Manual de instrucțiuni pentru microcontrolerul Raspberry Pi SC1631

Capitolul 1: Introducere
Seria RP2350 oferă diferite opțiuni de pachet în comparație cu seria RP2040. RP2350A și RP2354A vin într-un pachet QFN-60 fără și, respectiv, cu stocare flash internă, în timp ce RP2354B și RP2350B vin într-un pachet QFN-80 cu și fără stocare flash.

Capitolul 2: Puterea
Seria RP2350 dispune de un nou volum de comutare pe ciptage regulator cu cinci pini. Acest regulator necesită componente externe pentru funcționare, dar oferă o eficiență energetică mai mare la curenți de sarcină mai mari în comparație cu regulatorul liniar din seria RP2040. Acordați atenție sensibilității la zgomot în pinul VREG_AVDD care alimentează circuitele analogice.

Întrebări frecvente (FAQ)

Î: Care este principala diferență dintre RP2350A și RP2350B?
R: Principala diferență constă în prezența stocării flash interne. RP2350A nu are stocare flash internă, în timp ce RP2350B are.
Î: Câți pini are voltage regulator din seria RP2350 au?
A: VoltagRegulatorul din seria RP2350 are cinci pini.

Design hardware cu RP2350 Utilizarea microcontrolerelor RP2350 pentru a construi plăci și produse

Colofon

Această documentație este licențiată în conformitate cu Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). data construirii: 2024-08-08 versiunea construcției: c0acc5b-clean
Notificare legală de declinare a răspunderii

DATELE TEHNICE ȘI DE FIABILITATE PENTRU PRODUSELE RASPBERRY PI (INCLUSIV FIȘE DE TEHNICE) MODIFICATE DIN CANCEL CU CANDIDAT (“RESURSE”) SUNT FURNIZATE DE RASPBERRY PI LTD (“RPL”) „CA AȚI” ȘI ORICE GARANȚII EXPRESE SAU IMPLICITE, INCLUSIV, DAR NU LIMITATE PENTRU, GARANȚIA IMPLICITĂ DE VANTABILITATE ȘI ADECUAREA PENTRU UN ANUMIT SCOP SUNT RENUNCIATE. ÎN MĂSURA MAXIMĂ PERMISĂ DE LEGEA APLICABILĂ ÎN NICIO CAZ, RPL NU VA FI RESPONSABILĂ PENTRU ORICE DAUNE DIRECTE, INDIRECTE, INCIDENTALE, SPECIALE, EXEMPLARE SAU CONSECUȚIONALE (INCLUSIV, DAR FĂRĂ A SE LIMITĂ LA, ACHIZIȚIA DE BUNURI DE SUBSTITUȚIE, PIERDERI DE DATE; , SAU PROFIT; SAU ÎNTRERUPEREA AFACERII) ORIENTA CAUZATE ȘI PENTRU ORICE TEORIE A RĂSPUNDERII, FIEA ÎN CONTRACT, RESPONSABILITATE STRICTĂ SAU DELICIT (INCLUS NEGLIGENȚA SAU ÎN ALTRE MOD) DECARE ÎN ORICE MOD DIN UTILIZAREA RESURSELOR CONSULTATE DE ASEMENEA DAUNE.
RPL își rezervă dreptul de a face orice îmbunătățiri, îmbunătățiri, corecturi sau orice alte modificări la RESURSE sau la orice produse descrise în acestea în orice moment și fără notificare ulterioară.
RESURSE sunt destinate utilizatorilor calificați cu niveluri adecvate de cunoștințe de proiectare. Utilizatorii sunt singurii responsabili pentru selectarea și utilizarea RESURSELOR și orice aplicare a produselor descrise în acestea. Utilizatorul este de acord să despăgubească și să țină RPL fără răspundere față de toate răspunderile, costurile, daunele sau alte pierderi care decurg din utilizarea RESURSELOR.

RPL acordă utilizatorilor permisiunea de a utiliza RESURSE numai împreună cu produsele Raspberry Pi. Orice altă utilizare a RESURSELOR este interzisă. Nu se acordă nicio licență oricărui alt RPL sau alt drept de proprietate intelectuală a unei terțe părți.
ACTIVITĂȚI CU RISC MARE. Produsele Raspberry Pi nu sunt proiectate, fabricate sau destinate utilizării în medii periculoase care necesită performanțe sigure, cum ar fi operarea instalațiilor nucleare, a sistemelor de navigație sau comunicații ale aeronavelor, controlul traficului aerian, sisteme de arme sau aplicații critice pentru siguranță (inclusiv suportul vieții). sisteme și alte dispozitive medicale), în care defecțiunea produselor ar putea duce direct la deces, vătămare corporală sau daune fizice sau de mediu grave („Activități cu risc ridicat”). RPL declină în mod special orice garanție expresă sau implicită de adecvare pentru Activitățile cu risc ridicat și nu își asumă nicio responsabilitate pentru utilizarea sau includerea produselor Raspberry Pi în activitățile cu risc ridicat.

Produsele Raspberry Pi sunt furnizate sub rezerva Termenilor standard RPL. Furnizarea de RESURSE de către RPL nu extinde sau modifică în alt mod Termenii standard ai RPL, inclusiv, dar fără a se limita la, declinările și garanțiile exprimate în aceștia.

Capitolul 1. Introducere

Figura 1. Redare KiCad 3D a RP2350A Design minim example

Când am introdus pentru prima dată Raspberry Pi RP2040, am lansat și un design „minimal” example și ghidul însoțitor Design hardware cu RP2040 care, sperăm, a explicat cum ar putea fi utilizat RP2040 într-o placă de circuit simplă și de ce au fost făcute diferitele alegeri ale componentelor. Odată cu sosirea seriei RP235x, este timpul să revizuim designul original RP2040 Minimal și să-l actualizăm pentru a ține cont de noile caracteristici și, de asemenea, pentru fiecare dintre variantele de pachet; RP2350A cu pachetul său QFN-60 și RP2350B, care este un QFN-80. Din nou, aceste modele sunt în format Kicad (7.0) și sunt disponibile pentru descărcare (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Consiliul Minimal
Placa Minimal originală a fost o încercare de a oferi un design de referință simplu, folosind minimul necesar de componente externe necesare pentru a rula RP2040 și să aibă în continuare toate IO-urile expuse și accesibile. Acesta a fost compus în esență dintr-o sursă de alimentare (un regulator liniar de la 5V la 3.3V), un oscilator cu cristal, memorie flash și conexiuni IO (o priză micro USB și anteturi GPIO). Noile plăci Minimal din seria RP235x sunt în mare parte aceleași, dar cu unele modificări necesare datorită noului hardware. În plus, și în ciuda faptului că merg împotriva naturii minimale a designului, am adăugat câteva butoane pentru bootsel și rulare, împreună cu un antet SWD separat, ceea ce ar trebui să însemne o experiență de depanare complet mai puțin frustrantă de data aceasta. Modelele nu au nevoie strict de aceste butoane, semnalele sunt încă disponibile pe anteturi și pot fi omise dacă sunteți deosebit de conștient de costuri sau spațiu, sau aveți tendințe masochiste.

Seria RP2040 vs RP235x
Cea mai evidentă schimbare este în pachete. În timp ce RP2040 este un QFN-7 de 7x56mm, seria RP235x are în prezent patru membri diferiți. Există două dispozitive care împart același pachet QFN-60; RP2350A care nu conține stocare flash internă și RP2354A care are. În mod similar, QFN-80 vine și în două arome; RP2354B cu bliț și RP2350B fără. Dispozitivele QFN-60 și RP2040 original au o moștenire comunătage.

Fiecare are 30 de GPIO, dintre care patru sunt, de asemenea, conectate la ADC și au dimensiunea de 7x7mm. În ciuda acestui fapt, RP2350A nu este un înlocuitor pentru RP2040, deoarece numărul de pini de pe fiecare este diferit. Prin contrast, cipurile QFN-80 au acum 48 de GPIO, iar opt dintre acestea sunt acum capabile ADC. Din această cauză, acum avem două plăci Minimal; unul pentru dispozitivele cu 60 de pini și unul pentru cele 80. Aceste plăci Minimal sunt concepute în primul rând pentru părțile fără bliț intern (RP2350), cu toate acestea, modelele pot fi utilizate cu ușurință cu dispozitivele bliț interne (RP2354) prin simpla omitere a blițului de la bord. memorie sau chiar folosirea acestuia ca dispozitiv flash secundar (mai multe despre asta mai târziu). Există o mică diferență între cele două plăci, în afară de faptul că versiunea QFN-80 are șiruri mai lungi de anteturi pentru a găzdui GPIO suplimentar și, prin urmare, placa este mai mare.

În afară de pachet, cea mai mare diferență la nivel de placă dintre seria RP235x și RP2040 sunt sursele de alimentare. Seria RP235x are niște pini de alimentare noi și un regulator intern diferit. Regulatorul liniar de 100mA al RP2040 a fost înlocuit cu un regulator de comutare de 200mA și, ca atare, necesită niște circuite foarte specifice și nu puțină grijă acordată aspectului. Este foarte recomandat să urmăriți cu atenție selecțiile noastre de aspect și componente; am trecut deja prin durerea de a trebui să facem mai multe iterații ale designului, așa că sperăm că nu trebuie să faceți acest lucru.

Figura 2. Redare KiCad 3D a RP2350B Design minim example

Designul
Intenția designului Minimal exampeste de a crea o pereche de plăci simple folosind seria RP235x, care ar trebui să fie ieftin și ușor de fabricat, fără a utiliza tehnologii PCB inutil de exotice. Plăcile Minimal sunt, prin urmare, modele cu 2 straturi, folosind componente care ar trebui să fie disponibile în mod obișnuit și toate montate pe partea superioară a plăcii. Deși ar fi bine să folosiți componente mari, ușor de lipit manual, pasul mic al cipurilor QFN (0.4 mm) înseamnă că utilizarea unor componente pasive 0402 (1005 metrice) este inevitabil dacă toate GPIO-urile vor fi utilizate. În timp ce lipirea manuală a componentelor 0402 nu este prea dificilă cu un fier de lipit decent, este aproape imposibil să lipiți QFN-urile fără echipament specializat.

În următoarele câteva secțiuni, voi încerca să explic pentru ce sunt circuitele suplimentare și, sperăm, cum am ajuns să facem alegerile pe care le-am făcut. Deoarece voi vorbi de fapt despre două modele separate, câte unul pentru fiecare dimensiune de pachet, am încercat să păstrez lucrurile cât mai simple. În măsura în care este posibil, toate referințele la componente pentru cele două plăci sunt identice, așa că dacă mă refer la U1, R1 etc., atunci este la fel de relevant pentru ambele plăci. Excepția evidentă este atunci când componenta este doar pe una dintre plăci (în toate cazurile, aceasta va fi pe varianta mai mare cu 80 de pini), atunci componenta în cauză va fi doar pe designul QFN-80; de example, R13 apare doar pe această placă.

Capitolul 2. Puterea

Sursele de alimentare ale seriei RP235x și ale RP2040 diferă oarecum de această dată, deși în cea mai simplă configurație, necesită încă două surse, 3.3V și 1.1V. Seria RP235x consumă în același timp mai multă putere, deoarece este performanță mai mare și, de asemenea, mai cumpătată (atunci când se află într-o stare de putere scăzută) decât predecesorul său, astfel încât regulatorul liniar de pe RP2040 a fost actualizat cu un regulator de comutare. Acest lucru ne permite o eficiență energetică mai mare la curenți mai mari (până la 200mA comparativ cu 100mA anterior).

Vol. nou pe ciptage regulator

Figura 3. Secțiune schematică care arată circuitul regulator intern

Regulatorul liniar al RP2040 avea doi pini, o intrare de 3.3 V și o ieșire de 1.1 V pentru a alimenta DVDD-ul de pe cip. De data aceasta, regulatorul din seria RP235x are cinci pini și necesită unele componente externe pentru a-l face să funcționeze. În timp ce acesta pare un pas puțin înapoi în termeni de utilizare, regulatorul de comutare are avantajultage de a fi mai eficient energetic la curenți de sarcină mai mari.

După cum sugerează și numele, regulatorul pornește și oprește rapid un tranzistor intern care conectează intrarea de 3.3 V vol.tage (VREG_VIN) la pinul VREG_LX și cu ajutorul unui inductor (L1) și a unui condensator de ieșire (C7), poate produce un volum de ieșire DCtage care a fost redusă de la intrare. Pinul VREG_FB monitorizează volumul de ieșiretage, și ajustează raportul pornit/oprit al ciclului de comutare, pentru a se asigura că volumul necesartage se mentine. Deoarece curenții mari sunt comutați de la VREG_VIN la VREG_LX, este necesar un condensator mare (C6) aproape de intrare, astfel încât să nu perturbăm prea mult alimentarea de 3.3V. Vorbind despre acești curenți mari de comutare, regulatorul vine și cu propria sa conexiune de retur la pământ, VREG_PGND. În mod similar cu VREG_VIN și VREG_LX, aspectul acestei conexiuni este critic și, în timp ce VREG_PGND trebuie să se conecteze la GND principal, trebuie făcut în așa fel încât toți curenții mari de comutare să revină direct la pinul PGND, fără a deranja restul GND-ul prea mult.

Ultimul pin este VREG_AVDD, care furnizează circuitele analogice din cadrul regulatorului, iar acesta este foarte sensibil la zgomot.

Figura 4. Secțiune schematică care arată configurația PCB a regulatorului

Dispunerea regulatorului de pe plăcile minimale o oglindește îndeaproape pe cea a Raspberry Pi Pico 2. S-a depus multă muncă în proiectarea acestui circuit, fiind necesare multe iterații ale PCB-ului pentru a-l face cât se poate de bun. poate. Deși ați putea plasa aceste componente într-o varietate de moduri diferite și totuși puteți face ca regulatorul să „funcționeze” (adică, să produceți un volum de ieșiretage aproximativ la nivelul potrivit, suficient de bun pentru ca acesta să ruleze cod), am descoperit că regulatorul nostru trebuie tratat exact în modul corect pentru a-l menține fericit și, prin fericit, mă refer la producerea volumului corect de ieșiretage într-o serie de condiții de curent de sarcină.
În timpul experimentelor noastre în acest sens, am fost oarecum dezamăgiți să ni se reamintească că lumea incomodă a fizicii nu poate fi întotdeauna ignorată. Noi, ca ingineri, încercăm în mare măsură să facem exact acest lucru; simplificând componente, ignorând (adesea) proprietăți fizice nesemnificative și concentrându-ne în schimb asupra proprietății care ne interesează. De exempluample, un rezistor simplu nu are doar o rezistență, ci și o inductanță etc. În cazul nostru, am (re)descoperit că inductoarele au un câmp magnetic asociat și, important, radiază într-o direcție în funcție de direcția în care bobina. este înfăşurat, şi direcţia de curgere a curentului. De asemenea, ni s-a reamintit că un inductor „complet” ecranat nu înseamnă ceea ce crezi că ar putea. Câmpul magnetic este atenuat în mare măsură, dar unii încă scapă. Am descoperit că performanța regulatorului ar putea fi îmbunătățită masiv dacă inductorul este „modul corect”.
Se pare că câmpul magnetic care emite dintr-un inductor „în sensul greșit” interferează cu condensatorul de ieșire al regulatorului (C7), care, la rândul său, deranjează circuitele de control din RP2350. Cu inductorul în orientarea corectă și cu aspectul precis și selecțiile componentelor utilizate aici, atunci această problemă dispare. Fără îndoială, vor exista și alte configurații, componente etc., care ar putea funcționa cu un inductor în orice orientare, dar cel mai probabil vor folosi mult mai mult spațiu PCB pentru a face acest lucru. Am oferit acest aspect recomandat pentru a salva oamenilor multele ore de inginerie pe care le-am petrecut dezvoltării și rafinării acestei soluții compacte și bine comportate.
Mai exact, mergem până la a spune că dacă alegi să nu-l folosești pe fostul nostruample, atunci o faci pe propriul risc. La fel cum facem deja cu RP2040 și circuitul de cristal, unde insistăm (bine, vă sugerăm cu tărie) să folosiți o anumită parte (vom face acest lucru din nou în secțiunea de cristal a acestui document).
Direcționalitatea acestor inductori mici este aproape universal ignorată, orientarea înfășurării bobinei fiind imposibil de dedus și, de asemenea, distribuită aleatoriu de-a lungul unei bobine de componente. Se poate constata adesea că dimensiunile mai mari ale carcasei inductorului au marcaje de polaritate, totuși nu am putut găsi unele potrivite în dimensiunea carcasei 0806 (metrică 2016) pe care am ales-o. În acest scop, am lucrat cu Abracon pentru a produce o parte de 3.3μH cu un punct pentru a indica polaritatea și, mai important, să venim pe o bobină cu toate aliniate în același mod. TBD-urile sunt (sau vor fi puse în curând) la dispoziția publicului larg de la distribuitori. După cum am menționat mai devreme, sursa VREG_AVDD este foarte sensibilă la zgomot și, prin urmare, trebuie filtrată. Am descoperit că, deoarece VREG_AVDD consumă doar aproximativ 200μA, un filtru RC de 33Ω și 4.7μF este adecvat.
Deci, pentru a recapitula, componentele folosite vor fi...
- C6, C7 și C9 – 4.7μF (0402, 1005 metric)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016 metric)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metric)
Fișa de date RP2350 are o discuție mai detaliată cu privire la recomandările privind configurația regulatorului, vă rugăm să consultați cerințele privind componentele externe și configurația PCB.

Alimentare cu intrare

Conexiunea de alimentare de intrare pentru acest design se face prin pinul VBUS de 5V al unui conector Micro-USB (etichetat J1 în Figura 5). Aceasta este o metodă comună de alimentare a dispozitivelor electronice și are sens aici, deoarece RP2350 are funcționalitate USB, pe care o vom conecta la pinii de date ai acestui conector. Deoarece avem nevoie de doar 3.3 V pentru acest design (sursa de 1.1 V provine din interior), trebuie să coborâm sursa USB de intrare de 5 V, în acest caz, folosind un alt volum extern.tage regulator, în acest caz un regulator liniar (aka Low Drop Out regulator, sau LDO). După ce am lăudat anterior virtuțile utilizării unui regulator de comutare eficient, ar putea fi, de asemenea, o alegere înțeleaptă să folosiți unul și aici, dar am optat pentru simplitate. În primul rând, utilizarea unui LDO este aproape întotdeauna mai ușoară. Nu sunt necesare calcule pentru a afla ce dimensiune inductor ar trebui să utilizați sau cât de mari sunt condensatorii de ieșire, iar aspectul este de obicei mult mai simplu. În al doilea rând, salvarea până la ultima picătură de putere nu este scopul aici; dacă ar fi, m-aș gândi serios să folosesc un regulator de comutare și puteți găsi un exampde a face acest lucru pe Raspberry Pi Pico 2. Și în al treilea rând, pot pur și simplu „împrumuta” circuitul pe care l-am folosit anterior pe versiunea RP2040 a plăcii Minimal. NCP1117 (U2) ales aici are o ieșire fixă de 3.3 V, este disponibil pe scară largă și poate furniza până la 1 A de curent, ceea ce va fi suficient pentru majoritatea modelelor. O privire la fișa de date pentru NCP1117 ne spune că acest dispozitiv necesită un condensator de 10μF la intrare și altul la ieșire (C1 și C5).

Condensatoare de decuplare

Figura 6. Secțiune schematică care arată intrările sursei de alimentare RP2350, voltage regulator și condensatori de decuplare

Un alt aspect al designului sursei de alimentare sunt condensatorii de decuplare necesari pentru RP2350. Acestea oferă două funcții de bază. În primul rând, filtrează zgomotul sursei de alimentare și, în al doilea rând, oferă o sursă de încărcare locală pe care circuitele din interiorul RP2350 o pot folosi în scurt timp. Acest lucru împiedică voltagNivelul din imediata vecinătate de la scăderea prea mult atunci când cererea actuală crește brusc. Din acest motiv, este important să plasați decuplarea aproape de pinii de alimentare. În mod obișnuit, recomandăm utilizarea unui condensator de 100 nF per pin de alimentare, cu toate acestea, ne abatem de la această regulă în câteva cazuri.

Figura 7. Secțiunea aspectului care arată rutarea și decuplarea RP2350

În primul rând, pentru a putea avea suficient spațiu pentru ca toți pinii cipului să poată fi direcționați, departe de dispozitiv, trebuie să facem compromisuri cu cantitatea de condensatoare de decuplare pe care o putem folosi. În acest design, pinii 53 și 54 ai RP2350A (pinii 68 și 69 ai RP2350B) au un singur condensator (C12 în Figura 7 și Figura 6), deoarece nu există mult spațiu pe acea parte a dispozitivului și componentele și aspectul regulatorului au prioritate.
Această lipsă de spațiu ar putea fi oarecum depășită dacă am folosi tehnologii mai complexe/costisitoare, cum ar fi componente mai mici sau un PCB cu patru straturi cu componente atât pe partea superioară, cât și pe cea inferioară. Acesta este un compromis de design; am scăzut complexitatea și costul, în detrimentul de a avea o capacitate de decuplare mai mică și condensatoare care sunt puțin mai departe de cip decât este optim (acest lucru crește inductanța). Acest lucru ar putea avea ca efect limitarea vitezei maxime la care ar putea funcționa proiectul, deoarece voltagAlimentarea ar putea deveni prea zgomotoasă și scădea sub volumul minim permistage; dar pentru majoritatea aplicațiilor, acest compromis ar trebui să fie acceptabil.

Cealaltă abatere de la regula 100nF este astfel încât să putem îmbunătăți în continuare volumultagperformanța regulatorului; Vă recomandăm să utilizați un 4.7μF pentru C10, care este plasat pe cealaltă parte a cipului de la regulator.

Capitolul 3. Memorie flash

Blițul primar

Figura 8. Secțiune schematică care arată memoria flash primară și circuitele USB_BOOT

Pentru a putea stoca codul de program din care RP2350 poate porni și rula, trebuie să folosim o memorie flash, în special o memorie flash SPI cu patru. Dispozitivul ales aici este un dispozitiv W25Q128JVS (U3 în Figura 8), care este un cip de 128Mbit (16MB). Aceasta este cea mai mare dimensiune de memorie pe care o poate suporta RP2350. Dacă aplicația dvs. particulară nu are nevoie de atât de mult spațiu de stocare, atunci ar putea fi folosită o memorie mai mică și mai ieftină.
Deoarece această magistrală de date poate avea o frecvență destul de înaltă și este utilizată în mod regulat, pinii QSPI ai RP2350 ar trebui să fie conectați direct la bliț, folosind conexiuni scurte pentru a menține integritatea semnalului și, de asemenea, pentru a reduce diafonia în circuitele din jur. Crosstalk este locul în care semnalele de pe o rețea de circuite pot induce volum nedorittageste pe un circuit învecinat, ceea ce poate cauza erori.

Semnalul QSPI_SS este un caz special. Este conectat direct la bliț, dar are și două rezistențe (pai, patru, dar voi reveni mai târziu) conectate la el. Primul (R1) este un pull-up la sursa de 3.3V. Memoria flash necesită ca intrarea de selectare a cipului să fie la același volumtage ca propriul pin de alimentare de 3.3 V pe măsură ce dispozitivul este pornit, în caz contrar, nu funcționează corect. Când RP2350 este pornit, pinul său QSPI_SS va fi automat automat la un pull-up, dar există o perioadă scurtă de timp în timpul pornirii în care starea pinului QSPI_SS nu poate fi garantată. Adăugarea unui rezistor de tragere asigură că această cerință va fi întotdeauna satisfăcută. R1 este marcat ca DNF (Nu se potrivește) pe schemă, deoarece am constatat că, cu acest dispozitiv flash, tragerea externă nu este necesară. Cu toate acestea, dacă se folosește un bliț diferit, poate deveni important să poți introduce aici un rezistor de 10kΩ, așa că a fost inclus pentru orice eventualitate.
Al doilea rezistor (R6) este un rezistor de 1kΩ, conectat la un buton (SW1) etichetat „USB_BOOT”. Acest lucru se datorează faptului că pinul QSPI_SS este folosit ca „curea de pornire”; RP2350 verifică valoarea acestui I/O în timpul secvenței de pornire și, dacă se constată că este un 0 logic, atunci RP2350 revine la modul BOOTSEL, unde RP2350 se prezintă ca un dispozitiv de stocare în masă USB, iar codul poate fi copiat direct la el. Dacă apăsăm pur și simplu butonul, tragem pinul QSPI_SS la pământ, iar dacă dispozitivul este apoi resetat (de exemplu, prin comutarea pinului RUN), RP2350 va reporni în modul BOOTSEL în loc să încerce să ruleze conținutul blițului. Aceste rezistențe, R2 și R6 (de asemenea, R9 și R10), ar trebui plasate aproape de cipul flash, astfel încât să evităm lungimi suplimentare de piste de cupru care ar putea afecta semnalul.
Toate cele de mai sus se aplică în mod specific RP2350, care nu are bliț intern. Desigur, dispozitivele RP2354 au memorie flash interne de 2MB, astfel încât memoria externă U3 nu este necesară, astfel încât U3 poate fi îndepărtat în siguranță din schemă, sau pur și simplu lăsat nepopulat. În oricare dintre aceste cazuri, am dori totuși să menținem comutatorul USB_BOOT conectat la QSPI_SS, astfel încât să putem intra în continuare în modul de pornire USB.

Bliț secundar sau PSRAM

Seria RP235x acceptă acum un al doilea dispozitiv de memorie folosind aceiași pini QSPI, cu un GPIO care oferă selecția suplimentară a cipului. Deci, dacă folosim un RP2354 (care are bliț intern), atunci am putea folosi U3 ca bliț secundar sau chiar să-l înlocuim cu un dispozitiv PSRAM. Pentru a face acest lucru, trebuie să deconectam QSPI_SS de la U3 și, în schimb, să îl conectăm la un GPIO adecvat. Cel mai apropiat GPIO capabil să fie un cip select (XIP_CS1n) este GPIO0, așa că prin eliminarea 0Ω din R10 și potrivirea lui R9, acum putem accesa U3 pe lângă flash-ul pe cip. Pentru a profita pe deplintagDin această caracteristică, unde avem două dispozitive de memorie externe, astfel încât părțile RP2350 fără flash să poată beneficia, cea mai mare dintre cele două plăci Minimal, pentru RP2350B, include o amprentă opțională (U4) pentru un cip de memorie suplimentar.

Figura 9. Secțiune schematică care arată dispozitivul de memorie secundar opțional

Pentru a putea folosi acest dispozitiv, evident va trebui să fie populat, precum și R11 (0Ω) și R13 (10KΩ). Adăugarea lui R11 conectează GPIO0 (semnalul XIP_CS1n) la selectarea cipului a doua memorie. Puls-up-ul de pe pinul de selectare a cipului este cu siguranță necesar de această dată, deoarece starea implicită a GPIO0 trebuie să fie redusă la pornire, ceea ce ar duce la defectarea dispozitivului nostru flash. C22 ar fi, de asemenea, necesar pentru a asigura decuplarea alimentării locale pentru U4.

Chip-uri flash acceptate
Secvența inițială a sondei flash, utilizată de partea de jos pentru a extrage secundatage din flash, folosește o comandă de citire serial 03h, cu adresare pe 24 de biți și un ceas serial de aproximativ 1MHz. Acesta parcurge în mod repetat cele patru combinații de polaritate a ceasului și faza de ceas, căutând o secundă validă.tage suma de control CRC32.
Ca al doilea stagEste apoi liber să configureze executarea pe loc folosind aceeași comandă de citire în serie 03h, RP2350 poate efectua executarea flash în cache cu orice cip care acceptă citirea în serie 03h cu adresare pe 24 de biți, care include majoritatea dispozitivelor flash din seria 25 . SDK-ul oferă un example secunda stage pentru CPOL=0 CPHA=0, at https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Pentru a sprijini programarea flash folosind rutinele din partea de jos, dispozitivul trebuie să răspundă și la următoarele comenzi:

02h program de pagină de 256 de octeți
05h citire registru de stare
06h setați blocarea de activare a scrierii

20h ștergere sector 4kB

RP2350 acceptă, de asemenea, o mare varietate de moduri de acces dual-SPI și QSPI. De example, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S configurează un dispozitiv din seria Winbond W25Q pentru modul de citire continuă quad-IO, unde RP2350 trimite adrese quad-IO (fără un prefix de comandă) și flash-ul răspunde cu date quad-IO.

Este necesară prudență cu modurile flash XIP în care dispozitivul flash nu mai răspunde la comenzile seriale standard, cum ar fi modul de citire continuă Winbond menționat mai sus. Acest lucru poate cauza probleme atunci când RP2350 este resetat, dar dispozitivul flash nu este oprit, deoarece blițul nu va răspunde la secvența sondei flash a bootrom-ului. Înainte de a emite citirea serial 03h, bootrom-ul emite întotdeauna următoarea secvență fixă, care este o secvență de cel mai bun efort pentru întreruperea XIP pe o serie de dispozitive flash:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (prin derulare în jos pentru a evita disputa), emite ×32 de ceasuri
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (prin trageri pentru a evita disputa), emite ×32 ceasuri
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (controlat low-Z, toate celelalte I/O Hi-Z), emite x16 ceasuri

Dacă dispozitivul ales de dvs. nu răspunde la această secvență atunci când se află în modul de citire continuă, atunci trebuie menținut într-o stare în care fiecare transfer este prefixat de o comandă serială, altfel RP2350 nu se va putea recupera după o resetare internă.
Pentru mai multe detalii despre QSPI, consultați QSPI Memory Interface (QMI) în fișa de date RP2350.

Capitolul 4. Oscilator de cristal

Figura 10. Secțiune schematică care arată oscilatorul cu cristal și condensatorii de sarcină

Strict vorbind, RP2350 nu necesită de fapt o sursă externă de ceas, deoarece are propriul oscilator intern. Cu toate acestea, deoarece frecvența acestui oscilator intern nu este bine definită sau controlată, variind de la cip la cip, precum și cu volumul de alimentare diferittage și temperaturi, se recomandă utilizarea unei surse de frecvență externă stabilă. Aplicațiile care se bazează pe frecvențe exacte nu sunt posibile fără o sursă externă de frecvență, USB fiind un prim example.
Furnizarea unei surse de frecvență externă se poate face în unul din două moduri: fie prin furnizarea unei surse de ceas cu o ieșire CMOS (undă pătrată de vol IOVDDtage) în pinul XIN sau prin utilizarea unui cristal de 12 MHz conectat între ele
XIN și XOUT. Utilizarea unui cristal este opțiunea preferată aici, deoarece ambele sunt relativ ieftine și foarte precise.

Cristalul ales pentru acest design este un ABM8-272-T3 (Y1 în Figura 10). Acesta este același cristal de 12 MHz folosit pe Raspberry Pi Pico și Raspberry Pi Pico 2. Vă recomandăm cu căldură să utilizați acest cristal împreună cu circuitele însoțitoare pentru a vă asigura că ceasul pornește rapid în toate condițiile, fără a deteriora cristalul în sine. Cristalul are o toleranță de frecvență de 30 ppm, care ar trebui să fie suficient de bună pentru majoritatea aplicațiilor. Împreună cu o toleranță de frecvență de +/-30ppm, are o ESR maximă de 50Ω și o capacitate de sarcină de 10pF, ambele având o influență asupra alegerii componentelor însoțitoare.
Pentru ca un cristal să oscileze la frecvența dorită, producătorul specifică capacitatea de sarcină de care are nevoie pentru a face acest lucru și, în acest caz, este de 10pF. Această capacitate de sarcină se realizează prin plasarea a doi condensatoare de valoare egală, câte unul pe fiecare parte a cristalului la masă (C3 și C4). Din punctul de vedere al cristalului view, acești condensatori sunt conectați în serie între cele două terminale ale sale. Teoria de bază a circuitelor ne spune că se combină pentru a da o capacitate de (C3*C4)/(C3+C4), iar ca C3=C4, atunci este pur și simplu C3/2. În acest example, am folosit condensatori de 15pF, deci combinația de serie este de 7.5pF. Pe lângă această capacitate de sarcină intenționată, trebuie să adăugăm și o valoare pentru capacitatea suplimentară neintenționată, sau capacitatea parazită, pe care o obținem de la pistele PCB și pinii XIN și XOUT ai RP2350. Vom presupune o valoare de 3pF pentru aceasta și, deoarece această capacitate este în paralel cu C3 și C4, pur și simplu adăugăm aceasta pentru a ne oferi o capacitate totală de încărcare de 10.5pF, care este suficient de aproape de ținta de 10pF. După cum puteți vedea, capacitatea parazitară a urmelor PCB este un factor și, prin urmare, trebuie să le menținem mici, astfel încât să nu deranjam cristalul și să-l oprim să oscileze conform intenției. Încercați să păstrați aspectul cât mai scurt posibil.
A doua considerație este ESR maximă (rezistență în serie echivalentă) a cristalului. Am optat pentru un dispozitiv cu maxim 50Ω, deoarece am constatat că acesta, împreună cu un rezistor în serie de 1kΩ (R2), este o valoare bună pentru a preveni supraîncărcarea și deteriorarea cristalului la utilizarea unui IOVDD. nivel de 3.3V. Cu toate acestea, dacă IOVDD este mai mic de 3.3 V, atunci curentul de acționare al pinii XIN/XOUT este redus și veți descoperi că amplititudinea cristalului este mai mică sau poate nici măcar să nu oscileze deloc. În acest caz, va trebui utilizată o valoare mai mică a rezistenței în serie. Orice abatere de la circuitul de cristal prezentat aici, sau cu un nivel IOVDD altul decât 3.3 V, va necesita testare extinsă pentru a se asigura că cristalul oscilează în toate condițiile și pornește suficient de repede pentru a nu cauza probleme aplicației dvs.

Cristal recomandat

Pentru modele originale folosind RP2350, vă recomandăm să utilizați Abracon ABM8-272-T3. De example, pe langa designul minimal example, consultați schema plăcii Pico 2 din Anexa B a fișei de date Raspberry Pi Pico 2 și designul Pico 2 files.
Pentru cea mai bună performanță și stabilitate în intervalele tipice de temperatură de funcționare, utilizați Abracon ABM8-272-T3. Puteți procura ABM8-272-T3 direct de la Abracon sau de la un reseller autorizat. Pico 2 a fost reglat special pentru ABM8-272-T3, care are următoarele specificații:

Chiar dacă utilizați un cristal cu specificații similare, va trebui să testați circuitul pe o gamă de temperaturi pentru a asigura stabilitatea.
Oscilatorul cu cristal este alimentat de la IOVDD voltage. Ca rezultat, cristalul Abracon și acel anume dampRezistoarele sunt reglate pentru funcționare la 3.3 V. Dacă utilizați un alt IO voltage, va trebui să reglați din nou.
Orice modificare a parametrilor cristalului riscă instabilitate între toate componentele conectate la circuitul de cristal.

Dacă nu puteți obține cristalul recomandat direct de la Abracon sau un reseller, contactați applications@raspberrypi.com.

Capitolul 5. OI

USB
Figura 11. Secțiune schematică care arată pinii USB ai RP2350 și terminarea seriei

RP2350 oferă doi pini pentru a fi utilizați pentru USB de viteză maximă (FS) sau de viteză mică (LS), fie ca gazdă, fie ca dispozitiv, în funcție de software-ul utilizat. După cum am discutat deja, RP2350 poate porni și ca dispozitiv de stocare în masă USB, așa că conectarea acestor pini la conectorul USB (J1 în Figura 5) are sens. Pinii USB_DP și USB_DM de pe RP2350 nu necesită pull-up-uri sau pull-down-uri suplimentare (necesare pentru a indica viteza, FS sau LS, sau dacă este o gazdă sau un dispozitiv), deoarece acestea sunt încorporate în I/O-uri. Cu toate acestea, aceste I/O necesită rezistențe de terminare în serie de 27Ω (R7 și R8 în Figura 11), plasate aproape de cip, pentru a îndeplini specificația de impedanță USB.
Chiar dacă RP2350 este limitat la viteza maximă de date (12 Mbps), ar trebui să încercăm să ne asigurăm că impedanța caracteristică a liniilor de transmisie (căile de cupru care conectează cipul la conector) sunt aproape de
Specificație USB de 90Ω (măsurată diferențial). Pe o placă de 1 mm grosime ca aceasta, dacă folosim piste de 0.8 mm lățime pe USB_DP și USB_DM, cu un spațiu de 0.15 mm între ele, ar trebui să obținem o impedanță caracteristică diferențială de aproximativ 90Ω. Acest lucru este pentru a se asigura că semnalele pot călători de-a lungul acestor linii de transmisie cât mai curat posibil, minimizând volumultage reflexii care pot reduce integritatea semnalului. Pentru ca aceste linii de transmisie să funcționeze corect, trebuie să ne asigurăm că direct sub aceste linii este un pământ. O zonă solidă, neîntreruptă de cupru măcinat, care se întinde pe toată lungimea pistei. Pe acest design, aproape întregul strat de cupru inferior este dedicat pământului și s-a acordat o grijă deosebită pentru a se asigura că pistele USB nu trec decât pe pământ. Dacă se alege un PCB mai gros de 1 mm pentru construcția dvs., atunci avem două opțiuni. Am putea reproiecta liniile de transmisie USB pentru a compensa distanța mai mare dintre pistă și sol de dedesubt (care ar putea fi o imposibilitate fizică) sau am putea să o ignorăm și să sperăm că este mai bine. USB FS poate fi destul de îngăduitor, dar kilometrajul dvs. poate varia. Este probabil să funcționeze în multe aplicații, dar probabil că nu va fi compatibil cu standardul USB.

Antete I/O

Figura 12. Secțiune schematică care arată anteturile I/O de 2.54 mm ale versiunii QFN60

În plus față de conectorul USB deja menționat, există o pereche de header-uri cu două rânduri de 2.54 mm (J2 și J3 în Figura 12), câte unul pe fiecare parte a plăcii, la care au fost conectate restul I/O-urilor. Există 30 GPIO pe RP2350A, în timp ce există 48 GPIO pe RP2350B, astfel încât anteturile de pe această versiune a plăcii Minimal sunt mai mari pentru a permite pinii suplimentari (vezi Figura 13).
Deoarece acesta este un design de uz general, fără o aplicație specială în minte, I/O-urile au fost puse la dispoziție pentru a fi conectate după cum dorește utilizatorul. Rândul interior de pini de pe fiecare antet sunt I/O-urile, iar rândul exterior sunt toate conectate la masă. Este o practică bună să includeți multe motive pentru conectorii I/O. Acest lucru ajută la menținerea unui pământ cu impedanță scăzută și, de asemenea, la furnizarea de o mulțime de potențiale căi de întoarcere pentru curenții care călătoresc către și dinspre
Conexiuni I/O. Acest lucru este important pentru a minimiza interferențele electromagnetice care pot fi cauzate de curenții de întoarcere ai semnalelor de comutare rapidă care au trasee lungi, în buclă, pentru a finaliza circuitul.

Ambele anteturi sunt pe aceeași grilă de 2.54 mm, ceea ce face conectarea acestei plăci la alte lucruri, cum ar fi plăcile de breadboard, mai ușoară. S-ar putea să doriți să luați în considerare montarea doar a unui antet cu un singur rând în loc de antetul cu două rânduri, renunțând la rândul exterior de conexiuni de masă, pentru a fi mai convenabil să se potrivească pe o placă.

Figura 13. Secțiune schematică care arată anteturile I/O de 2.54 mm ale versiunii QFN80

Depanare conector

Figura 14. Secțiune schematică care arată conectorul JST opțional pentru depanarea SWD

Pentru depanarea pe cip, poate doriți să vă conectați la interfața SWD a RP2350. Cei doi pini, SWD și SWCLK, sunt disponibili pe antetul de 2.54 mm, J3, pentru a permite conectarea cu ușurință a sondei de depanare la alegere. În plus, am inclus un antet JST opțional, care permite o conexiune ușoară la Raspberry Pi Debug Probe. Nu trebuie să utilizați acest lucru, anteturile de 2.54 mm vor fi suficiente dacă intenționați să depanați software-ul, dar mi se pare mai convenabil să faceți acest lucru. Am ales un conector orizontal, mai ales pentru că îmi place aspectul lui, chiar dacă nu este pe marginea plăcii, dar sunt disponibile și verticali, deși cu o amprentă puțin diferită.

Butoane
Designul Minimal conține acum nu unul, ci două butoane, unde versiunea RP240 nu avea niciunul. Unul este pentru selecția de pornire USB, așa cum am discutat anterior, dar al doilea este un buton de „resetare”, conectat la pinul RUN. Niciunul dintre acestea nu este strict necesar (deși butonul BOOTSEL ar trebui înlocuit cu un antet sau similar dacă era necesar modul de pornire USB) și poate fi eliminat dacă spațiul sau costul este o problemă, dar cu siguranță fac utilizarea RP2350 mult experiență mai plăcută.

Anexa A: Schema completă - versiunea RP2350A

Figura 15. Schema completă a designului minim pentru RP2350A

Anexa B: Schema completă - versiunea RP2350B

Figura 16. Schema completă a designului minim pentru RP2350B

Anexa H: Istoricul lansării documentației

8 august 2024
Lansare inițială.

eu Raspberry Pi
Raspberry Pi este o marcă comercială a Raspberry Pi Ltd
Raspberry Pi Ltd

Documente/Resurse

Microcontroler Raspberry Pi SC1631 Raspberry [pdfManual de instrucțiuni
SC1631 Raspberry Microcontroller, SC1631, Raspberry Microcontroller, Microcontroller

Referințe

Manual de utilizare

Microcontroler Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Instrucțiuni de utilizare a produsului