Manual de instruções do microcontrolador Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Capítulo 1: Introdução
A série RP2350 oferece diferentes opções de pacote em comparação com a série RP2040. O RP2350A e o RP2354A vêm em um pacote QFN-60 sem e com armazenamento flash interno, respectivamente, enquanto o RP2354B e o RP2350B vêm em um pacote QFN-80 com e sem armazenamento flash.

Capítulo 2: Poder
A série RP2350 apresenta um novo volume de comutação no chiptage regulador com cinco pinos. Este regulador requer componentes externos para operação, mas oferece maior eficiência de energia em correntes de carga mais altas em comparação ao regulador linear na série RP2040. Preste atenção à sensibilidade de ruído no pino VREG_AVDD que fornece o circuito analógico.

Perguntas Frequentes (FAQ)

P: Qual é a principal diferença entre RP2350A e RP2350B?
R: A principal diferença está na presença de armazenamento flash interno. O RP2350A não tem armazenamento flash interno, enquanto o RP2350B tem.
P: Quantos pinos o voltage regulador da série RP2350 tem?
R: O volumetagO regulador da série RP2350 tem cinco pinos.

Projeto de hardware com RP2350 Usando microcontroladores RP2350 para construir placas e produtos

Colofão

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Capítulo 1. Introdução

Figura 1. Renderização 3D KiCad do projeto mínimo RP2350Aample

Quando apresentamos o Raspberry Pi RP2040 pela primeira vez, também lançamos um design 'Minimal'ample e o guia que o acompanha Hardware design with RP2040 que, esperançosamente, explica como o RP2040 pode ser usado em uma placa de circuito simples e por que as várias escolhas de componentes foram feitas. Com a chegada da série RP235x, é hora de revisitar o design original do RP2040 Minimal e atualizá-lo para levar em conta os novos recursos e também cada uma das variantes do pacote; o RP2350A com seu pacote QFN-60 e o RP2350B que é um QFN-80. Novamente, esses designs estão no formato Kicad (7.0) e estão disponíveis para download (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

O Conselho Mínimo
A placa Minimal original foi uma tentativa de fornecer um design de referência simples, usando o mínimo de componentes externos necessários para executar o RP2040 e ainda ter todas as E/S expostas e acessíveis. Isso era essencialmente composto de uma fonte de alimentação (um regulador linear de 5 V a 3.3 V), oscilador de cristal, memória flash e conexões de E/S (um soquete micro USB e conectores GPIO). As novas placas Minimal da série RP235x são praticamente as mesmas, mas com algumas mudanças necessárias devido ao novo hardware. Além disso, e apesar de ir um pouco contra a natureza minimalista do design, adicionei alguns botões para bootsel e run, junto com um conector SWD separado, o que deve significar uma experiência de depuração completamente menos frustrante desta vez. Os designs não precisam estritamente desses botões, os sinais ainda estão disponíveis nos conectores e podem ser omitidos se você for particularmente consciente de custo ou espaço, ou tiver tendências masoquistas.

Série RP2040 vs RP235x
A mudança mais óbvia está nos pacotes. Enquanto o RP2040 é um QFN-7 de 7x56 mm, a série RP235x atualmente tem quatro membros diferentes. Existem dois dispositivos que compartilham o mesmo pacote QFN-60; o RP2350A que não contém armazenamento flash interno e o RP2354A que contém. Da mesma forma, o QFN-80 também vem em dois sabores; o RP2354B com flash e o RP2350B sem. Os dispositivos QFN-60 e o RP2040 original compartilham uma herança comumtage.

Cada um deles tem 30 GPIOs, quatro dos quais também são conectados ao ADC, e têm 7x7mm de tamanho. Apesar disso, o RP2350A não é um substituto imediato para o RP2040, pois o número de pinos em cada um é diferente. Em contraste, os chips QFN-80 agora têm 48 GPIOs, e oito deles agora são compatíveis com ADC. Por causa disso, agora temos duas placas Minimal; uma para os dispositivos de 60 pinos e uma para os de 80. Essas placas Minimal são projetadas principalmente para as peças sem flash interno (RP2350), no entanto, os designs podem ser facilmente usados com os dispositivos flash internos (RP2354) simplesmente omitindo a memória flash onboard, ou mesmo usando-a como um dispositivo flash secundário (mais sobre isso depois). Há pouca diferença entre as duas placas, além do fato de que a versão QFN-80 tem fileiras mais longas de cabeçalhos para acomodar o GPIO extra, e a placa é, portanto, maior.

Além do pacote, a maior diferença no nível da placa entre a série RP235x e a RP2040 são as fontes de alimentação. A série RP235x tem alguns pinos de alimentação novos e um regulador interno diferente. O regulador linear de 100 mA da RP2040 foi substituído por um regulador de comutação de 200 mA e, como tal, requer alguns circuitos muito específicos e muito cuidado com o layout. É altamente recomendável que você siga de perto nosso layout e seleções de componentes; já passamos pela dor de ter que fazer várias iterações do design, então espero que você não precise.

Figura 2. Renderização 3D KiCad do projeto mínimo RP2350Bample

O Design
A intenção do design minimalista examples é criar um par de placas simples usando a série RP235x, que deve ser barata e facilmente fabricável, sem usar tecnologias de PCB desnecessariamente exóticas. As placas Minimal são, portanto, designs de 2 camadas, usando componentes que devem estar comumente disponíveis e todos montados na parte superior da placa. Embora seja bom usar componentes grandes e fáceis de soldar à mão, o pequeno passo dos chips QFN (0.4 mm) significa que usar alguns componentes passivos 0402 (1005 métricos) é inevitável se todos os GPIOs forem usados. Embora soldar manualmente os componentes 0402 não seja muito desafiador com um ferro de solda decente, é quase impossível soldar os QFNs sem equipamento especializado.

Nas próximas seções, tentarei explicar para que serve o circuito adicional e, espero, como chegamos a fazer as escolhas que fizemos. Como na verdade vou falar sobre dois designs separados, um para cada tamanho de pacote, tentei manter as coisas o mais simples possível. Até onde é possível, todas as referências de componentes para as duas placas são idênticas, então se eu me referir a U1, R1, etc., então é igualmente relevante para ambas as placas. A exceção óbvia é quando o componente está apenas em uma das placas (em todos os casos, isso será na variante maior de 80 pinos), então o componente em questão estará apenas no design QFN-80; por ex.ample, R13 só aparece neste quadro.

Capítulo 2. Poder

As fontes de alimentação da série RP235x e da RP2040 diferem um pouco desta vez, embora em sua configuração mais simples, ainda exija duas fontes, 3.3 V e 1.1 V. A série RP235x é simultaneamente mais faminta por energia, pois tem maior desempenho, e também é mais econômica (quando em um estado de baixa energia) do que sua antecessora, e então o regulador linear na RP2040 foi atualizado com um regulador de comutação. Isso nos permite maior eficiência de energia em correntes mais altas (até 200 mA em comparação com os 100 mA anteriores).

Novo volume no chiptage regulador

Figura 3. Seção esquemática mostrando o circuito regulador interno

O regulador linear do RP2040 tinha dois pinos, uma entrada de 3.3 V e uma saída de 1.1 V para fornecer o DVDD no chip. Desta vez, o regulador da série RP235x tem cinco pinos e requer alguns componentes externos para fazê-lo funcionar. Embora isso pareça um passo para trás em termos de usabilidade, o regulador de comutação tem a vantagemtage de ser mais eficiente em termos de energia em correntes de carga mais altas.

Como o nome sugere, o regulador liga e desliga rapidamente um transistor interno que conecta o volume de entrada de 3.3 Vtage (VREG_VIN) ao pino VREG_LX e, com a ajuda de um indutor (L1) e um capacitor de saída (C7), pode produzir um volume de saída DCtage que foi reduzido da entrada. O pino VREG_FB monitora o volume de saídatage ajusta a relação liga/desliga do ciclo de comutação, para garantir que o volume necessáriotage é mantido. Como grandes correntes são comutadas de VREG_VIN para VREG_LX, um grande capacitor (C6) próximo à entrada é necessário, para que não perturbemos muito a alimentação de 3.3 V. Falando dessas grandes correntes de comutação, o regulador também vem com sua própria conexão de retorno de aterramento, VREG_PGND. Da mesma forma com VREG_VIN e VREG_LX, o layout dessa conexão é crítico e, embora VREG_PGND deva se conectar ao GND principal, isso deve ser feito de forma que todas as grandes correntes de comutação retornem diretamente ao pino PGND, sem perturbar muito o resto do GND.

O último pino é VREG_AVDD, que alimenta o circuito analógico dentro do regulador e é muito sensível a ruído.

Figura 4. Seção esquemática mostrando o layout da placa de circuito impresso do regulador

O layout do regulador nas placas mínimas espelha de perto o do Raspberry Pi Pico 2. Muito trabalho foi feito no design deste circuito, com muitas iterações do PCB necessárias para torná-lo o melhor possível. Embora você possa colocar esses componentes de várias maneiras diferentes e ainda fazer o regulador "funcionar" (ou seja, produzir um volume de saídatage aproximadamente no nível certo, bom o suficiente para fazer o código funcionar), descobrimos que nosso regulador precisa ser tratado exatamente da maneira certa para mantê-lo feliz, e por feliz, quero dizer produzir o volume de saída corretotage sob uma variedade de condições de corrente de carga.
Ao realizar nossos experimentos sobre isso, ficamos um tanto decepcionados ao sermos lembrados de que o mundo inconveniente da física nem sempre pode ser ignorado. Nós, como engenheiros, tentamos fazer exatamente isso; simplificando componentes, ignorando (frequentemente) propriedades físicas insignificantes e, em vez disso, focando na propriedade em que estamos interessados. Por ex.ample, um resistor simples não tem apenas uma resistência, mas também indutância, etc. No nosso caso, nós (re)descobrimos que os indutores têm um campo magnético associado a eles e, mais importante, irradia em uma direção dependendo de qual direção a bobina é enrolada e da direção do fluxo da corrente. Também fomos lembrados de que um indutor 'totalmente' blindado não significa o que você pensa que pode significar. O campo magnético é atenuado em grande medida, mas um pouco ainda escapa. Descobrimos que o desempenho do regulador poderia ser massivamente melhorado se o indutor estivesse 'do jeito certo'.
Acontece que o campo magnético emitido por um indutor "invertido" interfere no capacitor de saída do regulador (C7), o que por sua vez perturba o circuito de controle dentro do RP2350. Com o indutor na orientação correta e o layout preciso e as seleções de componentes usadas aqui, esse problema desaparece. Sem dúvida, haverá outros layouts, componentes, etc., que poderiam funcionar com um indutor em qualquer orientação, mas eles provavelmente usarão muito mais espaço de PCB para fazer isso. Fornecemos este layout recomendado para economizar às pessoas as muitas horas de engenharia que gastamos desenvolvendo e refinando esta solução compacta e bem comportada.
Mais precisamente, estamos indo mais longe ao dizer que se você optar por não usar nosso example, então você faz isso por sua conta e risco. Muito parecido com o que já fazemos com o RP2040 e o circuito de cristal, onde insistimos (bem, sugerimos fortemente) que você use uma parte específica (faremos isso novamente na seção de cristal deste documento).
A direcionalidade desses pequenos indutores é praticamente ignorada universalmente, com a orientação do enrolamento da bobina impossível de deduzir, e também distribuída aleatoriamente ao longo de um carretel de componentes. Tamanhos maiores de caixa de indutor podem frequentemente ser encontrados com marcações de polaridade, no entanto, não conseguimos encontrar nenhuma adequada no tamanho de caixa 0806 (métrica de 2016) que escolhemos. Para esse fim, trabalhamos com a Abracon para produzir uma peça de 3.3 μH com um ponto para indicar a polaridade e, mais importante, vir em um carretel com todos eles alinhados da mesma maneira. Os TBD são (ou serão muito em breve) disponibilizados ao público em geral pelos distribuidores. Como mencionado anteriormente, o fornecimento VREG_AVDD é muito sensível ao ruído e, portanto, precisa ser filtrado. Descobrimos que, como o VREG_AVDD consome apenas cerca de 200 μA, um filtro RC de 33 Ω e 4.7 μF é adequado.
Então, para recapitular, os componentes usados serão…
- C6, C7 e C9 – 4.7μF (0402, 1005 métrico)
- L1 – Abracon TBD (0806, métrica 2016)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 métrico)
A folha de dados do RP2350 tem uma discussão mais detalhada sobre as recomendações de layout do regulador. Consulte Componentes externos e requisitos de layout de PCB.

Abastecimento de entrada

A conexão de energia de entrada para este design é via pino VBUS de 5 V de um conector Micro-USB (rotulado J1 na Figura 5). Este é um método comum de alimentar dispositivos eletrônicos, e faz sentido aqui, já que o RP2350 tem funcionalidade USB, que iremos conectar aos pinos de dados deste conector. Como precisamos apenas de 3.3 V para este design (a alimentação de 1.1 V vem do interno), precisamos diminuir a alimentação USB de 5 V de entrada, neste caso, usando outro vol externotage regulador, neste caso um regulador linear (também conhecido como regulador Low Drop Out, ou LDO). Tendo exaltado anteriormente as virtudes de usar um regulador de comutação eficiente, também pode ser uma escolha sensata usar um aqui, mas optei pela simplicidade. Primeiro, usar um LDO é quase sempre mais fácil. Não há cálculos necessários para descobrir qual tamanho de indutor você deve usar, ou quão grandes são os capacitores de saída, e o layout geralmente é muito mais direto também. Segundo, economizar até a última gota de energia não é o objetivo aqui; se fosse, eu consideraria seriamente usar um regulador de comutação, e você pode encontrar um example de fazer isso no Raspberry Pi Pico 2. E em terceiro lugar, eu posso simplesmente 'pegar emprestado' o circuito que usei anteriormente na versão RP2040 da placa Minimal. O NCP1117 (U2) escolhido aqui tem uma saída fixa de 3.3 V, está amplamente disponível e pode fornecer até 1 A de corrente, o que será suficiente para a maioria dos projetos. Uma olhada na folha de dados do NCP1117 nos diz que este dispositivo requer um capacitor de 10 μF na entrada e outro na saída (C1 e C5).

Capacitores de desacoplamento

Figura 6. Seção esquemática mostrando as entradas da fonte de alimentação RP2350, vol.tage regulador e capacitores de desacoplamento

Outro aspecto do projeto da fonte de alimentação são os capacitores de desacoplamento necessários para o RP2350. Eles fornecem duas funções básicas. Primeiro, eles filtram o ruído da fonte de alimentação e, segundo, fornecem um suprimento local de carga que os circuitos dentro do RP2350 podem usar em curto prazo. Isso evita que o voltage nível na vizinhança imediata caia muito quando a demanda de corrente aumenta repentinamente. Por isso, é importante colocar o desacoplamento perto dos pinos de energia. Normalmente, recomendamos o uso de um capacitor de 100nF por pino de energia, no entanto, desviamos dessa regra em algumas instâncias.

Figura 7. Seção do layout mostrando o roteamento e desacoplamento do RP2350

Primeiro, para poder ter espaço suficiente para que todos os pinos do chip possam ser roteados para fora, longe do dispositivo, temos que nos comprometer com a quantidade de capacitores de desacoplamento que podemos usar. Neste design, os pinos 53 e 54 do RP2350A (pinos 68 e 69 do RP2350B) compartilham um único capacitor (C12 na Figura 7 e Figura 6), pois não há muito espaço naquele lado do dispositivo, e os componentes e o layout do regulador têm precedência.
Essa falta de espaço poderia ser superada de alguma forma se usássemos uma tecnologia mais complexa/cara, como componentes menores, ou um PCB de quatro camadas com componentes nas partes superior e inferior. Essa é uma troca de design; diminuímos a complexidade e o custo, às custas de ter menos capacitância de desacoplamento e capacitores que estão um pouco mais distantes do chip do que o ideal (isso aumenta a indutância). Isso poderia ter o efeito de limitar a velocidade máxima em que o design poderia operar, pois o voltagO fornecimento pode ficar muito barulhento e cair abaixo do volume mínimo permitidotage; mas para a maioria das aplicações, essa compensação deve ser aceitável.

O outro desvio da regra de 100 nF é para que possamos melhorar ainda mais o volumetage desempenho do regulador; recomendamos usar um 4.7μF para C10, que é colocado no outro lado do chip do regulador.

Capítulo 3. Memória Flash

Flash primário

Figura 8. Seção esquemática mostrando a memória flash primária e o circuito USB_BOOT

Para poder armazenar o código do programa que o RP2350 pode inicializar e executar, precisamos usar uma memória flash, especificamente, uma memória flash quad SPI. O dispositivo escolhido aqui é um dispositivo W25Q128JVS (U3 na Figura 8), que é um chip de 128 Mbit (16 MB). Este é o maior tamanho de memória que o RP2350 pode suportar. Se seu aplicativo específico não precisar de tanto armazenamento, então uma memória menor e mais barata pode ser usada.
Como esse barramento de dados pode ter frequência bastante alta e é usado regularmente, os pinos QSPI do RP2350 devem ser conectados diretamente ao flash, usando conexões curtas para manter a integridade do sinal e também reduzir a diafonia nos circuitos circundantes. A diafonia é onde os sinais em uma rede de circuitos podem induzir volume indesejadotagestá em um circuito vizinho, o que pode causar erros.

O sinal QSPI_SS é um caso especial. Ele é conectado diretamente ao flash, mas também tem dois resistores (bem, quatro, mas falarei sobre isso mais tarde) conectados a ele. O primeiro (R1) é um pull-up para a fonte de alimentação de 3.3 V. A memória flash requer que a entrada de seleção de chip esteja no mesmo voltage como seu próprio pino de alimentação de 3.3 V conforme o dispositivo é ligado, caso contrário, ele não funciona corretamente. Quando o RP2350 é ligado, seu pino QSPI_SS será automaticamente definido como um pull-up, mas há um curto período de tempo durante a ativação em que o estado do pino QSPI_SS não pode ser garantido. A adição de um resistor pull-up garante que esse requisito sempre será satisfeito. R1 é marcado como DNF (Do Not Fit) no esquema, pois descobrimos que com este dispositivo flash específico, o pull-up externo é desnecessário. No entanto, se um flash diferente for usado, pode ser importante poder inserir um resistor de 10 kΩ aqui, então ele foi incluído apenas no caso.
O segundo resistor (R6) é um resistor de 1kΩ, conectado a um botão de pressão (SW1) rotulado como 'USB_BOOT'. Isso ocorre porque o pino QSPI_SS é usado como uma 'tira de inicialização'; RP2350 verifica o valor desta E/S durante a sequência de inicialização e, se for considerado um 0 lógico, então RP2350 reverte para o modo BOOTSEL, onde RP2350 se apresenta como um dispositivo de armazenamento em massa USB e o código pode ser copiado diretamente para ele. Se simplesmente pressionarmos o botão, puxamos o pino QSPI_SS para o terra e, se o dispositivo for reiniciado posteriormente (por exemplo, alternando o pino RUN), RP2350 reiniciará no modo BOOTSEL em vez de tentar executar o conteúdo do flash. Esses resistores, R2 e R6 (R9 e R10 também), devem ser colocados próximos ao chip flash, para evitarmos comprimentos adicionais de trilhas de cobre que podem afetar o sinal.
Tudo o que foi dito acima se aplica especificamente ao RP2350, que não tem flash interno. Claro, os dispositivos RP2354 têm memórias flash internas de 2 MB, então a memória U3 externa não é necessária, então o U3 pode ser removido com segurança do esquema, ou simplesmente deixado despovoado. Em qualquer um desses casos, ainda queremos manter o switch USB_BOOT conectado ao QSPI_SS, para que ainda possamos entrar no modo de inicialização USB.

Flash secundário ou PSRAM

A série RP235x agora suporta um segundo dispositivo de memória usando os mesmos pinos QSPI, com um GPIO fornecendo a seleção de chip adicional. Então, se estivermos usando um RP2354 (que tem flash interno), então poderíamos usar U3 como um flash secundário, ou até mesmo substituí-lo por um dispositivo PSRAM. Para fazer isso, precisamos desconectar QSPI_SS de U3, e em vez disso conectá-lo a um GPIO adequado. O GPIO mais próximo capaz de ser um chip select (XIP_CS1n) é GPIO0, então removendo o 0Ω de R10, e ajustando-o a R9, agora podemos acessar U3 além do flash no chip. Para aproveitar totalmente a vantagemtagAlém desse recurso, onde temos dois dispositivos de memória externos para que as peças RP2350 sem flash possam se beneficiar, a maior das duas placas Minimal, para a RP2350B, inclui um footprint opcional (U4) para um chip de memória adicional.

Figura 9. Seção esquemática mostrando o dispositivo de memória secundária opcional

Para poder usar este dispositivo, ele obviamente terá que ser preenchido, assim como R11 (0Ω) e R13 (10KΩ). A adição de R11 conecta GPIO0 (o sinal XIP_CS1n) ao chip select da segunda memória. O pull-up no pino chip select é definitivamente necessário desta vez, pois o estado padrão de GPIO0 é ser puxado para baixo na inicialização, o que faria nosso dispositivo flash falhar. C22 também seria necessário para fornecer desacoplamento de fonte de alimentação local para U4.

Chips flash suportados
A sequência inicial da sonda flash, usada pelo fundo para extrair o segundo stage do flash, usa um comando de leitura serial 03h, com endereçamento de 24 bits e um clock serial de aproximadamente 1MHz. Ele percorre repetidamente as quatro combinações de polaridade e fase do clock, procurando por um segundo s válidotage soma de verificação CRC32.
Como o segundo stage fica então livre para configurar execute-in-place usando o mesmo comando de leitura serial 03h, o RP2350 pode executar execute-in-place flash em cache com qualquer chip que suporte leitura serial 03h com endereçamento de 24 bits, o que inclui a maioria dos dispositivos flash da série 25. O SDK fornece um exampo segundo stage para CPOL=0 CPHA=0, em https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Para dar suporte à programação flash usando as rotinas na parte inferior, o dispositivo também deve responder aos seguintes comandos:

02h programa de página de 256 bytes
05h status registro lido
06h definir trava de habilitação de gravação

20h 4kB setor apagar

O RP2350 também suporta uma ampla variedade de modos de acesso dual-SPI e QSPI. Por ex.ampele, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S configura um dispositivo Winbond série W25Q para modo de leitura contínua quad-IO, onde o RP2350 envia endereços quad-IO (sem um prefixo de comando) e o flash responde com dados quad-IO.

É necessário algum cuidado com os modos flash XIP, onde o dispositivo flash para de responder aos comandos seriais padrão, como o modo de leitura contínua Winbond mencionado acima. Isso pode causar problemas quando o RP2350 é reiniciado, mas o dispositivo flash não é reiniciado, porque o flash não responderá à sequência de sondagem flash do bootrom. Antes de emitir a leitura serial 03h, o bootrom sempre emite a seguinte sequência fixa, que é uma sequência de melhor esforço para descontinuar o XIP em uma variedade de dispositivos flash:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (via pull downs para evitar contenção), emitir ×32 clocks
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (via pull ups para evitar contenção), problema ×32 clocks
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (acionado em baixa impedância, todas as outras E/S em alta impedância), emite ×16 clocks

Se o dispositivo escolhido não responder a esta sequência quando estiver no modo de leitura contínua, ele deverá ser mantido em um estado em que cada transferência seja prefixada por um comando serial, caso contrário, o RP2350 não poderá se recuperar após uma reinicialização interna.
Para mais detalhes sobre o QSPI, consulte Interface de Memória QSPI (QMI) na folha de dados do RP2350.

Capítulo 4. Oscilador de Cristal

Figura 10. Seção esquemática mostrando o oscilador de cristal e os capacitores de carga

A rigor, o RP2350 não requer uma fonte de clock externa, pois tem seu próprio oscilador interno. No entanto, como a frequência deste oscilador interno não é bem definida ou controlada, variando de chip para chip, bem como com diferentes volumes de alimentaçãotage temperaturas, é recomendado usar uma fonte de frequência externa estável. Aplicações que dependem de frequências exatas não são possíveis sem uma fonte de frequência externa, sendo USB uma excelente opção.ampeu.
O fornecimento de uma fonte de frequência externa pode ser feito de duas maneiras: fornecendo uma fonte de clock com uma saída CMOS (onda quadrada de volume IOVDDtage) no pino XIN, ou usando um cristal de 12 MHz conectado entre
XIN e XOUT. Usar um cristal é a opção preferida aqui, pois ambos são relativamente baratos e muito precisos.

O cristal escolhido para este design é um ABM8-272-T3 (Y1 na Figura 10). Este é o mesmo cristal de 12 MHz usado no Raspberry Pi Pico e no Raspberry Pi Pico 2. Recomendamos fortemente usar este cristal junto com o circuito que o acompanha para garantir que o relógio inicie rapidamente em todas as condições sem danificar o próprio cristal. O cristal tem uma tolerância de frequência de 30 ppm, o que deve ser bom o suficiente para a maioria das aplicações. Junto com uma tolerância de frequência de +/- 30 ppm, ele tem um ESR máximo de 50 Ω e uma capacitância de carga de 10 pF, ambos os quais tiveram influência na escolha dos componentes que o acompanham.
Para que um cristal oscile na frequência desejada, o fabricante especifica a capacitância de carga que ele precisa para isso, e neste caso, é 10pF. Esta capacitância de carga é obtida colocando dois capacitores de igual valor, um em cada lado do cristal para o terra (C3 e C4). Do ponto de vista do cristal view, esses capacitores são conectados em série entre seus dois terminais. A teoria básica do circuito nos diz que eles se combinam para dar uma capacitância de (C3*C4)/(C3+C4), e como C3=C4, então é simplesmente C3/2. Neste exemploample, usamos capacitores de 15pF, então a combinação em série é 7.5pF. Além dessa capacitância de carga intencional, também devemos adicionar um valor para a capacitância extra não intencional, ou capacitância parasita, que obtemos das trilhas do PCB e dos pinos XIN e XOUT do RP2350. Assumiremos um valor de 3pF para isso, e como essa capacitância está em paralelo com C3 e C4, simplesmente adicionamos isso para nos dar uma capacitância de carga total de 10.5pF, que é próxima o suficiente do alvo de 10pF. Como você pode ver, a capacitância parasita das trilhas do PCB é um fator e, portanto, precisamos mantê-las pequenas para não perturbar o cristal e impedi-lo de oscilar como pretendido. Tente manter o layout o mais curto possível.
A segunda consideração é o ESR máximo (resistência equivalente em série) do cristal. Optamos por um dispositivo com um máximo de 50Ω, pois descobrimos que isso, junto com um resistor em série de 1kΩ (R2), é um bom valor para evitar que o cristal seja sobrecarregado e danificado ao usar um nível de IOVDD de 3.3 V. No entanto, se IOVDD for menor que 3.3 V, a corrente de acionamento dos pinos XIN/XOUT será reduzida, e você descobrirá que o ampa litude do cristal é menor, ou pode nem mesmo oscilar. Neste caso, um valor menor do resistor em série precisará ser usado. Qualquer desvio do circuito do cristal mostrado aqui, ou com um nível IOVDD diferente de 3.3 V, exigirá testes extensivos para garantir que o cristal oscile sob todas as condições, e inicialize suficientemente rápido para não causar problemas com sua aplicação.

Cristal recomendado

Para projetos originais usando RP2350, recomendamos usar o Abracon ABM8-272-T3. Por exemploample, além do design minimalista exampveja o esquema da placa Pico 2 no Apêndice B da Folha de Dados do Raspberry Pi Pico 2 e o projeto do Pico 2 files.
Para melhor desempenho e estabilidade em faixas típicas de temperatura operacional, use o Abracon ABM8-272-T3. Você pode obter o ABM8-272-T3 diretamente da Abracon ou de um revendedor autorizado. O Pico 2 foi ajustado especificamente para o ABM8-272-T3, que tem as seguintes especificações:

Mesmo se você usar um cristal com especificações semelhantes, será necessário testar o circuito em uma faixa de temperaturas para garantir a estabilidade.
O oscilador de cristal é alimentado pelo IOVDD voltage. Como resultado, o cristal Abracon e aquele d em particularampresistor de entrada são ajustados para operação de 3.3 V. Se você usar um volume de E/S diferentetage, você precisará reajustar.
Quaisquer alterações nos parâmetros do cristal podem causar instabilidade em qualquer componente conectado ao circuito do cristal.

Se você não puder obter o cristal recomendado diretamente da Abracon ou de um revendedor, entre em contato aplicações@raspberrypi.com.

Capítulo 5. IOs

USB
Figura 11. Seção esquemática mostrando os pinos USB do RP2350 e terminação em série

O RP2350 fornece dois pinos para serem usados para USB de velocidade máxima (FS) ou baixa velocidade (LS), como host ou dispositivo, dependendo do software usado. Como já discutimos, o RP2350 também pode inicializar como um dispositivo de armazenamento em massa USB, então conectar esses pinos ao conector USB (J1 na Figura 5) faz sentido. Os pinos USB_DP e USB_DM no RP2350 não exigem pull-ups ou pull-downs adicionais (necessários para indicar velocidade, FS ou LS, ou se é um host ou dispositivo), pois são integrados às E/Ss. No entanto, essas E/Ss exigem resistores de terminação em série de 27Ω (R7 e R8 na Figura 11), colocados perto do chip, para atender à especificação de impedância USB.
Embora o RP2350 seja limitado à taxa de dados de velocidade máxima (12 Mbps), devemos tentar garantir que a impedância característica das linhas de transmissão (os trilhos de cobre que conectam o chip ao conector) esteja próxima da
Especificação USB de 90Ω (medida diferencialmente). Em uma placa de 1 mm de espessura como esta, se usarmos trilhas de 0.8 mm de largura em USB_DP e USB_DM, com uma lacuna de 0.15 mm entre elas, devemos obter uma impedância característica diferencial de cerca de 90Ω. Isso é para garantir que os sinais possam viajar ao longo dessas linhas de transmissão da forma mais limpa possível, minimizando o volumetage reflexões que podem reduzir a integridade do sinal. Para que essas linhas de transmissão funcionem corretamente, precisamos ter certeza de que diretamente abaixo dessas linhas haja um aterramento. Uma área sólida e ininterrupta de cobre de aterramento, estendendo-se por todo o comprimento da trilha. Neste projeto, quase toda a camada de cobre inferior é dedicada ao aterramento, e um cuidado especial foi tomado para garantir que as trilhas USB passem apenas pelo aterramento. Se uma PCB com mais de 1 mm de espessura for escolhida para sua construção, então temos duas opções. Poderíamos reprojetar as linhas de transmissão USB para compensar a maior distância entre a trilha e o aterramento abaixo (o que poderia ser uma impossibilidade física), ou poderíamos ignorá-la e esperar pelo melhor. O USB FS pode ser bastante tolerante, mas sua quilometragem pode variar. É provável que funcione em muitas aplicações, mas provavelmente não será compatível com o padrão USB.

Cabeçalhos de E/S

Figura 12. Seção esquemática mostrando os conectores de E/S de 2.54 mm da versão QFN60

Além do conector USB já mencionado, há um par de headers de 2.54 mm de fileira dupla (J2 e J3 na Figura 12), um em cada lado da placa, ao qual o restante das E/S foram conectadas. Há 30 GPIO no RP2350A, enquanto há 48 GPIO no RP2350B, então os headers nesta versão da placa Minimal são maiores para permitir os pinos extras (veja a Figura 13).
Como este é um projeto de propósito geral, sem nenhuma aplicação específica em mente, as E/S foram disponibilizadas para serem conectadas conforme o usuário desejar. A fileira interna de pinos em cada cabeçalho são as E/Ss, e a fileira externa é toda conectada ao terra. É uma boa prática incluir muitos aterramentos em conectores de E/S. Isso ajuda a manter um aterramento de baixa impedância e também a fornecer muitos caminhos de retorno potenciais para correntes que viajam de e para o
Conexões de E/S. Isso é importante para minimizar a interferência eletromagnética que pode ser causada pelas correntes de retorno de sinais de comutação rápida, tomando caminhos longos e em loop para completar o circuito.

Ambos os headers estão na mesma grade de 2.54 mm, o que torna a conexão desta placa a outras coisas, como breadboards, mais fácil. Você pode considerar encaixar apenas um header de fileira única em vez do header de fileira dupla, dispensando a fileira externa de conexões de aterramento, para torná-lo mais conveniente para encaixar em uma breadboard.

Figura 13. Seção esquemática mostrando os conectores de E/S de 2.54 mm da versão QFN80

Conector de depuração

Figura 14. Seção esquemática mostrando o conector JST opcional para depuração SWD

Para depuração no chip, você pode desejar conectar-se à interface SWD do RP2350. Os dois pinos, SWD e SWCLK, estão disponíveis no conector de 2.54 mm, J3, para permitir que a sonda de depuração de sua escolha seja facilmente conectada. Além disso, incluí um conector JST opcional, que permite uma conexão fácil ao Raspberry Pi Debug Probe. Você não precisa usar isso, os conectores de 2.54 mm serão suficientes se você pretende depurar software, mas acho mais conveniente fazer isso. Escolhi um conector horizontal, principalmente porque gosto da aparência dele, mesmo que não esteja na borda da placa, mas os verticais estão disponíveis, embora com uma pegada ligeiramente diferente.

Botões
O design Minimal agora contém não um, mas dois botões, onde a versão RP240 não tinha nenhum. Um é para seleção de inicialização USB, como discutimos anteriormente, mas o segundo é um botão de 'reset', conectado ao pino RUN. Nenhum deles é estritamente necessário (embora o botão BOOTSEL teria que ser substituído por um cabeçalho ou similar se o modo de inicialização USB fosse necessário), e pode ser removido se espaço ou custo forem uma preocupação, mas eles certamente tornam o uso do RP2350 uma experiência muito mais agradável.

Apêndice A: Esquema completo - versão RP2350A

Figura 15. Esquema completo do projeto mínimo para RP2350A

Apêndice B: Esquema completo - versão RP2350B

Figura 16. Esquema completo do projeto mínimo para RP2350B

Apêndice H: Histórico de lançamento da documentação

8 de agosto de 2024
Lançamento inicial.

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Documentos / Recursos

Microcontrolador Raspberry Pi SC1631 Raspberry [pdf] Manual de Instruções
Microcontrolador SC1631 Raspberry, SC1631, Microcontrolador Raspberry, Microcontrolador

Referências

Manual do usuário

Microcontrolador Raspberry Pi SC1631 Raspberry

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