Raspberry Pi SC1631 Raspberry mikrokontrollera lietošanas pamācība

1. nodaļa: Ievads
RP2350 sērija piedāvā dažādas pakotnes iespējas salīdzinājumā ar RP2040 sēriju. RP2350A un RP2354A ir pieejami QFN-60 pakotnē attiecīgi bez iekšējās zibatmiņas un ar to, savukārt RP2354B un RP2350B ir QFN-80 komplektācijā ar un bez zibatmiņas.

2. nodaļa: Jauda
RP2350 sērijai ir jauns mikroshēmas pārslēgšanas apjomstage regulators ar piecām tapām. Šim regulatoram ir nepieciešami ārēji komponenti, taču tas nodrošina augstāku jaudas efektivitāti pie lielākām slodzes strāvām, salīdzinot ar lineāro regulatoru sērijā RP2040. Pievērsiet uzmanību trokšņu jutībai VREG_AVDD tapā, kas nodrošina analogo shēmu.

Bieži uzdotie jautājumi (FAQ)

J: Kāda ir galvenā atšķirība starp RP2350A un RP2350B?
A: Galvenā atšķirība ir iekšējās zibatmiņas klātbūtnē. RP2350A nav iekšējās zibatmiņas, savukārt RP2350B ir.
J: Cik tapas ir voltagVai RP2350 sērijas regulatoram ir?
A: sējtagRP2350 sērijas regulatoram ir piecas tapas.

Aparatūras dizains ar RP2350 Izmantojot RP2350 mikrokontrollerus, lai izveidotu plates un produktus

Kolofons

Šī dokumentācija ir licencēta saskaņā ar Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). būvēšanas datums: 2024-08-08 būvēšanas versija: c0acc5b-clean
Juridisks atrunas paziņojums

RASPBERRY PI PRODUKTU TEHNISKOS UN TICAMĪBAS DATI (TOStarp DATU LAPAS), KĀ LAIK pa laikam IZMAINĀTI (“RESURSI”), TIEK SNIEDZ RASPBERRY PI LTD (“RPL”) “KĀDĀ TĀDĀ IR” UN JEBKĀDU TIEŠU, NAV IEROBEŽOTU VAI NETIEŠU. TIEK NETIEŠĀS GARANTIJAS PAR TIRDZNIECĪBU UN PIEMĒROTĪBU KONKRĒTAM MĒRĶIEM. LĪDZ MAKSIMĀLĀ PIEMĒROJAMĀ TIESĪBU AKTA ATĻAUTAJĀ MĒRĀ, NEKĀDĀ GADĪJUMĀ RPL NEATBILD PAR JEBKĀDIEM TIEŠIEM, NETIEŠIEM, NEJAUŠIEM, ĪPAŠIEM, PIEMĒRAM VAI IZSEKOTIEM KAITĒJUMIEM (TOStarp, BET NE IEROBEŽOTĀS , DATI Vai peļņa; PAR ŠĀDIEM BOJĀJUMIEM.
RPL patur tiesības jebkurā laikā un bez turpmāka brīdinājuma veikt jebkādus uzlabojumus, uzlabojumus, labojumus vai jebkādas citas modifikācijas RESURSIEM vai jebkuriem tajos aprakstītajiem produktiem.
RESURSI ir paredzēti kvalificētiem lietotājiem ar atbilstošu dizaina zināšanu līmeni. Lietotāji ir pilnībā atbildīgi par savu izvēli un RESURSU izmantošanu un jebkuru tajos aprakstīto produktu pielietojumu. Lietotājs piekrīt atlīdzināt un sargāt RPL visas saistības, izmaksas, zaudējumus vai citus zaudējumus, kas radušies, izmantojot RESURSU.

RPL piešķir lietotājiem atļauju izmantot RESURSU tikai kopā ar Raspberry Pi produktiem. Jebkāda cita RESURSU izmantošana ir aizliegta. Licence netiek piešķirta nevienai citai RPL vai citām trešās puses intelektuālā īpašuma tiesībām.
AUGSTA RISKA DARBĪBAS. Raspberry Pi produkti nav izstrādāti, ražoti vai paredzēti izmantošanai bīstamās vidēs, kurās nepieciešama atteices droša darbība, piemēram, kodoliekārtu darbībā, gaisa kuģu navigācijas vai sakaru sistēmās, gaisa satiksmes kontrolē, ieroču sistēmās vai drošībai kritiskos lietojumos (tostarp dzīvības uzturēšanai). sistēmas un citas medicīniskās ierīces), kurās produktu atteice var izraisīt tiešu nāvi, miesas bojājumus vai smagus fiziskus vai vides bojājumus (“Augsta riska darbības”). RPL īpaši atsakās no jebkādas tiešas vai netiešas garantijas par piemērotību augsta riska darbībām un neuzņemas nekādu atbildību par Raspberry Pi produktu izmantošanu vai iekļaušanu augsta riska darbībās.

Raspberry Pi produkti tiek nodrošināti saskaņā ar RPL standarta noteikumiem. RPL nodrošinātie RESURSI nepaplašina vai citādi nemaina RPL standarta noteikumus, tostarp, bet ne tikai, tajos paustās atrunas un garantijas.

1. nodaļa. Ievads

1. attēls. RP3A KiCad 2350D renderēšana Minimālais dizains, piemample

Kad mēs pirmo reizi ieviesām Raspberry Pi RP2040, mēs izlaidām arī minimālā dizaina ex.ample un pievienotais ceļvedis Aparatūras projektēšana ar RP2040, kurā, cerams, ir izskaidrots, kā RP2040 var izmantot vienkāršā shēmas platē un kāpēc tika veiktas dažādas komponentu izvēles. Līdz ar RP235x sērijas ienākšanu ir pienācis laiks pārskatīt oriģinālo RP2040 Minimal dizainu un atjaunināt to, lai ņemtu vērā jaunās funkcijas, kā arī katru pakotnes variantu; RP2350A ar QFN-60 pakotni un RP2350B, kas ir QFN-80. Arī šie dizaini ir Kicad (7.0) formātā un ir pieejami lejupielādei (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Minimālā dēlis
Sākotnējā Minimal plate bija mēģinājums nodrošināt vienkāršu atsauces dizainu, izmantojot minimālo ārējo komponentu skaitu, kas nepieciešams, lai palaistu RP2040, un joprojām ir atklāta un pieejama visa IO. Tas būtībā sastāvēja no barošanas avota (5 V līdz 3.3 V lineārais regulators), kristāla oscilators, zibatmiņa un IO savienojumi (mikro USB ligzda un GPIO galvenes). Jaunās RP235x sērijas Minimal plates lielākoties ir vienādas, taču ar dažām izmaiņām, kas nepieciešamas jaunās aparatūras dēļ. Papildus tam un, neskatoties uz to, ka tas ir nedaudz pretrunā dizaina minimālajam raksturam, esmu pievienojis dažas pogas palaišanai un palaišanai, kā arī atsevišķu SWD galveni, kas šoreiz nozīmētu, ka atkļūdošanas pieredze būs mazāk nomākta. Stingri sakot, dizainparaugiem šīs pogas nav vajadzīgas, signāli joprojām ir pieejami galvenēs, un tos var izlaist, ja jums ir īpaši daudz izmaksu vai vietas, vai jums ir mazohistiskas tendences.

RP2040 pret RP235x sēriju
Acīmredzamākās izmaiņas ir iepakojumos. Tā kā RP2040 ir 7x7 mm QFN-56, RP235x sērijai pašlaik ir četri dažādi elementi. Ir divas ierīces, kurām ir viena un tā pati QFN-60 pakotne; RP2350A, kurā nav iekšējās zibatmiņas, un RP2354A, kurā ir. Tāpat arī QFN-80 ir pieejams divās garšās; RP2354B ar zibspuldzi un RP2350B bez. QFN-60 ierīcēm un oriģinālajam RP2040 ir kopīgs mantojumstage.

Katram no tiem ir 30 GPIO, no kuriem četri ir savienoti arī ar ADC, un to izmērs ir 7x7 mm. Neskatoties uz to, RP2350A nevar aizstāt RP2040, jo katras tapas skaits ir atšķirīgs. Turpretim QFN-80 mikroshēmām tagad ir 48 GPIO, un astoņi no tiem tagad ir ADC spējīgi. Šī iemesla dēļ mums tagad ir divi minimālie dēļi; viens 60 kontaktu ierīcēm un otrs 80. Šīs Minimal plates galvenokārt ir paredzētas daļām bez iekšējās zibspuldzes (RP2350), tomēr dizainus var viegli izmantot ar iekšējām zibspuldzes ierīcēm (RP2354), vienkārši izlaižot iebūvēto zibspuldzi. atmiņu vai pat izmantojot to kā sekundāro zibatmiņas ierīci (vairāk par to vēlāk). Starp abām plāksnēm ir maz atšķirību, izņemot to, ka QFN-80 versijai ir garākas galvenes rindas, lai pielāgotos papildu GPIO, un tāpēc tāfele ir lielāka.

Papildus iepakojumam lielākā plates līmeņa atšķirība starp RP235x sēriju un RP2040 ir barošanas avoti. RP235x sērijai ir dažas jaunas barošanas tapas un cits iekšējais regulators. RP100 2040 mA lineārais regulators ir aizstāts ar 200 mA komutācijas regulatoru, un tādēļ tam ir nepieciešamas ļoti specifiskas shēmas, un izkārtojumam ir jāpievērš īpaša uzmanība. Ir ļoti ieteicams rūpīgi sekot mūsu izkārtojuma un komponentu izvēlei; mēs jau esam gājuši cauri sāpēm, kas saistītas ar vairāku dizaina iterāciju veikšanu, tāpēc cerams, ka jums tas nebūs jādara.

2. attēls. RP3B KiCad 2350D renderēšana Minimālā dizaina piemample

Dizains
Minimālā dizaina nolūks, piemamples ir izveidot vienkāršu plātņu pāri, izmantojot RP235x sēriju, kam jābūt lēti un viegli izgatavojamam, neizmantojot nevajadzīgi eksotiskas PCB tehnoloģijas. Tāpēc Minimal dēļi ir 2 slāņu dizaini, izmantojot sastāvdaļas, kurām vajadzētu būt plaši pieejamām, un visas ir uzstādītas dēļa augšējā pusē. Lai gan būtu jauki izmantot lielus, ar roku viegli lodējamus komponentus, nelielais QFN mikroshēmu solis (0.4 mm) nozīmē, ka dažu 0402 (1005 metrisko) pasīvo komponentu izmantošana ir neizbēgama, ja ir jāizmanto visi GPIO. Lai gan 0402 komponentu lodēšana ar rokām nav pārāk sarežģīta, izmantojot pienācīgu lodāmuru, QFN lodēšana bez īpaša aprīkojuma ir gandrīz neiespējama.

Dažās nākamajās sadaļās es mēģināšu izskaidrot, kam ir paredzēta papildu shēma, un, cerams, kā mēs nonācām pie izvēles, ko izdarījām. Tā kā es patiesībā runāšu par diviem atsevišķiem dizainiem, pa vienam katram iepakojuma izmēram, esmu mēģinājis lietas padarīt pēc iespējas vienkāršākas. Cik vien iespējams, visas abu paneļu komponentu atsauces ir identiskas, tāpēc, ja es atsaucos uz U1, R1 utt., tad tas ir vienlīdz svarīgi abiem dēļiem. Acīmredzams izņēmums ir, ja komponents atrodas tikai uz vienas no plāksnēm (visos gadījumos tas būs uz lielāka 80 tapu varianta), tad attiecīgā sastāvdaļa būs tikai uz QFN-80 dizaina; piemample, R13 parādās tikai šajā tāfele.

2. nodaļa. Jauda

Sērijas RP235x un RP2040 barošanas avoti šoreiz nedaudz atšķiras, lai gan visvienkāršākajā konfigurācijā tam joprojām ir nepieciešami divi avoti, 3.3 V un 1.1 V. RP235x sērija vienlaikus ir vairāk enerģijas izsalkoša, jo tai ir augstāka veiktspēja, kā arī taupīgāka (ja ir mazjaudas stāvoklī) nekā tās priekštecis, tāpēc RP2040 lineārais regulators ir jaunināts ar pārslēgšanas regulatoru. Tas ļauj mums palielināt enerģijas efektivitāti pie lielākām strāvām (līdz 200 mA salīdzinājumā ar 100 mA iepriekš).

Jauns mikroshēmas tilptage regulators

3. attēls. Shematiska sadaļa, kurā parādīta iekšējā regulatora ķēde

RP2040 lineārajam regulatoram bija divas tapas, 3.3 V ieeja un 1.1 V izeja, lai nodrošinātu mikroshēmas DVDD. Šoreiz RP235x sērijas regulatoram ir piecas tapas, un, lai tas darbotos, ir nepieciešami daži ārēji komponenti. Lai gan tas šķiet mazliet atpakaļejošs solis lietojamības ziņā, pārslēgšanas regulatoram ir priekšrocībatage būt energoefektīvākam pie lielākām slodzes strāvām.

Kā norāda nosaukums, regulators ātri ieslēdz un izslēdz iekšējo tranzistoru, kas savieno 3.3 V ieejas spriegumu.tage (VREG_VIN) uz VREG_LX tapu un ar induktora (L1) un izejas kondensatora (C7) palīdzību var radīt līdzstrāvas izejas tilpumu.tage, kas ir samazināts no ievades. VREG_FB tapa uzrauga izejas tilpumutage, un pielāgo pārslēgšanas cikla ieslēgšanas/izslēgšanas attiecību, lai nodrošinātu, ka nepieciešamais tilpumstage tiek uzturēts. Tā kā lielas strāvas tiek pārslēgtas no VREG_VIN uz VREG_LX, ir nepieciešams liels kondensators (C6) tuvu ieejai, tāpēc mēs pārāk neizjaucam 3.3 V barošanu. Runājot par šīm lielajām pārslēgšanas strāvām, regulatoram ir arī savs zemējuma atgriešanas savienojums VREG_PGND. Līdzīgi ar VREG_VIN un VREG_LX šī savienojuma izkārtojums ir kritisks, un, lai gan VREG_PGND ir jāpievienojas galvenajam GND, tas jādara tā, lai visas lielās pārslēgšanas strāvas atgrieztos tieši PGND tapā, netraucējot pārējo. GND pārāk daudz.

Pēdējais kontakts ir VREG_AVDD, kas nodrošina analogo shēmu regulatorā, un tas ir ļoti jutīgs pret troksni.

4. attēls. Shematiska sadaļa, kurā parādīts regulatora PCB izkārtojums

Regulatora izkārtojums uz minimālajām plāksnēm cieši atspoguļo Raspberry Pi Pico 2 izkārtojumu. Šīs shēmas izstrādē ir ieguldīts liels darbs, un ir nepieciešamas daudzas PCB iterācijas, lai padarītu to tik labu, cik vien iespējams. var. Lai gan jūs varētu izvietot šos komponentus dažādos veidos un tomēr panākt, lai regulators “darbotos” (ti, radītu izejas tilpumutage aptuveni pareizajā līmenī, pietiekami labs, lai tas palaistu kodu), esam atklājuši, ka mūsu regulators ir jārīkojas tieši tā, lai tas būtu laimīgs, un ar laimīgu es domāju pareizas izvades apjoma radīšanu.tage dažādos slodzes strāvas apstākļos.
Veicot savus eksperimentus, mēs bijām nedaudz vīlušies, atgādinot, ka neērto fizikas pasauli ne vienmēr var ignorēt. Mēs kā inženieri lielākoties cenšamies darīt tieši to; vienkāršojot komponentus, ignorējot (bieži vien) nenozīmīgas fizikālās īpašības un tā vietā koncentrējoties uz īpašumu, kas mūs interesē. Piemēram,ampPiemēram, vienkāršam rezistoram ir ne tikai pretestība, bet arī induktivitāte utt. Mūsu gadījumā mēs (no jauna) atklājām, ka induktoriem ir saistīts magnētiskais lauks un, kas ir svarīgi, tie izstaro virzienā atkarībā no tā, kādā virzienā spole ir uztīts, un strāvas plūsmas virziens. Mums arī tika atgādināts, ka "pilnībā" ekranēts induktors nenozīmē to, ko jūs domājat. Magnētiskais lauks ir lielā mērā novājināts, bet daži joprojām izplūst. Mēs atklājām, ka regulatora veiktspēju varētu ievērojami uzlabot, ja induktors ir “pareizs”.
Izrādās, ka magnētiskais lauks, kas izstaro no “nepareizi apgrieztā” induktora, traucē regulatora izejas kondensatoram (C7), kas savukārt izjauc RP2350 vadības shēmu. Ja induktors ir pareizā orientācijā un šeit tiek izmantots precīzs izkārtojums un komponentu izvēle, šī problēma pazūd. Neapšaubāmi būs arī citi izkārtojumi, komponenti utt., kas varētu darboties ar induktors jebkurā orientācijā, taču, visticamāk, tie izmantos daudz vairāk PCB vietas, lai to izdarītu. Mēs esam nodrošinājuši šo ieteicamo izkārtojumu, lai ietaupītu cilvēkus no daudzajām inženiertehniskajām stundām, ko esam pavadījuši, izstrādājot un uzlabojot šo kompakto un labi izmantoto risinājumu.
Precīzāk sakot, mēs ejam tik tālu, ka, ja izvēlaties neizmantot mūsu bijušoample, tad jūs to darāt uz savu risku. Līdzīgi kā mēs jau darām ar RP2040 un kristāla ķēdi, kur mēs uzstājam (labi, stingri iesakām) izmantot noteiktu daļu (mēs to darīsim vēlreiz šī dokumenta kristālu sadaļā).
Šo mazo induktoru virziens ir gandrīz vispārēji ignorēts, un spoles tinuma orientāciju nav iespējams izsecināt, un tie ir arī nejauši sadalīti pa komponentu spoli. Uz lielākiem induktora korpusa izmēriem bieži var būt polaritātes marķējumi, taču mēs nevarējām atrast piemērotu korpusa izmēru 0806 (2016. gada metriskā) mūsu izvēlētajā korpusā. Šim nolūkam mēs esam sadarbojušies ar Abracon, lai izveidotu 3.3 μH daļu ar punktu, kas norāda uz polaritāti, un, kas ir svarīgi, ir jābūt uz ruļļa, kurā tie visi ir vienādi. TBD ir (vai ļoti drīz) būs pieejami plašai sabiedrībai no izplatītājiem. Kā minēts iepriekš, VREG_AVDD padeve ir ļoti jutīga pret troksni, tāpēc tā ir jāfiltrē. Mēs noskaidrojām, ka, tā kā VREG_AVDD patērē tikai aptuveni 200 μA, pietiek ar 33 Ω un 4.7 μF RC filtru.
Tātad, apkopojot, izmantotie komponenti būs…
- C6, C7 un C9 — 4.7 μF (0402, 1005 metriska)
- L1 — Abracon TBD (0806, 2016. gada metrika)
- R3 — 33 Ω (0402, 1005 metriskā)
RP2350 datu lapā ir detalizētāka diskusija par regulatora izkārtojuma ieteikumiem, lūdzu, skatiet sadaļu Ārējie komponenti un PCB izkārtojuma prasības.

Ievades padeve

Šīs konstrukcijas ievades barošanas savienojums tiek nodrošināts, izmantojot mikro-USB savienotāja 5 V VBUS tapu (1. attēlā ar apzīmējumu J5). Šī ir izplatīta elektronisko ierīču barošanas metode, un šeit ir jēga, jo RP2350 ir USB funkcionalitāte, ko mēs savienosim ar šī savienotāja datu tapām. Tā kā šim dizainam mums ir nepieciešami tikai 3.3 V (1.1 V padeve nāk no iekšpuses), mums ir jāsamazina ienākošais 5 V USB padeves avots, šajā gadījumā izmantojot citu, ārējo volu.tage regulators, šajā gadījumā lineārais regulators (pazīstams arī kā Low Drop Out regulators jeb LDO). Iepriekš izceļot efektīva komutācijas regulatora izmantošanas priekšrocības, arī šeit varētu būt saprātīga izvēle, taču es izvēlējos vienkāršību. Pirmkārt, gandrīz vienmēr ir vieglāk izmantot LDO. Nav nepieciešami aprēķini, lai noskaidrotu, kāda izmēra induktors jums vajadzētu izmantot vai cik lieli ir izejas kondensatori, un arī izkārtojums parasti ir daudz vienkāršāks. Otrkārt, glābt katru pēdējo enerģijas pilienu šeit nav mērķis; ja tā būtu, es nopietni apsvērtu iespēju izmantot pārslēgšanas regulatoru, un jūs varat atrast bijušoampUn, treškārt, es varu vienkārši “aizņemties” shēmu, ko iepriekš izmantoju Minimal plates RP2 versijā. Šeit izvēlētajam NCP2040 (U1117) ir fiksēta izeja 2 V, tas ir plaši pieejams un var nodrošināt līdz 3.3A strāvu, kas būs pietiekami daudz lielākajai daļai dizainu. Apskatot NCP1 datu lapu, mēs varam redzēt, ka šai ierīcei ir nepieciešams 1117 μF kondensators ieejā un vēl viens izvadē (C10 un C1).

Atsaistes kondensatori

6. attēls. Shematiska sadaļa, kurā parādītas RP2350 barošanas avota ieejas, tilptage regulators un atsaistes kondensatori

Vēl viens barošanas avota dizaina aspekts ir atdalīšanas kondensatori, kas nepieciešami RP2350. Tie nodrošina divas pamatfunkcijas. Pirmkārt, tie filtrē strāvas padeves troksni un, otrkārt, nodrošina lokālu uzlādes avotu, ko RP2350 iekšpusē esošās shēmas var izmantot īsā laikā. Tas novērš voltage līmenis tuvākajā apkārtnē pārāk pazeminās, kad pašreizējais pieprasījums pēkšņi palielinās. Tāpēc ir svarīgi novietot atsaisti tuvu strāvas tapām. Parasti mēs iesakām izmantot 100 nF kondensatoru uz vienu strāvas kontaktu, tomēr dažos gadījumos mēs novirzāmies no šī noteikuma.

7. attēls. Izkārtojuma sadaļa, kurā parādīta RP2350 maršrutēšana un atsaiste

Pirmkārt, lai būtu pietiekami daudz vietas, lai visas mikroshēmas tapas varētu izvadīt prom no ierīces, mums ir jāierobežo ar atdalīšanas kondensatoru daudzumu, ko varam izmantot. Šajā dizainā RP53A kontaktiem 54 un 2350 (RP68B 69. un 2350. kontaktiem) ir kopīgs kondensators (C12 7. un 6. attēlā), jo šajā ierīces pusē nav daudz vietas, un komponentiem. un regulatora izkārtojumam ir priekšroka.
Šo vietas trūkumu varētu nedaudz pārvarēt, ja mēs izmantotu sarežģītākas/dārgākas tehnoloģijas, piemēram, mazākus komponentus vai četrslāņu PCB ar komponentiem gan augšējā, gan apakšējā pusē. Tas ir dizaina kompromiss; mēs esam samazinājuši sarežģītību un izmaksas uz mazākas atdalīšanas kapacitātes un kondensatoru, kas atrodas nedaudz tālāk no mikroshēmas, nekā tas ir optimāli (tas palielina induktivitāti), rēķina. Tas varētu ierobežot maksimālo ātrumu, ar kādu dizains varētu darboties, jo tilptagPadeve var kļūt pārāk trokšņaina un nokrist zem minimālā pieļaujamā tilpumatage; taču lielākajai daļai lietojumu šim kompromisam vajadzētu būt pieņemamam.

Otra novirze no 100nF noteikuma ir tā, lai mēs varētu vēl vairāk uzlabot tilpumutage regulatora darbība; Mēs iesakām izmantot 4.7 μF priekš C10, kas atrodas mikroshēmas otrā pusē no regulatora.

3. nodaļa. Zibatmiņa

Primārā zibspuldze

8. attēls. Shematiska sadaļa, kurā parādīta primārā zibatmiņa un USB_BOOT shēma

Lai varētu saglabāt programmas kodu, no kura RP2350 var sāknēties un palaist, mums ir jāizmanto zibatmiņa, konkrēti, četrkāršā SPI zibatmiņa. Šeit izvēlētā ierīce ir W25Q128JVS ierīce (3. attēlā U8), kas ir 128 Mbit mikroshēma (16 MB). Šis ir lielākais atmiņas apjoms, ko var atbalstīt RP2350. Ja jūsu konkrētajai lietojumprogrammai nav nepieciešams tik daudz vietas, tā vietā var izmantot mazāku, lētāku atmiņu.
Tā kā šī datu kopne var būt diezgan augstas frekvences un tiek regulāri izmantota, RP2350 QSPI kontakti ir jāpievieno tieši zibspuldzei, izmantojot īsus savienojumus, lai saglabātu signāla integritāti un arī samazinātu šķērsrunu apkārtējās ķēdēs. Šķērsruna ir vieta, kur signāli vienā ķēdes tīklā var izraisīt nevēlamu skaļumutages uz blakus ķēdes, kas var izraisīt kļūdas.

QSPI_SS signāls ir īpašs gadījums. Tas ir tieši savienots ar zibspuldzi, bet tam ir pievienoti arī divi rezistori (labi, četri, bet par to es runāšu vēlāk). Pirmais (R1) ir pievilkšana uz 3.3 V barošanu. Zibatmiņai ir nepieciešams, lai mikroshēmas atlases ievadei būtu vienāds tilpumstage kā savu 3.3 V barošanas kontaktu, kad ierīce tiek ieslēgta, pretējā gadījumā tā nedarbojas pareizi. Kad RP2350 ir ieslēgts, tā QSPI_SS tapa pēc noklusējuma automātiski tiks pievilkta, taču ieslēgšanas laikā ir īss laika periods, kad nevar garantēt QSPI_SS tapas stāvokli. Pievilkšanas rezistora pievienošana nodrošina, ka šī prasība vienmēr tiks izpildīta. Shēmā R1 ir atzīmēts kā DNF (Do Not Fit), jo esam noskaidrojuši, ka ar šo konkrēto zibatmiņas ierīci ārējā uzvilkšana nav nepieciešama. Tomēr, ja tiek izmantota cita zibspuldze, var būt svarīgi, lai šeit varētu ievietot 10kΩ rezistoru, tāpēc tas ir iekļauts katram gadījumam.
Otrais rezistors (R6) ir 1 kΩ rezistors, kas savienots ar spiedpogu (SW1), kas apzīmēta ar “USB_BOOT”. Tas ir tāpēc, ka QSPI_SS tapa tiek izmantota kā "sāknēšanas siksna"; RP2350 pārbauda šīs I/O vērtību sāknēšanas secības laikā, un, ja tiek konstatēts, ka tā ir loģiskā 0, tad RP2350 atgriežas BOOTSEL režīmā, kur RP2350 sevi parāda kā USB lielapjoma atmiņas ierīci un kodu var tieši kopēt. uz to. Ja mēs vienkārši nospiežam pogu, mēs pievelkam QSPI_SS tapu zemē, un, ja ierīce pēc tam tiek atiestatīta (piemēram, pārslēdzot RUN tapu), RP2350 restartēsies BOOTSEL režīmā, nevis mēģinās palaist zibspuldzes saturu. Šie rezistori R2 un R6 (arī R9 un R10) jānovieto tuvu zibspuldzes mikroshēmai, lai izvairītos no papildu vara celiņu garuma, kas varētu ietekmēt signālu.
Viss iepriekš minētais īpaši attiecas uz RP2350, kam nav iekšējās zibspuldzes. Protams, RP2354 ierīcēm ir iekšējās 2MB zibatmiņas, tāpēc ārējā U3 atmiņa nav nepieciešama, tāpēc U3 var droši izņemt no shēmas, vai vienkārši atstāt neapdzīvotu. Jebkurā no šiem gadījumiem mēs joprojām vēlamies, lai USB_BOOT slēdzis būtu savienots ar QSPI_SS, lai mēs joprojām varētu pāriet uz USB sāknēšanas režīmu.

Sekundārā zibspuldze vai PSRAM

RP235x sērija tagad atbalsta otru atmiņas ierīci, izmantojot tās pašas QSPI tapas, un GPIO nodrošina papildu mikroshēmas izvēli. Tātad, ja mēs izmantojam RP2354 (kam ir iekšējā zibspuldze), mēs varētu izmantot U3 kā sekundāro zibspuldzi vai pat aizstāt to ar PSRAM ierīci. Lai to izdarītu, mums ir jāatvieno QSPI_SS no U3 un tā vietā jāpievieno tas piemērotam GPIO. Tuvākais GPIO, kas var būt mikroshēmas izvēle (XIP_CS1n), ir GPIO0, tāpēc, noņemot 0Ω no R10 un uzstādot to uz R9, mēs tagad varam piekļūt U3 papildus mikroshēmas zibspuldzei. Lai pilnībā izmantotu advanutagŠī funkcija, kurā mums ir divas ārējās atmiņas ierīces, lai varētu izmantot RP2350 daļas bez zibspuldzes, lielākā no divām minimālajām platēm, kas paredzēta RP2350B, ietver papildu atmiņas mikroshēmu (U4).

9. attēls. Shematiska sadaļa, kurā parādīta papildu sekundārā atmiņas ierīce

Lai varētu izmantot šo ierīci, tai noteikti būs jābūt aizpildītai , kā arī R11 (0Ω) un R13 (10KΩ). R11 pievienošana savieno GPIO0 (XIP_CS1n signālu) ar otrās atmiņas mikroshēmu. Šoreiz noteikti ir nepieciešama mikroshēmas izvēles tapas uzvilkšana, jo GPIO0 noklusējuma stāvoklis, kad tiek ieslēgts, ir jāsamazina, kas izraisītu mūsu zibatmiņas ierīces kļūmi. C22 būtu nepieciešams arī, lai nodrošinātu U4 vietējā barošanas avota atsaisti.

Atbalstītās zibatmiņas mikroshēmas
Sākotnējā zibspuldzes zondes secība, ko izmanto apakšā, lai iegūtu otro stage no zibatmiņas, izmanto 03h sērijas lasīšanas komandu ar 24 bitu adresēšanu un sērijas pulksteni aptuveni 1MHz. Tas atkārtoti ciklos cauri četrām pulksteņa polaritātes un pulksteņa fāzes kombinācijām, meklējot derīgu sekundi.tage CRC32 kontrolsumma.
Kā otrā stagPēc tam e var brīvi konfigurēt izpildi uz vietas, izmantojot to pašu 03h sērijas lasīšanas komandu, RP2350 var veikt kešatmiņā saglabāto zibatmiņas izpildi vietā ar jebkuru mikroshēmu, kas atbalsta 03h seriālo lasīšanu ar 24 bitu adresēšanu, kas ietver lielāko daļu 25. sērijas zibatmiņas ierīču. . SDK nodrošina example second stage CPOL=0 CPHA=0, plkst https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Lai atbalstītu zibspuldzes programmēšanu, izmantojot apakšā esošās rutīnas, ierīcei ir jāreaģē arī uz šādām komandām:

02h 256 baitu lapu programma
05h statusa reģistrs nolasīts
06h iestatiet rakstīšanas iespējošanas fiksatoru

20h 4kB sektora dzēšana

RP2350 atbalsta arī plašu divu SPI un QSPI piekļuves režīmu klāstu. Piemēram,ample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S konfigurē Winbond W25Q sērijas ierīci četru IO nepārtrauktas lasīšanas režīmam, kurā RP2350 sūta četras IO adreses (bez komandas prefiksa) un zibspuldze reaģē ar četru IO datiem.

Jāievēro zināma piesardzība ar zibspuldzes XIP režīmiem, kad zibspuldzes ierīce pārstāj reaģēt uz standarta sērijas komandām, piemēram, iepriekš minēto Winbond nepārtrauktās lasīšanas režīmu. Tas var radīt problēmas, kad RP2350 tiek atiestatīts, bet zibspuldzes ierīce netiek ieslēgta, jo zibspuldze tad nereaģēs uz sāknēšanas ierīces zibspuldzes zondes secību. Pirms 03h sērijas nolasīšanas izdošanas sāknēšanas programma vienmēr izdod šādu fiksēto secību, kas ir vislabākā secība XIP pārtraukšanai vairākās zibatmiņas ierīcēs:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (izmantojot lejupielādes, lai izvairītos no strīdiem), izdod ×32 pulksteņus
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (izmantojot pievilkšanos, lai izvairītos no strīdiem), izdod ×32 pulksteņus
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (vadīts zems Z, visas pārējās I/Os Hi-Z), problēma ×16 pulksteņi

Ja jūsu izvēlētā ierīce nepārtrauktās lasīšanas režīmā nereaģē uz šo secību, tā ir jāpatur stāvoklī, kurā katrai pārsūtīšanai ir pievienota sērijas komanda, pretējā gadījumā RP2350 nevarēs atgūties pēc iekšējās atiestatīšanas.
Plašāku informāciju par QSPI skatiet sadaļā QSPI atmiņas interfeiss (QMI) RP2350 datu lapā.

4. nodaļa. Kristāla oscilators

10. attēls. Shematiska sadaļa, kurā parādīts kristāla oscilators un slodzes kondensatori

Stingri sakot, RP2350 faktiski nav nepieciešams ārējs pulksteņa avots, jo tam ir savs iekšējais oscilators. Tomēr, tā kā šī iekšējā oscilatora frekvence nav precīzi definēta vai kontrolēta, tā atšķiras atkarībā no mikroshēmas, kā arī ar atšķirīgu piegādes tilpumutages un temperatūras, ieteicams izmantot stabilu ārējo frekvences avotu. Lietojumprogrammas, kas balstās uz precīzām frekvencēm, nav iespējamas bez ārēja frekvences avota, jo USB ir galvenais piemērsample.
Ārējo frekvenču avotu var nodrošināt vienā no diviem veidiem: vai nu nodrošinot pulksteņa avotu ar CMOS izvadi (IOVDD vol. kvadrātvilnistage) XIN tapā vai izmantojot 12MHz kristālu, kas savienots starp
XIN un XOUT. Šeit vēlamā iespēja ir izmantot kristālu, jo tie ir gan salīdzinoši lēti, gan ļoti precīzi.

Šim dizainam izvēlētais kristāls ir ABM8-272-T3 (Y1 10. attēlā). Tas ir tas pats 12MHz kristāls, ko izmanto Raspberry Pi Pico un Raspberry Pi Pico 2. Mēs ļoti iesakām izmantot šo kristālu kopā ar pievienotajām shēmām, lai nodrošinātu, ka pulkstenis jebkuros apstākļos sāk darboties ātri, nesabojājot pašu kristālu. Kristālam ir 30 ppm frekvences pielaide, kas ir pietiekami laba lielākajai daļai lietojumu. Kopā ar frekvences pielaidi +/-30 ppm, tā maksimālais ESR ir 50 Ω un slodzes kapacitāte 10 pF, kas abi ietekmēja pievienoto komponentu izvēli.
Lai kristāls varētu svārstīties vēlamajā frekvencē, ražotājs norāda slodzes kapacitāti, kas tam nepieciešama, un šajā gadījumā tā ir 10 pF. Šī slodzes kapacitāte tiek panākta, novietojot divus vienādas vērtības kondensatorus, pa vienam katrā kristāla pusē zemē (C3 un C4). No kristāla viedokļa view, šie kondensatori ir virknē savienoti starp diviem tā spailēm. Pamata ķēdes teorija mums saka, ka tās apvieno, lai iegūtu kapacitāti (C3 * C4) / (C3 + C4), un kā C3 = C4, tad tā ir vienkārši C3/2. Šajā bijušajāample, mēs esam izmantojuši 15pF kondensatorus, tāpēc sērijas kombinācija ir 7.5pF. Papildus šai apzinātajai slodzes kapacitātei mums jāpievieno arī vērtība netīšai papildu kapacitātei jeb parazitārajai kapacitātei, ko iegūstam no PCB celiņiem un RP2350 XIN un XOUT tapām. Šim nolūkam mēs pieņemsim vērtību 3pF, un, tā kā šī kapacitāte ir paralēla C3 un C4, mēs to vienkārši pievienojam, lai iegūtu kopējo slodzes kapacitāti 10.5 pF, kas ir pietiekami tuvu mērķim 10 pF. Kā redzat, PCB pēdu parazītiskā kapacitāte ir faktors, un tāpēc mums tie ir jāsaglabā mazi, lai mēs neizjauktu kristālu un nepārtrauktu tā svārstības, kā paredzēts. Mēģiniet saglabāt izkārtojumu pēc iespējas īsāku.
Otrais apsvērums ir kristāla maksimālā ESR (ekvivalentā sērijas pretestība). Mēs esam izvēlējušies ierīci ar maksimālo 50 Ω, jo esam noskaidrojuši, ka tā kopā ar 1kΩ sērijas rezistoru (R2) ir laba vērtība, lai novērstu kristāla pārspīlēšanu un bojājumus, izmantojot IOVDD. līmenis 3.3V. Tomēr, ja IOVDD ir mazāks par 3.3 V, XIN/XOUT tapu piedziņas strāva tiek samazināta, un jūs atklāsit, ka ampkristāla spilgtums ir mazāks vai var pat nesvārstīties. Šajā gadījumā būs jāizmanto mazāka sērijas rezistora vērtība. Jebkura novirze no šeit parādītās kristāla ķēdes vai IOVDD līmenis, kas nav 3.3 V, prasīs plašu testēšanu, lai nodrošinātu, ka kristāls svārstās visos apstākļos un tiek palaists pietiekami ātri, lai neradītu problēmas jūsu lietojumprogrammā.

Ieteicamais kristāls

Oriģinālajiem dizainiem, izmantojot RP2350, mēs iesakām izmantot Abracon ABM8-272-T3. Piemēram,ample, papildus minimālajam dizainam exampskatiet Pico 2 plates shēmu Raspberry Pi Pico 2 datu lapas B pielikumā un Pico 2 dizainu files.
Lai nodrošinātu vislabāko veiktspēju un stabilitāti parastajos darba temperatūras diapazonos, izmantojiet Abracon ABM8-272-T3. ABM8-272-T3 varat iegādāties tieši no Abracon vai no pilnvarota tālākpārdevēja. Pico 2 ir īpaši pielāgots ABM8-272-T3, kam ir šādas specifikācijas:

Pat ja izmantojat kristālu ar līdzīgām specifikācijām, jums būs jāpārbauda ķēde dažādās temperatūrās, lai nodrošinātu stabilitāti.
Kristāla oscilators tiek darbināts no IOVDD voltage. Rezultātā Abracon kristāls un tas konkrētais damprezistori ir noregulēti 3.3 V darbībai. Ja izmantojat citu IO voltage, jums būs jāpārskaņo.
Jebkuras kristāla parametru izmaiņas rada nestabilitātes risku visos komponentos, kas savienoti ar kristāla ķēdi.

Ja nevarat iegūt ieteikto kristālu tieši no Abracon vai tālākpārdevēja, sazinieties ar Applications@raspberrypi.com.

5. nodaļa. IO

USB
11. attēls. Shematiska sadaļa, kurā parādīti RP2350 USB kontakti un sērijas izbeigšana

RP2350 nodrošina divus kontaktus, kas izmantojami pilna ātruma (FS) vai zema ātruma (LS) USB vai nu kā saimniekdators, vai ierīce, atkarībā no izmantotās programmatūras. Kā mēs jau apspriedām, RP2350 var sāknēt arī kā USB lielapjoma atmiņas ierīci, tāpēc ir lietderīgi savienot šos kontaktus ar USB savienotāju (J1 5. attēlā). RP2350 USB_DP un USB_DM tapām nav nepieciešami nekādi papildu pievilkšanas vai nolaižamie elementi (nepieciešami, lai norādītu ātrumu, FS vai LS, vai arī to, vai tas ir resursdators vai ierīce), jo tie ir iebūvēti I/O. Tomēr šiem I/O ir nepieciešami 27Ω sērijas beigu rezistori (R7 un R8 11. attēlā), kas novietoti tuvu mikroshēmai, lai tie atbilstu USB pretestības specifikācijai.
Lai gan RP2350 ir ierobežots ar pilna ātruma datu pārraides ātrumu (12Mbps), mums jācenšas nodrošināt, lai pārvades līniju (vara trases, kas savieno mikroshēmu ar savienotāju) raksturīgā pretestība būtu tuvu
USB specifikācija 90Ω (mēra diferencēti). Ja mēs izmantojam 1 mm platus celiņus USB_DP un USB_DM uz 0.8 mm biezas plates ar 0.15 mm atstarpi starp tiem, mums vajadzētu iegūt diferenciālo raksturīgo pretestību aptuveni 90 Ω. Tas ir paredzēts, lai nodrošinātu, ka signāli var pārvietoties pa šīm pārvades līnijām pēc iespējas tīrāk, samazinot tilpumutage atstarojumi, kas var samazināt signāla integritāti. Lai šīs pārvades līnijas darbotos pareizi, mums ir jāpārliecinās, ka tieši zem šīm līnijām ir zemējums. Ciets, nepārtraukts slīpēta vara laukums, kas stiepjas visā trases garumā. Šajā dizainā gandrīz viss apakšējais vara slānis ir veltīts zemei, un tika īpaši rūpīgi nodrošināts, lai USB celiņi šķērsotu tikai zemi. Ja jūsu konstrukcijai ir izvēlēta PCB biezāka par 1 mm, mums ir divas iespējas. Mēs varētu pārveidot USB pārraides līnijas, lai kompensētu lielāku attālumu starp sliežu ceļu un zemi (kas varētu būt fiziski neiespējami), vai arī mēs varētu to ignorēt un cerēt uz labāko. USB FS var būt diezgan piedodošs, taču jūsu nobraukums var atšķirties. Visticamāk, tas darbosies daudzās lietojumprogrammās, taču tas, iespējams, nebūs saderīgs ar USB standartu.

I/O galvenes

12. attēls. Shematiska sadaļa, kurā parādītas QFN2.54 versijas 60 mm I/O galvenes

Papildus jau pieminētajam USB savienotājam ir pāris divu rindu 2.54 mm galvenes (J2 un J3 12. attēlā), pa vienai katrā plates pusē, kurām ir pievienota pārējā I/O daļa. RP30A ir 2350 GPIO, savukārt RP48B ir 2350 GPIO, tāpēc šīs Minimal plates versijas galvenes ir lielākas, lai varētu ievietot papildu tapas (skatiet 13. attēlu).
Tā kā šis ir vispārējas nozīmes dizains, neparedzot īpašu pielietojumu, I/O ir pieejami, lai tos varētu pievienot pēc lietotāja vēlmēm. Katras galvenes iekšējā tapu rinda ir I/O, un ārējā rinda ir savienota ar zemi. Ir laba prakse I/O savienotājos iekļaut daudzus pamatojumus. Tas palīdz uzturēt zemu pretestību, kā arī nodrošināt daudz potenciālu atgriešanās ceļu strāvām, kas virzās uz un no
I/O savienojumi. Tas ir svarīgi, lai līdz minimumam samazinātu elektromagnētiskos traucējumus, ko var izraisīt atgriešanās strāvu ātri pārslēdzoties signāliem, kas, lai pabeigtu ķēdi, aizņem garus, cilpas ceļus.

Abas galvenes atrodas vienā 2.54 mm režģī, kas atvieglo šīs plates savienošanu ar citām lietām, piemēram, maizes dēļiem. Varat apsvērt iespēju uzstādīt tikai vienas rindas galvenes, nevis divu rindu galveni, atsakoties no ārējās zemējuma savienojumu rindas, lai ērtāk būtu ievietot maizes dēļā.

13. attēls. Shematiska sadaļa, kurā parādītas QFN2.54 versijas 80 mm I/O galvenes

Atkļūdošanas savienotājs

14. attēls. Shematiska sadaļa, kurā parādīts papildu JST savienotājs SWD atkļūdošanai

Lai veiktu atkļūdošanu mikroshēmā, iespējams, vēlēsities izveidot savienojumu ar RP2350 SWD interfeisu. Divas tapas, SWD un SWCLK, ir pieejamas 2.54 mm galvenē J3, lai varētu viegli pievienot jūsu izvēlēto atkļūdošanas zondi. Papildus tam esmu iekļāvis izvēles JST galveni, kas ļauj viegli izveidot savienojumu ar Raspberry Pi Debug Probe. Jums tas nav jāizmanto, ja plānojat atkļūdot programmatūru, pietiks ar 2.54 mm galvenēm, taču es uzskatu, ka to darīt ir ērtāk. Esmu izvēlējies horizontālo savienotāju, galvenokārt tāpēc, ka man patīk tā izskats, pat ja tas nav uz tāfeles malas, bet ir pieejami vertikāli, lai gan ar nedaudz atšķirīgu nospiedumu.

Pogas
Minimālajā dizainā tagad ir nevis viena, bet divas pogas, kur RP240 versijai nebija nevienas. Viens ir paredzēts USB sāknēšanas izvēlei, kā mēs iepriekš apspriedām, bet otrā ir atiestatīšanas poga, kas savienota ar RUN tapu. Neviens no tiem nav absolūti nepieciešams (lai gan poga BOOTSEL būtu jāaizstāj ar galveni vai līdzīgu, ja ir nepieciešams USB sāknēšanas režīms), un to var noņemt, ja ir bažas par vietu vai izmaksām, taču tie noteikti apgrūtina RP2350 izmantošanu. patīkamāka pieredze.

A pielikums: pilnīga shēma -RP2350A versija

15. attēls. Pilna RP2350A minimālā dizaina shēma

B pielikums: pilnīga shēma -RP2350B versija

16. attēls. Pilna RP2350B minimālā dizaina shēma

H pielikums: Dokumentācijas izdošanas vēsture

8. gada 2024. augusts
Sākotnējā izlaišana.

es Raspberry Pi
Raspberry Pi ir Raspberry Pi Ltd. preču zīme
Raspberry Pi Ltd

Dokumenti / Resursi

Raspberry Pi SC1631 Raspberry Mikrokontrolleris [pdfLietošanas instrukcija
SC1631 Raspberry mikrokontrolleris, SC1631, Raspberry mikrokontrolleris, mikrokontrolleris

Atsauces

Lietotāja rokasgrāmata

Raspberry Pi SC1631 Raspberry Mikrokontrolleris

Produkta lietošanas instrukcijas