Raspberry Pi SC1631 Raspberry микроконтроллері бойынша нұсқаулық

1-тарау: Кіріспе
RP2350 сериясы RP2040 сериясымен салыстырғанда әртүрлі пакет опцияларын ұсынады. RP2350A және RP2354A сәйкесінше ішкі флэш жадысы жоқ және бар QFN-60 бумасында келеді, ал RP2354B және RP2350B жарқыл жадысы бар және жоқ QFN-80 бумасында келеді.

2-тарау: Қуат
RP2350 сериясында жаңа чипте ауысу көлемі барtagбес істікшелі e реттегіш. Бұл реттегіш жұмыс істеу үшін сыртқы құрамдастарды қажет етеді, бірақ RP2040 сериясындағы сызықтық реттегішпен салыстырғанда жоғары жүктеме токтарында жоғары қуат тиімділігін ұсынады. Аналогтық схеманы қамтамасыз ететін VREG_AVDD істікшесінің шу сезімталдығына назар аударыңыз.

Жиі қойылатын сұрақтар (ЖҚС)

С: RP2350A мен RP2350B арасындағы негізгі айырмашылық неде?
A: Негізгі айырмашылық ішкі флэш жадының болуы. RP2350A-да ішкі флэш жады жоқ, ал RP2350B-де бар.
С: том қанша түйреуіштен тұрадыtagRP2350 сериясындағы реттегіш бар ма?
A: томtagRP2350 сериясындағы e реттегішінде бес істік бар.

RP2350 көмегімен аппараттық дизайн Тақталар мен өнімдерді жасау үшін RP2350 микроконтроллерлерін пайдалану

Колофон

Бұл құжаттама Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND) бойынша лицензияланған. құрастырылған күні: 2024 құрастыру нұсқасы: c08acc08b-clean
Заңды бас тарту туралы ескерту

«Таңқурай» PI өнімдері (оның ішінде деректер кестелерін) үшін техникалық және сенімділік туралы мәліметтер («Ресурстар») «RPRERY PI)« RPL »)« AS »(« RPL ») және кез-келген экспресс немесе болжамды кепілдіктер, оның ішінде шектеусіз САТУ ЖӘНЕ НЕГІЗГІ МАҚСАТҚА ЛАЙЫМДЫЛЫҚТЫҢ ЖАСАУ КЕПІЛДІКТЕРінен бас тартылады. ҚОЛДАНЫЛАТЫН ЗАҢ РҰҚСАТ БЕРІЛГЕН МЕКСІМДІ ДЕГЕНДЕ RPL КЕЗ КЕЛГЕН ТІКЕЛЕЙ, ЖАНА, ЖАҚСЫ, АРНАЙЫ, ҮЛГІЛІ НЕМЕСЕ СОҢҒЫ ЗИЯНДАР ҮШІН ЖАУАПКЕРШІЛІК БОЛМАЙДЫ (соның ішінде, НЕМЕСЕ ҚЫЗМЕТТЕР ПАЙДАЛАНУДЫ, ДЕРЕКТЕРДІ ЖОҒАЛУ; , НЕМЕСЕ ПАЙДА НЕМЕСЕ КӘСІПКЕРЛІК ҮЗІЛУ) СЕБЕПТЕН ЖӘНЕ КЕЗ КЕЛГЕН ЖАУАПКЕРШІЛІК ТЕОРИЯСЫ бойынша, КЕЛІСІМ БОЙЫНША, ҚАТАЛ ЖАУАПКЕРШІЛІК НЕМЕСЕ ҚОЛДАНЫСҚА ҚАТЫСТЫ ҚҰҚЫҚТЫҢ ҚАТЫСЫНДА ТУҒАН САЛҚАТТАРЫ МҮМКІНДІКТЕРДЕН ҚОЛДАНЫЛДЫ ОСЫНДАЙ ЗИЯН.
RPL кез келген уақытта және қосымша ескертусіз ҚОРЛАРҒА немесе оларда сипатталған өнімдерге кез келген жақсартуларды, жақсартуларды, түзетулерді немесе кез келген басқа өзгертулерді енгізу құқығын өзіне қалдырады.
РЕСУРСТАР дизайн білімінің лайықты деңгейлері бар білікті пайдаланушыларға арналған. Пайдаланушылар РЕСУРСТАРДЫ таңдау және пайдалану және оларда сипатталған өнімдердің кез келген қолданылуы үшін ғана жауапты. Пайдаланушы ресурстарды пайдаланудан туындайтын барлық міндеттемелерге, шығындарға, залалдарға немесе басқа шығындарға қарсы RPL-ді зиянсыз өтеуге және ұстауға келіседі.

RPL пайдаланушыларға РЕСУРСТАРДЫ тек Raspberry Pi өнімдерімен бірге пайдалануға рұқсат береді. РЕСУРСтарды басқа кез келген басқа пайдалануға тыйым салынады. Кез келген басқа RPL немесе басқа үшінші тараптың зияткерлік меншік құқығына лицензия берілмейді.
ЖОҒАРЫ ТӘУЕКЕЛДІ ҚЫЗМЕТТЕР. Raspberry Pi өнімдері ядролық қондырғыларды пайдалану, әуе кемелерінің навигациясы немесе байланыс жүйелері, әуе қозғалысын басқару, қару-жарақ жүйелері немесе қауіпсіздік үшін маңызды қолданбалар (оның ішінде өмірді қамтамасыз етуді қоса алғанда) жұмысы сияқты қауіпсіз өнімділікті талап ететін қауіпті орталарда пайдалануға арналмаған, өндірілмеген немесе арналмаған. жүйелер мен басқа да медициналық құрылғылар), бұнда өнімдердің істен шығуы тікелей өлімге, жарақатқа немесе ауыр физикалық немесе қоршаған ортаға зиян келтіруі мүмкін («Тәуекелділігі жоғары әрекеттер»). RPL жоғары тәуекелді әрекеттерге жарамдылық туралы кез келген айқын немесе жанама кепілдіктен арнайы бас тартады және Raspberry Pi өнімдерін пайдалану немесе тәуекелі жоғары әрекеттерге қосу үшін ешқандай жауапкершілік алмайды.

Raspberry Pi өнімдері RPL стандартты шарттарына сәйкес беріледі. RPL РЕСУРСТАРЫН қамтамасыз ету RPL стандартты шарттарын кеңейтпейді немесе басқаша өзгертпейді, оның ішінде оларда көрсетілген бас тартулар мен кепілдіктермен шектелмейді.

1-тарау. Кіріспе

1-сурет. RP3A Minimal дизайнының KiCad 2350D көрсетуі, мысалыample

Біз Raspberry Pi RP2040 алғаш рет таныстырған кезде, біз сондай-ақ «Миминалды» дизайнды шығардық.ample және ілеспе нұсқаулық RP2040 құрылғысы бар аппараттық дизайн, ол RP2040-ты қарапайым схемада қалай қолдануға болатынын және неліктен әртүрлі құрамдас таңдаулар жасалғанын түсіндіреді. RP235x сериясының келуімен бастапқы RP2040 Minimal дизайнын қайта қарау және оны жаңа мүмкіндіктерді, сондай-ақ пакет нұсқаларының әрқайсысын есепке алу үшін жаңарту уақыты келді; QFN-2350 пакеті бар RP60A және QFN-2350 болып табылатын RP80B. Тағы да, бұл дизайндар Kicad (7.0) пішімінде және жүктеп алуға болады (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Минималды тақта
Түпнұсқа Minimal тақтасы RP2040 іске қосу үшін қажетті сыртқы құрамдастардың ең азын пайдалана отырып, қарапайым анықтамалық дизайнды қамтамасыз ету әрекеті болды және әлі де барлық IO ашық және қол жетімді. Бұл негізінен қуат көзінен (5 В-тан 3.3 В-қа дейінгі сызықтық реттегіш), кристалды осциллятордан, флэш-жадтан және IO қосылымдарынан (микро USB ұясы және GPIO тақырыптары) тұрды. Жаңа RP235x сериясының Минималды тақталары негізінен бірдей, бірақ жаңа жабдыққа байланысты кейбір өзгерістер қажет. Бұған қоса, дизайнның минималды сипатына қайшы келетініне қарамастан, мен бөлек SWD тақырыбымен бірге жүктеу және іске қосу үшін бірнеше түймелерді қостым, бұл осы жолы мүлде аз көңілсіз күйді жою тәжірибесін білдіреді. Дизайндарға бұл түймелер қажет емес, сигналдар тақырыптарда әлі де қол жетімді және егер сіз әсіресе шығындарды немесе кеңістікті сезінетін болсаңыз немесе мазохистік тенденцияларыңыз болса, оларды өткізіп жіберуге болады.

RP2040 және RP235x сериялары
Ең айқын өзгеріс пакеттерде. RP2040 7x7 мм QFN-56 болса, RP235x сериясында қазіргі уақытта төрт түрлі мүше бар. Бір QFN-60 пакетін ортақ пайдаланатын екі құрылғы бар; Ішкі флэш жады жоқ RP2350A және бар RP2354A. Сол сияқты, QFN-80 да екі дәмде келеді; жарқылы бар RP2354B және жарқылсыз RP2350B. QFN-60 құрылғылары мен түпнұсқа RP2040 ортақ мұрағатты бөліседіtage.

Олардың әрқайсысында 30 GPIO бар, олардың төртеуі де ADC-ге қосылған және өлшемі 7x7 мм. Осыған қарамастан, RP2350A RP2040 үшін ауыстырылатын құрылғы емес, өйткені әрқайсысында түйреуіштердің саны әртүрлі. Керісінше, QFN-80 чиптерінде қазір 48 GPIO бар және олардың сегізі қазір ADC қабілетті. Осыған байланысты бізде қазір екі Минималды тақта бар; біреуі 60 істікшелі құрылғылар үшін, екіншісі 80 үшін. Бұл Минималды тақталар негізінен ішкі жарқылы жоқ бөліктерге арналған (RP2350), бірақ конструкцияларды борттық жарқылды өткізіп жіберу арқылы ішкі жарқыл құрылғыларымен (RP2354) оңай пайдалануға болады. жады немесе оны қосымша флэш құрылғысы ретінде пайдалану (бұл туралы кейінірек). Екі тақтаның арасында аз айырмашылық бар, тек QFN-80 нұсқасында қосымша GPIO-ны орналастыру үшін тақырыптардың ұзағырақ қатарлары бар, сондықтан тақта үлкенірек.

Пакеттен басқа, RP235x сериялары мен RP2040 арасындағы тақта деңгейіндегі ең үлкен айырмашылық қуат көздері болып табылады. RP235x сериясында жаңа қуат түйреуіштері және басқа ішкі реттегіш бар. RP100 желісінің 2040 мА желілік реттегіші 200 мА коммутациялық реттегішпен ауыстырылды, сондықтан ол өте ерекше схемаларды қажет етеді және орналасуға аз қамқорлық қажет емес. Біздің макет пен құрамдас таңдауларымызды мұқият қадағалау ұсынылады; Біз дизайнның бірнеше итерациясын жасаудың азабын бастан өткердік, сондықтан сізге қажет емес деп үміттенеміз.

2-сурет. RP3B Minimal дизайнының KiCad 2350D көрсетуі, мысалыample

Дизайн
Минималды дизайнның мақсаты бұрынғыamples - қажетсіз экзотикалық ПХД технологияларын қолданбай, арзан және оңай жасалуы тиіс RP235x сериясын пайдаланып қарапайым тақталар жұбын жасау. Минималды тақталар әдетте қолжетімді болуы керек құрамдас бөліктерді пайдаланатын және барлығы тақтаның үстіңгі жағына орнатылатын 2 қабатты дизайн болып табылады. Үлкен, оңай қолмен дәнекерлеуге болатын құрамдастарды пайдалану жақсы болғанымен, QFN чиптерінің шағын қадамы (0.4 мм) барлық GPIO құрылғыларын пайдалану қажет болса, кейбір 0402 (1005 метрикалық) пассивті компоненттерді пайдалану сөзсіз екенін білдіреді. 0402 компоненттерін қолмен дәнекерлеу лайықты дәнекерлеу үтікімен қиын болмаса да, арнайы жабдықсыз QFN дәнекерлеу мүмкін емес.

Келесі бірнеше бөлімде мен қосымша схеманың не үшін қажет екенін және біз таңдауды қалай жасағанымызды түсіндіруге тырысамын. Мен шын мәнінде екі бөлек дизайн туралы айтатын боламын, әр пакет өлшемі үшін біреу, мен заттарды мүмкіндігінше қарапайым ұстауға тырыстым. Мүмкіндігінше, екі тақтаға арналған барлық құрамдас сілтемелер бірдей, сондықтан мен U1, R1 және т.б. сілтеме жасасам, ол екі тақтаға да бірдей қатысты. Айқын ерекшелік - бұл компонент тек тақталардың біреуінде болса (барлық жағдайда бұл үлкенірек 80 істікшелі нұсқада болады), содан кейін қарастырылатын компонент тек QFN-80 дизайнында болады; мысалыample, R13 тек осы тақтада пайда болады.

2-тарау. Қуат

RP235x және RP2040 серияларының қуат көздері бұл жолы біршама ерекшеленеді, дегенмен оның ең қарапайым конфигурациясында ол әлі де 3.3 В және 1.1 В екі жабдықтауды қажет етеді. RP235x сериялары бір уақытта қуатты көбірек қажет етеді, өйткені оның өнімділігі жоғары, сондай-ақ алдыңғысына қарағанда үнемді (қуат аз күйде), сондықтан RP2040 желісіндегі сызықтық реттегіш коммутациялық реттегішпен жаңартылды. Бұл жоғары токтарда (бұрынғы 200 мАмен салыстырғанда 100 мА дейін) қуат тиімділігін арттыруға мүмкіндік береді.

Чиптегі жаңа томtagе реттеуші

Сурет 3. Ішкі реттегіш тізбегі көрсетілген схемалық қима

RP2040 желілік реттегішінде екі түйреуіш, 3.3 В кірісі және чиптегі DVDD қамтамасыз ету үшін 1.1 В шығысы болды. Бұл жолы RP235x сериясының реттегішінде бес істік бар және оның жұмыс істеуі үшін кейбір сыртқы құрамдас бөліктер қажет. Бұл ыңғайлылық тұрғысынан сәл артта қалған қадам болып көрінгенімен, коммутациялық реттегіште артықшылық барtage жоғары жүктеме токтарында қуатты тиімдірек ету.

Атауынан көрініп тұрғандай, реттегіш 3.3 В кіріс кернеуін қосатын ішкі транзисторды жылдам қосады және өшіреді.tage (VREG_VIN) VREG_LX істікшесіне және индуктордың (L1) және шығыс конденсаторының (C7) көмегімен тұрақты ток шығысын шығара алады.tage кірісінен төмендетілген. VREG_FB істікшесі шығыс көлемін бақылайдыtage, және қажетті көлемнің болуын қамтамасыз ету үшін коммутация циклінің қосу/өшіру қатынасын реттейдіtage сақталады. Үлкен токтар VREG_VIN-ден VREG_LX-ке ауыстырылғандықтан, кіріске жақын үлкен конденсатор (C6) қажет, сондықтан біз 3.3 В қорын тым көп бұзбаймыз. Осы үлкен коммутациялық токтар туралы айтатын болсақ, реттегіш сонымен бірге VREG_PGND жерге қайтару қосылымымен бірге келеді. VREG_VIN және VREG_LX сияқты, бұл қосылымның орналасуы өте маңызды және VREG_PGND негізгі GND-ге қосылуы керек болса, ол барлық үлкен коммутациялық токтардың қалған бөлігін бұзбай, тікелей PGND істікшесіне қайтарылатындай етіп жасалуы керек. GND тым көп.

Соңғы түйреуіш VREG_AVDD болып табылады, ол реттеуіш ішіндегі аналогтық схеманы қамтамасыз етеді және бұл шуға өте сезімтал.

Сурет 4. Реттегіштің ПХД схемасын көрсететін схемалық бөлім

Минималды тақталардағы реттеуіштің орналасуы Raspberry Pi Pico 2-ге жақын. Бұл схеманың дизайнына көп жұмыс жасалды, оны мүмкіндігінше жақсы етіп жасау үшін ПХД-ның көптеген итерациялары қажет. алады. Сіз бұл құрамдастарды әртүрлі тәсілдермен орналастырып, реттегішті әлі де «жұмыс» ете аласыз (яғни, шығыс көлемін шығара аласыз).tage шамамен дұрыс деңгейде, оны іске қосу кодын алу үшін жеткілікті жақсы), біз реттеушімізге оны бақытты ету үшін дұрыс жолмен қарау керек екенін анықтадық және бақытты деп, мен дұрыс шығыс көлемін шығаруды білдіремін.tage жүктеме ток жағдайларының ауқымында.
Осыған қатысты эксперименттерімізді орындаған кезде, физиканың ыңғайсыз әлемін әрқашан елемеуге болмайтынын еске түсіру бізді біраз ренжітті. Біз, инженерлер ретінде, негізінен, дәл осылай жасауға тырысамыз; құрамдастарды жеңілдету, елеусіз (жиі) физикалық қасиеттерді елемеу және оның орнына бізді қызықтыратын сипатқа назар аудару. Мысалы.ample, қарапайым резистордың кедергісі ғана емес, сонымен қатар индуктивтілігі және т.б. болады. Біздің жағдайда біз индуктивті катушкалардың олармен байланысты магнит өрісі бар екенін (қайтадан) анықтадық, ең бастысы, катушка қай бағытта сәулеленетініне байланысты бағытта сәулеленеді. оралған және ток ағынының бағыты. Сондай-ақ, «толығымен» қорғалған индуктор сіз ойлаған нәрсені білдірмейтінін ескертті. Магниттік өріс айтарлықтай әлсіреді, бірақ кейбіреулері әлі де қашып кетеді. Егер индуктор «дұрыс айналым» болса, реттегіш өнімділігін айтарлықтай жақсартуға болатынын анықтадық.
«Дұрыс емес айналмалы» индуктордан шығатын магнит өрісі реттегіштің шығыс конденсаторына (C7) кедергі келтіреді, бұл өз кезегінде RP2350 ішіндегі басқару схемасын бұзады. Индуктор дұрыс бағытта және осы жерде дәл орналасу және құрамдас таңдаулар пайдаланылған болса, бұл мәселе жойылады. Кез келген бағытта индуктормен жұмыс істей алатын басқа макеттер, компоненттер және т.б. болатыны сөзсіз, бірақ олар бұл үшін ПХД кеңістігін көбірек пайдаланады. Біз адамдарға осы ықшам және дұрыс шешімді әзірлеуге және нақтылауға жұмсаған инженерлік сағаттарды үнемдеу үшін осы ұсынылған схеманы ұсындық.
Ең бастысы, егер сіз біздің бұрынғыны пайдаланбауды таңдасаңыз, деп айтуға дейін барамызample, онда сіз мұны өзіңізге тәуекел етесіз. Біз қазірдің өзінде RP2040 және кристалдық тізбегімен жасаған сияқты, біз сізге белгілі бір бөлікті пайдалануды талап етеміз (жақсы, қатты ұсынамыз) (біз мұны осы құжаттың кристалдық бөлімінде қайталаймыз).
Бұл шағын индукторлардың бағыттылығы әмбебап түрде еленбейді, катушкалар орамының бағытын анықтау мүмкін емес, сонымен қатар компоненттер катушкасының бойымен кездейсоқ бөлінеді. Үлкен индуктор корпусының өлшемдерінде полярлық таңбалары жиі кездеседі, бірақ біз таңдаған 0806 (2016 метрикалық) корпус өлшемінен сәйкес келетіндерін таба алмадық. Осы мақсатта біз Abracon-пен полярлықты көрсететін нүктесі бар 3.3μH бөлікті шығару үшін жұмыс істедік, ең бастысы, олардың барлығы бірдей тураланған катушкаға келіңіз. TBD дистрибьюторлардан жалпы жұртшылыққа қолжетімді болады (немесе өте жақын арада болады). Жоғарыда айтылғандай, VREG_AVDD жабдықтауы шуға өте сезімтал, сондықтан сүзгіден өту керек. Біз VREG_AVDD тек 200 мкА шамасында тартатындықтан, 33Ω және 4.7μF RC сүзгісі жеткілікті екенін анықтадық.
Сонымен, қайталау үшін пайдаланылатын компоненттер ...
- C6, C7 & C9 – 4.7μF (0402, 1005 метрикалық)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016 метрикалық)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 метрикалық)
RP2350 деректер парағында реттеушінің орналасу ұсыныстары туралы толығырақ талқылау бар, Сыртқы құрамдас бөліктер мен ПХД орналасу талаптарын қараңыз.

Кіріс беру

Бұл дизайн үшін кіріс қуат қосылымы Micro-USB қосқышының 5V VBUS істікшесі арқылы жүзеге асырылады (1-суретте J5 деп белгіленген). Бұл электронды құрылғыларды қуаттандырудың кең таралған әдісі және бұл жерде мағынасы бар, өйткені RP2350 USB функциясы бар, біз оны осы қосқыштың деректер түйреуіштеріне қосамыз. Бұл дизайн үшін бізге небәрі 3.3 В қажет болғандықтан (1.1 В қоректену ішкі қуат көзінен келеді), бізге кіріс 5 В USB көзін төмендету керек, бұл жағдайда басқа сыртқы дыбысты пайдаланыпtage реттегіш, бұл жағдайда сызықтық реттегіш (aka Low Drop Out реттегіші немесе LDO). Тиімді коммутация реттегішін пайдаланудың артықшылығын бұрын дәріптегендіктен, оны мұнда да пайдалану дұрыс таңдау болуы мүмкін, бірақ мен қарапайымдылықты таңдадым. Біріншіден, LDO пайдалану әрқашан оңай. Қандай өлшемді индукторды пайдалану керектігін немесе шығыс конденсаторларының қаншалықты үлкен екенін анықтау үшін ешқандай есептеулер қажет емес және орналасу әдетте әлдеқайда қарапайым. Екіншіден, қуаттың әрбір соңғы тамшысын үнемдеу мұнда мақсат емес; егер ол болса, мен коммутация реттегішін пайдалануды шындап қарастырар едім, және сіз бұрынғысын таба аласызampМұны Raspberry Pi Pico 2-де жасау керек. Үшіншіден, мен Minimal тақтасының RP2040 нұсқасында бұрын қолданған схеманы жай ғана «қарызға» аламын. Мұнда таңдалған NCP1117 (U2) 3.3 В тұрақты шығысы бар, кеңінен қол жетімді және 1А токты қамтамасыз ете алады, бұл көптеген конструкциялар үшін жеткілікті болады. NCP1117 деректер кестесін қарау бұл құрылғыға кірісте 10μF конденсаторды, ал шығыста (C1 және C5) басқа конденсаторды қажет ететінін айтады.

Конденсаторларды ажырату

Сурет 6. RP2350 қуат көзі кірістерін көрсететін схемалық бөлім, томtage реттегіш және ажыратқыш конденсаторлар

Қуат көзі дизайнының тағы бір аспектісі RP2350 үшін қажетті ажырату конденсаторлары болып табылады. Бұл екі негізгі функцияны қамтамасыз етеді. Біріншіден, олар қуат көзінің шуды сүзеді, екіншіден, RP2350 ішіндегі тізбектер қысқа мерзімде пайдалана алатын жергілікті зарядты қамтамасыз етеді. Бұл томның алдын аладыtagАғымдағы сұраныс кенеттен өскен кезде жақын маңдағы e деңгейі тым көп төмендейді. Осыған байланысты ажыратқышты қуат түйреуіштеріне жақын орналастыру маңызды. Әдетте, біз қуат түйреуіштеріне 100 нФ конденсаторды пайдалануды ұсынамыз, бірақ біз бірнеше жағдайда бұл ережеден ауытқып кетеміз.

Сурет 7. RP2350 маршруттауын және ажыратуды көрсететін орналасу бөлімі

Біріншіден, барлық чип түйреуіштерін құрылғыдан алыс бағыттау үшін жеткілікті орынға ие болу үшін біз пайдалана алатын ажырату конденсаторларының санымен ымыраға келуіміз керек. Бұл дизайнда RP53A 54 және 2350 түйреуіштер (RP68B 69 және 2350 түйреуіштер) бір конденсаторды (12-суретте және 7-суретте C6) ортақ пайдаланады, өйткені құрылғының сол жағында және құрамдас бөліктерінде көп орын жоқ. және реттеуіштің орналасуы басымдыққа ие.
Егер біз кішірек құрамдас бөліктер немесе үстіңгі және төменгі жағында құрамдас бөліктері бар төрт қабатты ПХД сияқты күрделі/қымбат технологияны пайдалансақ, бұл кеңістіктің жетіспеушілігін біршама жеңуге болады. Бұл дизайнды айырбастау; біз айыру сыйымдылығының аз болуы және конденсаторлардың оңтайлыға қарағанда микросхемадан сәл алысырақ болуы есебінен күрделілік пен шығынды төмендеттік (бұл индуктивтілікті арттырады). Бұл дизайн жұмыс істей алатын максималды жылдамдықты шектеуге әсер етуі мүмкін, т.бtage жабдықтау тым шулы болуы және рұқсат етілген ең төменгі көлемнен төмен түсуі мүмкінtage; бірақ көптеген қолданбалар үшін бұл айырбастау қолайлы болуы керек.

100nF ережесінен басқа ауытқу - біз көлемді одан әрі жақсарта аламызtage реттеуіш өнімділігі; C4.7 үшін 10μF пайдалануды ұсынамыз, ол реттегіштен чиптің екінші жағында орналасқан.

3-тарау. Флэш жады

Негізгі жарқыл

Сурет 8. Негізгі флэш жады мен USB_BOOT схемасын көрсететін схемалық бөлім

RP2350 жүктеліп, іске қосылатын бағдарлама кодын сақтау үшін бізге флэш-жадты, атап айтқанда, төрт SPI флэш жадын пайдалану керек. Мұнда таңдалған құрылғы W25Q128JVS құрылғысы (3-суреттегі U8), ол 128 Мбит чип (16 МБ). Бұл RP2350 қолдайтын ең үлкен жад өлшемі. Егер нақты қолданбаға көп жад қажет болмаса, оның орнына кішірек, арзанырақ жадты пайдалануға болады.
Бұл деректер автобусы өте жоғары жиілікте болуы мүмкін және үнемі қолданыста болғандықтан, RP2350 QSPI түйреуіштері сигналдың тұтастығын сақтау және қоршаған тізбектердегі айқаспаларды азайту үшін қысқа қосылымдарды пайдаланып, тікелей жарқылға қосылуы керек. Кроссталк - бұл бір тізбек желісіндегі сигналдар қажетсіз көлемді тудыруы мүмкінtages көрші тізбегінде қателер туындауы мүмкін.

QSPI_SS сигналы ерекше жағдай болып табылады. Ол тікелей жарқылға қосылған, бірақ оған қосылатын екі резистор бар (жақсы, төрт, бірақ мен бұл туралы кейінірек айтамын). Бірінші (R1) - 3.3 В қуат көзіне дейін тарту. Флэш-жад чипті таңдау кірісінің бірдей көлемде болуын талап етедіtage өзінің 3.3 В қоректену пин ретінде құрылғы қуатқа қосылған, әйтпесе ол дұрыс жұмыс істемейді. RP2350 қосылған кезде, оның QSPI_SS істікшелі автоматты түрде тартылатын күйге ауысады, бірақ қосу кезінде QSPI_SS істікшелі күйіне кепілдік берілмейтін қысқа уақыт кезеңі болады. Тартылатын резисторды қосу бұл талаптың әрқашан қанағаттандырылуын қамтамасыз етеді. R1 схемада DNF (Сәйкес келмеу) ретінде белгіленген, өйткені біз осы нақты жарқыл құрылғысымен сыртқы тарту қажет емес екенін анықтадық. Дегенмен, егер басқа жарқыл пайдаланылса, мұнда 10 кОм резисторды кірістіру маңызды болуы мүмкін, сондықтан ол барлық жағдайда енгізілген.
Екінші резистор (R6) 'USB_BOOT' деп белгіленген түймеге (SW1) қосылған 1 кОм резистор болып табылады. Себебі QSPI_SS түйреуіш «жүктеу белдігі» ретінде пайдаланылады; RP2350 жүктеу реттілігі кезінде осы енгізу/шығару мәнін тексереді және ол логикалық 0 болып табылса, RP2350 BOOTSEL режиміне қайтады, мұнда RP2350 өзін USB массалық сақтау құрылғысы ретінде көрсетеді және кодты тікелей көшіруге болады. оған. Түймені жай ғана бассақ, QSPI_SS істікшесін жерге тартамыз, ал егер құрылғы кейін қалпына келтірілсе (мысалы, RUN істікшесін ауыстыру арқылы), RP2350 жарқылдың мазмұнын іске қосу әрекетінің орнына BOOTSEL режимінде қайта іске қосылады. Бұл резисторлар, R2 және R6 (R9 және R10 да) флэш-чипке жақын орналасуы керек, сондықтан біз сигналға әсер ететін мыс жолдардың қосымша ұзындығын болдырмаймыз.
Жоғарыда айтылғандардың барлығы ішкі жарқылы жоқ RP2350-ге қатысты. Әрине, RP2354 құрылғыларында ішкі 2 МБ флэш жады бар, сондықтан сыртқы U3 жады қажет емес, сондықтан U3 схемасынан қауіпсіз түрде жойылуы мүмкін немесе жай ғана толтырылмай қалдырылуы мүмкін. Осы жағдайлардың кез келгенінде біз USB_BOOT қосқышын QSPI_SS жүйесіне жалғанған күйінде қалдырғымыз келеді, осылайша біз әлі де USB жүктеу режиміне кіре аламыз.

Қосымша жарқыл немесе PSRAM

RP235x сериясы енді QSPI түйреуіштерін пайдаланатын екінші жад құрылғысын қолдайды, GPIO қосымша чип таңдауын қамтамасыз етеді. Сонымен, егер біз RP2354 (ішкі жарқылы бар) қолданатын болсақ, онда біз U3-ті қосымша жарқыл ретінде пайдалана аламыз немесе тіпті оны PSRAM құрылғысымен ауыстыра аламыз. Бұл әрекетті орындау үшін QSPI_SS-ті U3-тен ажыратып, оның орнына сәйкес GPIO-ға қосу керек. Чипті таңдауға қабілетті ең жақын GPIO (XIP_CS1n) GPIO0 болып табылады, сондықтан R0-дан 10Ω алып тастап, оны R9-ға орнату арқылы біз чиптегі жарқылға қосымша U3-ке қол жеткізе аламыз. Толығымен аванс алу үшінtagЖарықсыз RP2350 бөліктері пайдалы болуы үшін бізде екі сыртқы жад құрылғысы бар бұл мүмкіндіктің e мүмкіндігі, RP2350B үшін екі Минималды тақтаның үлкені қосымша жад микросхемасы үшін қосымша ізді (U4) қамтиды.

Сурет 9. Қосымша жад құрылғысын көрсететін схемалық бөлім

Бұл құрылғыны пайдалану үшін ол R11 (0Ω) және R13 (10KΩ) сияқты толтырылуы керек. R11 қосу GPIO0 (XIP_CS1n сигналы) екінші жадтың чип таңдауына қосады. Чипті таңдау істікшесін тарту бұл жолы сөзсіз қажет, өйткені GPIO0 әдепкі күйі қуат қосу кезінде төмен тартылуы керек, бұл біздің флэш құрылғымыздың істен шығуына әкеледі. C22 сонымен қатар U4 үшін жергілікті қуат көзін ажыратуды қамтамасыз ету үшін қажет болады.

Қолдау көрсетілетін флэш чиптері
Бастапқы жарқыл зондының тізбегі, екінші s шығару үшін төменгі жағы пайдаланыладыtage флэштен, 03 биттік адрестеу және шамамен 24 МГц сериялық сағаты бар 1 сағ сериялық оқу пәрменін пайдаланады. Ол жарамды секундты іздей отырып, сағат полярлығы мен сағат фазасының төрт комбинациясын қайта-қайта айналдырады.tage CRC32 бақылау сомасы.
Екінші сtage содан кейін бірдей 03 сағаттық сериялық оқу пәрменін пайдаланып орнында орындауды конфигурациялау тегін, RP2350 03 сериялы флэш құрылғыларының көпшілігін қамтитын 24 биттік адрестеумен 25 сағаттық сериялық оқуды қолдайтын кез келген чиппен кэштелген флэшті орнында орындай алады. . SDK бұрынғы нұсқасын бередіampекінші сtage үшін CPOL=0 CPHA=0, кезінде https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Төменгі жағындағы тәртіптерді пайдаланып флэш-бағдарламалауды қолдау үшін құрылғы келесі пәрмендерге де жауап беруі керек:

02 сағ 256 байт беттік бағдарлама
05 сағ күй тіркелімі оқылды
06 сағ жазуды қосу ысырмасын орнату

20 сағ 4 кБ секторды өшіру

RP2350 сонымен қатар қос SPI және QSPI кіру режимдерінің кең таңдауын қолдайды. Мысалыampле, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S Winbond W25Q сериялы құрылғысын quad-IO үздіксіз оқу режимі үшін конфигурациялайды, мұнда RP2350 төрт IO мекенжайларын жібереді (пәрмен префиксі жоқ) және жарқыл төрт IO деректерімен жауап береді.

Флэш құрылғысы жоғарыда айтылған Winbond үздіксіз оқу режимі сияқты стандартты сериялық пәрмендерге жауап беруді тоқтататын жарқыл XIP режимдерінде біршама сақтық қажет. Бұл RP2350 қалпына келтірілгенде ақаулықтарды тудыруы мүмкін, бірақ жарқыл құрылғысы қуатпен жұмыс істемейді, себебі жарқыл содан кейін жүктеу блогының жарқыл зондының ретіне жауап бермейді. 03h сериялық оқуды шығармас бұрын, жүктеуші әрқашан келесі бекітілген ретті шығарады, бұл флэш-құрылғылар диапазонында XIP тоқтату үшін ең тиімді реттілік:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (қайшылықты болдырмау үшін төмен түсіру арқылы), шығарылым ×32 сағат
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (қайшылықты болдырмау үшін тарту арқылы), шығарылым ×32 сағат
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (төмен-Z басқарылады, барлық басқа енгізу/шығарулар Hi-Z), шығарылым ×16 сағат

Егер таңдалған құрылғы үздіксіз оқу режимінде осы реттілікке жауап бермесе, оны әрбір тасымалдау сериялық пәрмен префиксімен белгіленген күйде сақтау керек, әйтпесе RP2350 ішкі қалпына келтіруден кейін қалпына келтірілмейді.
QSPI туралы қосымша мәліметтер алу үшін RP2350 деректер парағындағы QSPI жад интерфейсін (QMI) қараңыз.

4-тарау. Кристалды осциллятор

Сурет 10. Кристалды осциллятор және жүктеме конденсаторлары көрсетілген схемалық бөлім

Қатаң айтқанда, RP2350 шын мәнінде сыртқы сағат көзін қажет етпейді, өйткені оның өзінің ішкі осцилляторы бар. Дегенмен, бұл ішкі осциллятордың жиілігі жақсы анықталмаған немесе бақыланбағандықтан, чиптен чипке дейін өзгереді, сонымен қатар әртүрлі жеткізілім көлемімен.tages және температурада тұрақты сыртқы жиілік көзін пайдалану ұсынылады. Нақты жиіліктерге сүйенетін қолданбалар сыртқы жиілік көзінсіз мүмкін емес, себебі USB ең басты нұсқаampле.
Сыртқы жиілік көзін қамтамасыз ету екі жолдың бірімен жүзеге асырылуы мүмкін: не CMOS шығысы бар сағат көзін қамтамасыз ету арқылы (IOVDD көлемінің шаршы толқыны)tage) XIN істікшесіне немесе арасына жалғанған 12 МГц кристалды пайдалану арқылы
XIN және XOUT. Мұнда кристалды пайдалану қолайлы, өйткені олар салыстырмалы түрде арзан және өте дәл.

Бұл дизайн үшін таңдалған кристал ABM8-272-T3 (1-суреттегі Y10). Бұл Raspberry Pi Pico және Raspberry Pi Pico 12 құрылғыларында қолданылатын 2 МГц жиіліктегі бірдей кристал. Сағаттың кристалдың өзіне зақым келтірместен барлық жағдайда жылдам басталуын қамтамасыз ету үшін ілеспе схемамен бірге осы кристалды пайдалануды ұсынамыз. Кристалда 30 ppm жиілікке төзімділік бар, ол көптеген қолданбалар үшін жеткілікті болуы керек. +/-30ppm жиілік төзімділігімен қатар, оның максималды ESR 50Ω және жүктеме сыйымдылығы 10pF бар, олардың екеуі де ілеспе компоненттерді таңдауға әсер етті.
Кристалдың қажетті жиілікте тербелуі үшін өндіруші ол үшін қажет жүктеме сыйымдылығын анықтайды және бұл жағдайда ол 10pF құрайды. Бұл жүктеме сыйымдылығына кристалдың әр жағында бір-біреуін жерге (С3 және С4) тең мәнді екі конденсаторды орналастыру арқылы қол жеткізіледі. Кристалл нүктесінен view, бұл конденсаторлар оның екі терминалы арасында тізбектей жалғанған. Тізбектің негізгі теориясы олардың (C3*C4)/(C3+C4) сыйымдылығын беру үшін біріктірілетінін айтады және C3=C4 болса, ол жай ғана C3/2 болады. Бұл бұрынғыample, біз 15pF конденсаторларды қолдандық, сондықтан сериялық комбинациясы 7.5pF. Осы әдейі жүктеме сыйымдылығына қосымша, біз сондай-ақ біз ПХД тректерінен және RP2350 XIN және XOUT түйреуіштерінен алатын әдейі емес қосымша сыйымдылық немесе паразиттік сыйымдылық үшін мән қосуымыз керек. Бұл үшін біз 3pF мәнін қабылдаймыз және бұл сыйымдылық C3 және C4-ке параллель болғандықтан, біз мұны бізге 10.5pF жалпы жүктеме сыйымдылығын беру үшін қосамыз, бұл 10pF мақсатқа жеткілікті жақын. Көріп отырғаныңыздай, ПХД іздерінің паразиттік сыйымдылығы фактор болып табылады, сондықтан біз кристалды ренжітпеу және оның тербелуін мақсатты түрде тоқтату үшін оларды кішкентай ұстауымыз керек. Орналасуды мүмкіндігінше қысқа етіп сақтауға тырысыңыз.
Екінші ескеру кристалдың максималды ESR (эквивалентті сериялық кедергі) болып табылады. Біз максимум 50 Ом болатын құрылғыны таңдадық, өйткені бұл 1 кОм сериялы резистормен (R2) IOVDD пайдаланған кезде кристалдың шамадан тыс қозғалуын және зақымдануын болдырмау үшін жақсы мән екенін анықтадық. деңгейі 3.3 В. Дегенмен, IOVDD 3.3 В-тан аз болса, XIN/XOUT түйреуіштерінің жетек тогы төмендейді және сіз ampкристалдың литудасы төмен немесе тіпті тербелмеуі де мүмкін. Бұл жағдайда сериялық резистордың кішірек мәнін пайдалану қажет болады. Мұнда көрсетілген кристалдық тізбектен кез келген ауытқу немесе IOVDD деңгейі 3.3 В-тан басқа, кристалдың барлық жағдайларда тербелетініне және қолданбаңызда ақаулық тудырмайтындай тез іске қосылуына көз жеткізу үшін ауқымды сынақты қажет етеді.

Ұсынылған кристал

RP2350 қолданатын түпнұсқа дизайндар үшін Abracon ABM8-272-T3 пайдалануды ұсынамыз. Мысалыample, минималды дизайнға қосымша example, Raspberry Pi Pico 2 деректер парағының В қосымшасындағы Pico 2 тақтасының схемасын және Pico 2 дизайнын қараңыз files.
Әдеттегі жұмыс температурасы ауқымында ең жақсы өнімділік пен тұрақтылық үшін Abracon ABM8-272-T3 пайдаланыңыз. ABM8-272-T3 құрылғысын тікелей Abracon-тан немесе уәкілетті сатушыдан алуға болады. Pico 2 келесі сипаттамаларға ие ABM8-272-T3 үшін арнайы реттелген:

Ұқсас сипаттамалары бар кристалды пайдалансаңыз да, тұрақтылықты қамтамасыз ету үшін тізбекті температура диапазонында сынау қажет болады.
Кристалды осциллятор IOVDD томынан қуат аладыtage. Нәтижесінде Абракон кристалы және сол нақты дampрезисторлар 3.3 В жұмыс істеуге бапталған. Басқа IO томын пайдалансаңызtage, сізге қайта реттеу қажет болады.
Кристалл параметрлеріне кез келген өзгерістер кристалдық тізбекке қосылған кез келген құрамдас бөліктерде тұрақсыздыққа қауіп төндіреді.

Ұсынылған кристалды тікелей Abracon немесе сатушыдан ала алмасаңыз, хабарласыңыз application@raspberrypi.com.

5-тарау. IO

USB
Сурет 11. RP2350 USB түйреуіштерін және серияларды тоқтатуды көрсететін схемалық бөлім

RP2350 пайдаланылған бағдарламалық құралға байланысты толық жылдамдықты (FS) немесе төмен жылдамдықты (LS) USB үшін хост немесе құрылғы ретінде пайдалану үшін екі түйреуішті қамтамасыз етеді. Жоғарыда талқылағанымыздай, RP2350 USB жад құрылғысы ретінде де жүктеле алады, сондықтан бұл түйреуіштерді USB қосқышына қосу (1-суреттегі J5) мағынасы бар. RP2350 құрылғысындағы USB_DP және USB_DM түйреуіштері ешқандай қосымша тартуды немесе төмен түсіруді қажет етпейді (жылдамдықты, FS немесе LS немесе оның хост немесе құрылғы екенін көрсету үшін қажет), өйткені олар енгізу/шығару құрылғыларында орнатылған. Дегенмен, бұл енгізу/шығару құрылғылары USB кедергі спецификациясына сай болу үшін чипке жақын орналасқан 27 Ом сериялы тоқтату резисторларын (7-суретте R8 және R11) қажет етеді.
RP2350 толық жылдамдықтағы деректер жылдамдығымен (12 Мбит/с) шектелсе де, біз беру желілерінің (чипті коннекторға қосатын мыс жолдар) сипаттамалық кедергісі мәнге жақын екеніне көз жеткізуіміз керек.
USB спецификациясы 90Ω (дифференциалды түрде өлшенеді). Осындай қалыңдығы 1 мм тақтада, егер біз USB_DP және USB_DM құрылғыларында 0.8 мм ені тректерді қолдансақ, олардың арасында 0.15 мм алшақтық болса, біз шамамен 90 Ом дифференциалды сипаттамалық кедергіні алуымыз керек. Бұл сигналдардың осы тарату желілері бойымен мүмкіндігінше таза жүруін қамтамасыз ету үшін, көлемін азайтадыtage сигналдың тұтастығын төмендететін шағылысулар. Бұл электр беру желілерінің дұрыс жұмыс істеуі үшін біз осы желілердің астында тікелей жер екеніне көз жеткізуіміз керек. Жолдың бүкіл ұзындығын созатын ұнтақталған мыс қатты, үзіліссіз аймақ. Бұл дизайнда төменгі мыс қабатының барлығы дерлік жерге арналған және USB тректерінің жерден басқа ештеңенің үстінен өтуіне ерекше назар аударылды. Құрылымыңыз үшін қалыңдығы 1 мм-ден асатын ПХД таңдалса, бізде екі нұсқа бар. Біз жол мен астындағы жер арасындағы үлкен қашықтықты өтеу үшін (бұл физикалық мүмкін емес болуы мүмкін) USB тарату желілерін қайта құрастыра аламыз немесе біз оны елемей, жақсылыққа үміттене аламыз. USB FS өте кешірімді болуы мүмкін, бірақ жүгірісіңіз әртүрлі болуы мүмкін. Ол көптеген қолданбаларда жұмыс істеуі мүмкін, бірақ ол USB стандартына сәйкес келмеуі мүмкін.

Енгізу/шығару тақырыптары

Сурет 12. QFN2.54 нұсқасының 60 мм енгізу/шығару тақырыптарын көрсететін схемалық бөлім

Жоғарыда айтылған USB қосқышына қосымша, басқа енгізу/шығару бөлігі жалғанған тақтаның әр жағында бір-бірден екі қатарлы 2.54 мм тақырыптар (2-суретте J3 және J12) бар. RP30A құрылғысында 2350 GPIO бар, ал RP48B құрылғысында 2350 GPIO бар, сондықтан Минималды тақтаның осы нұсқасындағы тақырыптар қосымша түйреуіштерге мүмкіндік беру үшін үлкенірек (13-суретті қараңыз).
Бұл жалпы мақсаттағы дизайн болғандықтан, арнайы қолданбаны ескерусіз, енгізу/шығару пайдаланушы қалауы бойынша қосылу үшін қол жетімді болды. Әрбір тақырыптағы түйреуіштердің ішкі қатары енгізу/шығару болып табылады, ал сыртқы жолдың барлығы жерге қосылған. Енгізу/шығару қосқыштарына көптеген негіздерді қосу жақсы тәжірибе. Бұл төмен кедергіні ұстап тұруға көмектеседі, сондай-ақ ағындарға және одан шығатын ағындар үшін көптеген ықтимал кері жолдарды қамтамасыз етеді.
Енгізу/шығару қосылымдары. Бұл тізбекті аяқтау үшін ұзақ, айналмалы жолдарды алатын жылдам ауысатын сигналдардың қайтару токтарынан туындауы мүмкін электромагниттік кедергілерді азайту үшін маңызды.

Екі тақырып бірдей 2.54 мм торда орналасқан, бұл тақтаны нан тақталары сияқты басқа заттарға қосуды жеңілдетеді. Қос жол тақырыбының орнына тек бір жол тақырыбын орнатуды қарастырғыңыз келуі мүмкін, оны нан тақтасына ыңғайлы ету үшін жердегі қосылымдардың сыртқы қатарын босатпайсыз.

Сурет 13. QFN2.54 нұсқасының 80 мм енгізу/шығару тақырыптарын көрсететін схемалық бөлім

Түзету қосқышы

Сурет 14. SWD жөндеуге арналған қосымша JST қосқышын көрсететін схемалық бөлім

Чипте жөндеу үшін RP2350 SWD интерфейсіне қосылғыңыз келуі мүмкін. Екі түйреуіш, SWD және SWCLK, сіз таңдаған отладка зондының оңай қосылуына мүмкіндік беру үшін 2.54 мм үстіңгі деректемеде, J3 қол жетімді. Бұған қоса, мен Raspberry Pi Debug Probe бағдарламасына оңай қосылуға мүмкіндік беретін қосымша JST тақырыбын қостым. Мұны пайдаланудың қажеті жоқ, егер сіз бағдарламалық құралды жөндеуді жоспарласаңыз, 2.54 мм тақырыптар жеткілікті болады, бірақ мен мұны істеу ыңғайлырақ деп есептеймін. Мен көлденең коннекторды таңдадым, себебі оның сыртқы түрі ұнайды, тіпті ол тақтаның шетінде болмаса да, бірақ сәл басқаша ізі бар болса да, тік бар.

Түймелер
Минималды дизайн енді бір емес, екі түймені қамтиды, RP240 нұсқасында бірде-бір түйме жоқ. Біреуі біз бұрын талқылағандай USB жүктеуді таңдауға арналған, бірақ екіншісі - RUN істікшесіне жалғанған «қалпына келтіру» түймесі. Бұлардың ешқайсысы қатаң қажет емес (бірақ USB жүктеу режимі қажет болса, BOOTSEL түймешігін тақырыппен немесе соған ұқсас етіп ауыстыру керек еді) және бос орын немесе шығындар алаңдаушылық тудырса, оны алып тастауға болады, бірақ олар RP2350-ді пайдалануды өте қиын етеді. әлдеқайда жағымды тәжірибе.

А қосымшасы: Толық схемалық -RP2350A нұсқасы

Сурет 15. RP2350A үшін минималды дизайнның толық схемасы

В қосымшасы: Толық схемалық -RP2350B нұсқасы

Сурет 16. RP2350B үшін минималды дизайнның толық схемасы

H қосымшасы: Құжаттаманың шығу тарихы

8 жылғы 2024 тамыз
Бастапқы шығарылым.

мен Raspberry Pi
Raspberry Pi - Raspberry Pi Ltd компаниясының сауда белгісі
Raspberry Pi Ltd

Құжаттар / Ресурстар

Raspberry Pi SC1631 Raspberry микроконтроллері [pdf] Instruction Manual
SC1631 Raspberry микроконтроллері, SC1631, таңқурай микроконтроллері, микроконтроллері

Анықтамалар

Пайдаланушы нұсқаулығы

Raspberry Pi SC1631 Raspberry микроконтроллері

Өнімді пайдалану нұсқаулары