר את הפינים הנוספים (ראה איור 13).
מכיוון שזהו עיצוב למטרה כללית, ללא יישום מסוים בחשבון, ה-I/O הפך זמין לחיבור כרצונו של המשתמש. השורה הפנימית של הפינים בכל כותרת הם ה-I/Os, והשורה החיצונית מחוברת כולן לאדמה. זה נוהג טוב לכלול הארקות רבות על מחברי I/O. זה עוזר לשמור על הארקה עם עכבה נמוכה, וגם לספק שפע של נתיבי חזרה פוטנציאליים לזרמים הנוסעים אל וממנו
חיבורי I/O. זה חשוב כדי למזער הפרעות אלקטרו-מגנטיות שיכולות להיגרם על ידי זרמי החזרה של אותות המתחלפים במהירות שלוקחים נתיבים ארוכים בלולאה להשלמת המעגל.

שתי הכותרות נמצאות על אותה רשת של 2.54 מ"מ, מה שמקל על חיבור הלוח הזה לדברים אחרים, כמו לוחות לחם. אולי כדאי לשקול להתאים רק כותרת שורה אחת במקום כותרת השורה הכפולה, ולבטל את השורה החיצונית של חיבורי הארקה, כדי להפוך אותה נוחה יותר להתאמה ללוח לחם.

איור 13. קטע סכמטי המציג את כותרות הקלט/פלט בגודל 2.54 מ"מ של גרסת QFN80

מחבר ניפוי באגים

איור 14. קטע סכמטי המציג את מחבר JST האופציונלי עבור ניפוי באגים SWD

עבור איתור באגים בשבב, ייתכן שתרצה להתחבר לממשק SWD של ה-RP2350. שני הפינים, SWD ו-SWCLK, זמינים בכותרת 2.54 מ"מ, J3, כדי לאפשר לחבר בקלות את בדיקת איתור הבאגים לבחירתך. בנוסף לכך, כללתי כותרת JST אופציונלית, המאפשרת חיבור קל ל-Raspberry Pi Debug Probe. אתה לא צריך להשתמש בזה, הכותרות של 2.54 מ"מ יספיקו אם אתה מתכוון לנפות באגים בתוכנה, אבל אני מוצא שזה יותר נוח לעשות זאת. בחרתי במחבר אופקי, בעיקר בגלל שאני אוהב את המראה שלו, גם אם הוא לא בקצה הלוח, אבל זמינים אנכיים, אם כי עם טביעת רגל קצת שונה.

כפתורים
העיצוב המינימלי מכיל כעת לא אחד, אלא שני כפתורים, כאשר לגרסת RP240 לא היה כזה. האחד מיועד לבחירת אתחול USB כפי שדיברנו בעבר, אך השני הוא כפתור 'איפוס', המחובר לפין RUN. אף אחד מאלה אינו הכרחי לחלוטין (אם כי הכפתור BOOTSEL יצטרך להיות מוחלף בכותרת או דומה אם היה צורך במצב אתחול USB), וניתן להסירם אם מקום או עלות מעוררים דאגה, אבל הם בהחלט הופכים את השימוש ב-RP2350 להרבה חוויה נעימה יותר.