Raspberry Pi SC1631 Руководство по эксплуатации микроконтроллера Raspberry

Глава 1: Введение
Серия RP2350 предлагает различные варианты корпусов по сравнению с серией RP2040. RP2350A и RP2354A поставляются в корпусе QFN-60 без и с внутренней флэш-памятью соответственно, в то время как RP2354B и RP2350B поставляются в корпусе QFN-80 с флэш-памятью и без нее.

Глава 2: Власть
Серия RP2350 оснащена новым встроенным коммутаторомtagРегулятор e с пятью контактами. Этот регулятор требует внешних компонентов для работы, но обеспечивает более высокую энергоэффективность при более высоких токах нагрузки по сравнению с линейным регулятором серии RP2040. Обратите внимание на чувствительность к шуму на выводе VREG_AVDD, который питает аналоговую схему.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

В: В чем основное отличие RP2350A от RP2350B?
A: Главное отличие заключается в наличии внутренней флеш-памяти. У RP2350A нет внутренней флеш-памяти, а у RP2350B она есть.
В: Сколько контактов у регулятора громкости?tagрегулятор в серии RP2350 есть?
A: ТомtagРегулятор серии RP2350 имеет пять контактов.

Проектирование оборудования с использованием RP2350 Использование микроконтроллеров RP2350 для создания плат и продуктов

Колофон

Эта документация лицензирована в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). Дата сборки: 2024-08-08 Версия сборки: c0acc5b-clean
Юридическое уведомление об отказе от ответственности

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ И ДАННЫЕ О НАДЕЖНОСТИ ПРОДУКТОВ RASPBERRY PI (ВКЛЮЧАЯ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПАСПОРТА) С ИЗМЕНЕНИЯМИ ВРЕМЯ ОТ ВРЕМЕНИ («РЕСУРСЫ») ПРЕДОСТАВЛЯЮТСЯ RASPBERRY PI LTD («RPL») «КАК ЕСТЬ» И ЛЮБЫЕ ЯВНЫЕ ИЛИ ПОДРАЗУМЕВАЕМЫЕ ГАРАНТИИ, ВКЛЮЧАЯ, НО НЕ ОГРАНИЧИВАЯСЬ, ПОДРАЗУМЕВАЕМЫЕ ГАРАНТИИ ТОВАРНОЙ ПРИГОДНОСТИ И ПРИГОДНОСТИ ДЛЯ КОНКРЕТНОЙ ЦЕЛИ, ОТКАЗЫВАЮТСЯ. В МАКСИМАЛЬНОМ ОБЪЕМЕ, РАЗРЕШЕННОМ ПРИМЕНИМЫМ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВОМ, RPL НИ ПРИ КАКИХ ОБСТОЯТЕЛЬСТВАХ НЕ НЕСЕТ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ЗА ЛЮБЫЕ ПРЯМЫЕ, КОСВЕННЫЕ, СЛУЧАЙНЫЕ, СПЕЦИАЛЬНЫЕ, ШТРАФНЫЕ ИЛИ КОСВЕННЫЕ УБЫТКИ (ВКЛЮЧАЯ, НО НЕ ОГРАНИЧИВАЯСЬ, ЗАКУПКУ ЗАМЕНЯЮЩИХ ТОВАРОВ ИЛИ УСЛУГ; ПОТЕРЮ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ, ДАННЫХ ИЛИ ПРИБЫЛИ; ИЛИ ПЕРЕРЫВ В ДЕЯТЕЛЬНОСТИ), КАКИМ БЫ ТО НИ БЫЛО ПРИЧИНОЙ И ПО ЛЮБОЙ ТЕОРИИ ОТВЕТСТВЕННОСТИ, БУДЬ ТО ПО КОНТРАКТУ, СТРОГОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТИ ИЛИ ДЕЛИКТУ (ВКЛЮЧАЯ ХАЛАТНОСТЬ ИЛИ ИНОЕ), ВОЗНИКАЮЩИЕ ЛЮБЫМ ОБРАЗОМ В РЕЗУЛЬТАТЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕСУРСОВ, ДАЖЕ ЕСЛИ БЫЛО ИЗВЕСТНО О ВОЗМОЖНОСТИ ТАКОГО УЩЕРБА.
RPL оставляет за собой право вносить любые улучшения, усовершенствования, исправления или любые другие изменения в РЕСУРСЫ или любые продукты, описанные в них, в любое время и без дополнительного уведомления.
РЕСУРСЫ предназначены для опытных пользователей с соответствующим уровнем знаний в области дизайна. Пользователи несут исключительную ответственность за свой выбор и использование РЕСУРСОВ и любое применение описанных в них продуктов. Пользователь соглашается возместить и оградить RPL от всех обязательств, расходов, убытков или других потерь, возникающих в результате использования ими РЕСУРСОВ.

RPL предоставляет пользователям разрешение на использование РЕСУРСОВ исключительно в сочетании с продуктами Raspberry Pi. Любое другое использование РЕСУРСОВ запрещено. Никакая лицензия не предоставляется на любые другие RPL или другие права интеллектуальной собственности третьих лиц.
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ С ВЫСОКИМ РИСКОМ. Изделия Raspberry Pi не спроектированы, не изготовлены и не предназначены для использования в опасных средах, требующих безотказной работы, например, при эксплуатации ядерных установок, систем навигации или связи воздушных судов, управления воздушным движением, систем вооружения или критически важных для безопасности приложений (включая системы жизнеобеспечения и другие медицинские устройства), в которых отказ изделий может привести непосредственно к смерти, травмам или серьезному физическому или экологическому ущербу («Деятельность с высоким риском»). RPL специально отказывается от любых явных или подразумеваемых гарантий пригодности для Деятельности с высоким риском и не несет ответственности за использование или включение изделий Raspberry Pi в Деятельность с высоким риском.

Продукты Raspberry Pi предоставляются в соответствии со Стандартными условиями RPL. Предоставление RPL РЕСУРСОВ не расширяет и не изменяет иным образом Стандартные условия RPL, включая, помимо прочего, отказы от ответственности и гарантии, выраженные в них.

Глава 1. Введение

Рисунок 1. KiCad 3D-рендеринг RP2350A Минимальная конструкция example

Когда мы впервые представили Raspberry Pi RP2040, мы также выпустили версию с «минимальным» дизайномample и сопутствующее руководство Проектирование оборудования с RP2040, в котором, как мы надеемся, объясняется, как RP2040 может использоваться в простой печатной плате, и почему были сделаны различные выборы компонентов. С появлением серии RP235x пришло время пересмотреть оригинальный минимальный дизайн RP2040 и обновить его с учетом новых функций, а также для каждого из вариантов корпуса; RP2350A с корпусом QFN-60 и RP2350B, который является QFN-80. Опять же, эти проекты находятся в формате Kicad (7.0) и доступны для загрузки (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Минимальная доска
Оригинальная плата Minimal была попыткой предоставить простой референсный дизайн, используя минимум внешних компонентов, необходимых для работы RP2040, и при этом все IO были открыты и доступны. По сути, это состояло из источника питания (линейный регулятор 5 В - 3.3 В), кварцевого генератора, флэш-памяти и соединений IO (гнездо micro USB и разъемы GPIO). Новые платы Minimal серии RP235x в основном такие же, но с некоторыми изменениями, необходимыми из-за нового оборудования. В дополнение к этому, и несмотря на то, что это несколько противоречит минимальной природе дизайна, я добавил пару кнопок для bootsel и run вместе с отдельным разъемом SWD, что должно означать на этот раз значительно менее разочаровывающий опыт отладки. Строго говоря, конструкции не нуждаются в этих кнопках, сигналы по-прежнему доступны на разъемах, и их можно опустить, если вы особенно обеспокоены стоимостью или пространством или имеете мазохистские наклонности.

Серия RP2040 против RP235x
Наиболее очевидные изменения произошли в корпусах. В то время как RP2040 представляет собой 7x7 мм QFN-56, серия RP235x в настоящее время состоит из четырех различных членов. Есть два устройства, которые имеют один и тот же корпус QFN-60: RP2350A, который не содержит внутреннюю флэш-память, и RP2354A, который ее содержит. Аналогично, QFN-80 также поставляется в двух вариантах: RP2354B со флэш-памятью и RP2350B без нее. Устройства QFN-60 и оригинальный RP2040 имеют общее наследиеtage.

Каждая из них имеет 30 GPIO, четыре из которых также подключены к АЦП, и имеет размер 7x7 мм. Несмотря на это, RP2350A не является прямой заменой RP2040, поскольку количество контактов на каждой из них отличается. Напротив, чипы QFN-80 теперь имеют 48 GPIO, и восемь из них теперь поддерживают АЦП. Благодаря этому у нас теперь есть две платы Minimal: одна для устройств с 60 контактами и одна для 80. Эти платы Minimal в первую очередь предназначены для деталей без внутренней флэш-памяти (RP2350), однако конструкции можно легко использовать с внутренними флэш-устройствами (RP2354), просто исключив встроенную флэш-память или даже используя ее в качестве вторичного флэш-устройства (подробнее об этом позже). Между двумя платами мало различий, за исключением того факта, что версия QFN-80 имеет более длинные ряды разъемов для размещения дополнительных GPIO, и поэтому плата больше.

Помимо корпуса, самое большое различие на уровне платы между сериями RP235x и RP2040 — это блоки питания. Серия RP235x имеет несколько новых контактов питания и другой внутренний регулятор. Линейный регулятор 100 мА RP2040 был заменен на импульсный регулятор 200 мА, и, как таковой, он требует некоторых очень специфических схем и немалого внимания к компоновке. Настоятельно рекомендуется внимательно следить за нашей компоновкой и выбором компонентов; мы уже прошли через боль, связанную с необходимостью сделать несколько итераций дизайна, так что, надеемся, вам этого не придется.

Рисунок 2. KiCad 3D-рендеринг RP2350B Минимальная конструкция example

Дизайн
Цель минималистичного дизайнаamples — создать пару простых плат с использованием серии RP235x, которые должны быть дешевыми и простыми в изготовлении, без использования ненужных экзотических технологий печатных плат. Таким образом, платы Minimal имеют двухслойную конструкцию, в которой используются общедоступные компоненты, и все они смонтированы на верхней стороне платы. Хотя было бы неплохо использовать крупные, легко паяемые вручную компоненты, малый шаг чипов QFN (2 мм) означает, что использование некоторых пассивных компонентов 0.4 (метрика 0402) неизбежно, если будут использоваться все GPIO. Хотя ручная пайка компонентов 1005 не слишком сложна с хорошим паяльником, спаять QFN без специального оборудования практически невозможно.

В следующих нескольких разделах я попытаюсь объяснить, для чего нужна дополнительная схема, и, надеюсь, как мы пришли к такому выбору. Поскольку я на самом деле буду говорить о двух отдельных конструкциях, по одной для каждого размера корпуса, я постарался сделать все максимально просто. Насколько это возможно, все обозначения компонентов для двух плат идентичны, поэтому если я ссылаюсь на U1, R1 и т. д., то это в равной степени относится к обеим платам. Очевидным исключением является случай, когда компонент находится только на одной из плат (во всех случаях это будет вариант с большим 80 выводами), тогда рассматриваемый компонент будет только на конструкции QFN-80; напримерample, R13 появляется только на этой доске.

Глава 2. Власть

Блоки питания серий RP235x и RP2040 на этот раз несколько отличаются, хотя в своей простейшей конфигурации им по-прежнему требуются два источника питания, 3.3 В и 1.1 В. Серия RP235x одновременно более прожорлива, поскольку она более производительна, и также более экономна (в состоянии низкого энергопотребления), чем ее предшественник, поэтому линейный регулятор на RP2040 был модернизирован с помощью импульсного регулятора. Это позволяет нам повысить энергоэффективность при более высоких токах (до 200 мА по сравнению с 100 мА ранее).

Новый том на чипеtagэлектронный регулятор

Рисунок 3. Схематическое изображение внутренней цепи регулятора.

Линейный регулятор RP2040 имел два контакта, вход 3.3 В и выход 1.1 В для питания DVDD на чипе. На этот раз регулятор серии RP235x имеет пять контактов и требует некоторых внешних компонентов для своей работы. Хотя это кажется небольшим шагом назад с точки зрения удобства использования, импульсный регулятор имеет преимуществоtagе. большей энергоэффективности при более высоких токах нагрузки.

Как следует из названия, регулятор быстро включает и выключает внутренний транзистор, соединяющий входное напряжение 3.3 В.tage (VREG_VIN) к выводу VREG_LX, и с помощью индуктора (L1) и выходного конденсатора (C7) он может создать выходной постоянный токtage, который был понижен от входа. Вывод VREG_FB контролирует выходную громкостьtagе, и регулирует соотношение включения/выключения цикла переключения, чтобы гарантировать, что требуемый объемtage сохраняется. Поскольку большие токи переключаются с VREG_VIN на VREG_LX, требуется большой конденсатор (C6) близко к входу, чтобы мы не слишком сильно нарушали питание 3.3 В. Говоря об этих больших токах переключения, регулятор также имеет собственное соединение возврата заземления, VREG_PGND. Аналогично с VREG_VIN и VREG_LX, расположение этого соединения имеет решающее значение, и хотя VREG_PGND должен подключаться к основному GND, это должно быть сделано таким образом, чтобы все большие токи переключения возвращались непосредственно на вывод PGND, не слишком нарушая остальную часть GND.

Последний вывод — VREG_AVDD, который питает аналоговую схему регулятора, а она очень чувствительна к шуму.

Рисунок 4. Схематический разрез, показывающий компоновку печатной платы регулятора

Компоновка регулятора на минимальных платах очень похожа на Raspberry Pi Pico 2. В разработку этой схемы вложено много работы, и для того, чтобы сделать ее настолько хорошей, насколько это возможно, потребовалось множество итераций печатной платы. Хотя вы можете разместить эти компоненты различными способами и все равно заставить регулятор «работать» (т. е. производить выходной voltagе примерно на правильном уровне, достаточно хорошем для запуска кода), мы обнаружили, что с нашим регулятором нужно обращаться совершенно правильно, чтобы он был доволен, а под довольным я подразумеваю создание правильного выходного объемаtagе в диапазоне условий тока нагрузки.
Проводя наши эксперименты над этим, мы были несколько разочарованы, когда нам напомнили, что неудобный мир физики не всегда можно игнорировать. Мы, как инженеры, в основном пытаемся делать именно это: упрощаем компоненты, игнорируем (часто) незначительные физические свойства и вместо этого сосредотачиваемся на свойстве, которое нас интересует. Напримерample, простой резистор имеет не только сопротивление, но и индуктивность и т. д. В нашем случае мы (повторно) открыли, что индукторы имеют магнитное поле, связанное с ними, и, что важно, излучают в направлении, зависящем от того, в какую сторону намотана катушка, и направления потока тока. Нам также напомнили, что «полностью» экранированный индуктор не означает то, что вы думаете. Магнитное поле в значительной степени ослабляется, но часть все равно выходит. Мы обнаружили, что производительность регулятора может быть значительно улучшена, если индуктор будет «правильно установлен».
Оказывается, магнитное поле, испускаемое индуктором «неправильного направления», мешает выходному конденсатору регулятора (C7), что в свою очередь нарушает работу схемы управления в RP2350. При правильной ориентации индуктора и точной компоновке и выборе компонентов, используемых здесь, эта проблема исчезает. Несомненно, будут другие компоновки, компоненты и т. д., которые могли бы работать с индуктором в любой ориентации, но они, скорее всего, будут использовать гораздо больше места на печатной плате для этого. Мы предоставили эту рекомендуемую компоновку, чтобы сэкономить людям много инженерных часов, которые мы потратили на разработку и усовершенствование этого компактного и хорошо работающего решения.
Более того, мы заходим так далеко, что говорим, что если вы решите не использовать наш бывшийample, то вы делаете это на свой страх и риск. Так же, как мы уже делаем с RP2040 и кристаллической схемой, где мы настаиваем (ну, настоятельно рекомендуем) использовать определенную часть (мы сделаем это снова в разделе кристалла этого документа).
Направленность этих небольших индукторов практически повсеместно игнорируется, а ориентацию обмотки катушки невозможно определить, а также они хаотично распределены по катушке с компонентами. На корпусах индукторов большего размера часто можно найти маркировку полярности, однако мы не смогли найти подходящих в выбранном нами размере корпуса 0806 (метрика 2016 года). С этой целью мы работали с Abracon, чтобы изготовить деталь 3.3 мкГн с точкой для указания полярности, и, что важно, чтобы они поставлялись на катушке, где все они были выровнены одинаково. TBD доступны (или будут доступны очень скоро) широкой публике от дистрибьюторов. Как упоминалось ранее, источник питания VREG_AVDD очень чувствителен к шуму и, следовательно, должен быть отфильтрован. Мы обнаружили, что, поскольку VREG_AVDD потребляет всего около 200 мкА, достаточно RC-фильтра 33 Ом и 4.7 мкФ.
Итак, подведем итоги: используемые компоненты будут…
- C6, C7 и C9 – 4.7 мкФ (0402, 1005 метрические)
- L1 – Abracon TBD (0806, метрика 2016 г.)
- R3 – 33 Ом (0402, 1005 метрический)
Более подробное обсуждение рекомендаций по компоновке регулятора приведено в техническом описании RP2350. См. разделы «Внешние компоненты и требования к компоновке печатной платы».

Входное питание

Входное питание для этой конструкции подключается через контакт 5 В VBUS разъема Micro-USB (обозначен J1 на рисунке 5). Это распространенный метод питания электронных устройств, и он имеет смысл здесь, поскольку RP2350 имеет функциональность USB, которую мы будем подключать к контактам данных этого разъема. Поскольку для этой конструкции нам нужно всего 3.3 В (питание 1.1 В поступает от внутреннего источника), нам нужно понизить входящее питание USB 5 В, в данном случае, используя другой, внешний вольтажtage-регулятор, в данном случае линейный регулятор (он же регулятор с низким падением напряжения, или LDO). Ранее восхваляя достоинства эффективного импульсного регулятора, было бы разумно использовать его и здесь, но я выбрал простоту. Во-первых, использовать LDO почти всегда проще. Не требуется никаких расчетов, чтобы выяснить, какой размер индуктора следует использовать или насколько велики выходные конденсаторы, и компоновка обычно намного проще. Во-вторых, экономия каждой капли мощности здесь не является целью; если бы это было так, я бы серьезно рассмотрел использование импульсного регулятора, и вы можете найти example сделать это на Raspberry Pi Pico 2. И в-третьих, я могу просто «позаимствовать» схему, которую я ранее использовал на версии RP2040 платы Minimal. NCP1117 (U2), выбранный здесь, имеет фиксированный выход 3.3 В, широко доступен и может обеспечить ток до 1 А, чего будет достаточно для большинства конструкций. Взгляд на техническое описание NCP1117 показывает нам, что для этого устройства требуется конденсатор емкостью 10 мкФ на входе и еще один на выходе (C1 и C5).

Разделительные конденсаторы

Рисунок 6. Схематический разрез, показывающий входы питания RP2350, об.tagэлектронные регуляторы и развязывающие конденсаторы

Другим аспектом конструкции блока питания являются развязывающие конденсаторы, необходимые для RP2350. Они выполняют две основные функции. Во-первых, они отфильтровывают шумы блока питания, а во-вторых, обеспечивают локальный источник заряда, который схемы внутри RP2350 могут использовать в короткие сроки. Это предотвращает voltage уровень в непосредственной близости от слишком сильного падения при внезапном увеличении текущего спроса. По этой причине важно размещать развязку близко к выводам питания. Обычно мы рекомендуем использовать конденсатор емкостью 100 нФ на вывод питания, однако в нескольких случаях мы отклоняемся от этого правила.

Рисунок 7. Часть макета, показывающая маршрутизацию и развязку RP2350

Во-первых, чтобы иметь достаточно места для всех выводов чипа, которые можно было бы вывести из устройства, нам придется пойти на компромисс с количеством развязывающих конденсаторов, которые мы можем использовать. В этой конструкции выводы 53 и 54 RP2350A (выводы 68 и 69 RP2350B) совместно используют один конденсатор (C12 на Рисунке 7 и Рисунке 6), поскольку на этой стороне устройства не так много места, а компоненты и компоновка регулятора имеют приоритет.
Этот недостаток пространства можно было бы несколько преодолеть, если бы мы использовали более сложную/дорогую технологию, например, более мелкие компоненты или четырехслойную печатную плату с компонентами как на верхней, так и на нижней стороне. Это компромисс в дизайне; мы снизили сложность и стоимость за счет меньшей емкости развязки и конденсаторов, которые находятся немного дальше от чипа, чем оптимально (это увеличивает индуктивность). Это может иметь эффект ограничения максимальной скорости, на которой может работать конструкция, так как объемtagподача может стать слишком шумной и упасть ниже минимально допустимого объемаtagе; но для большинства приложений этот компромисс должен быть приемлемым.

Другое отклонение от правила 100 нФ заключается в том, что мы можем еще больше улучшить объемtagпроизводительность регулятора; мы рекомендуем использовать 4.7 мкФ для C10, который размещается с другой стороны чипа от регулятора.

Глава 3. Флэш-память

Первичная вспышка

Рисунок 8. Схематический разрез, показывающий основную флэш-память и схему USB_BOOT

Чтобы иметь возможность хранить программный код, с которого RP2350 может загружаться и работать, нам нужно использовать флэш-память, а именно флэш-память quad SPI. Выбранное здесь устройство — это устройство W25Q128JVS (U3 на рисунке 8), представляющее собой чип емкостью 128 Мбит (16 МБ). Это наибольший размер памяти, который может поддерживать RP2350. Если вашему конкретному приложению не требуется так много памяти, то вместо этого можно использовать меньшую и более дешевую память.
Поскольку эта шина данных может быть довольно высокочастотной и регулярно используется, выводы QSPI RP2350 должны быть подключены напрямую к флэш-памяти, используя короткие соединения для поддержания целостности сигнала, а также для уменьшения перекрестных помех в окружающих цепях. Перекрестные помехи возникают, когда сигналы в одной цепи могут вызывать нежелательныеtagна соседнем контуре, что может привести к возникновению ошибок.

Сигнал QSPI_SS — это особый случай. Он напрямую подключен к флэш-памяти, но к нему также подключены два резистора (точнее, четыре, но об этом позже). Первый (R1) — это подтягивающий резистор к источнику питания 3.3 В. Для флэш-памяти требуется, чтобы вход выбора чипа был на том же уровне громкостиtage как свой собственный вывод питания 3.3 В при включении устройства, в противном случае он не будет работать правильно. При включении RP2350 его вывод QSPI_SS автоматически по умолчанию перейдет в состояние подтяжки, но есть короткий период времени во время включения, когда состояние вывода QSPI_SS не может быть гарантировано. Добавление подтягивающего резистора гарантирует, что это требование всегда будет выполняться. R1 помечен на схеме как DNF (Do Not Fit), поскольку мы обнаружили, что с этим конкретным устройством флэш-памяти внешний подтягивающий резистор не нужен. Однако, если используется другая флэш-память, может стать важным иметь возможность вставить сюда резистор 10 кОм, поэтому он был включен на всякий случай.
Второй резистор (R6) — это резистор сопротивлением 1 кОм, подключенный к кнопке (SW1) с надписью «USB_BOOT». Это связано с тем, что вывод QSPI_SS используется в качестве «загрузочного ремня»; RP2350 проверяет значение этого ввода-вывода во время последовательности загрузки, и если оно оказывается логическим 0, то RP2350 возвращается в режим BOOTSEL, в котором RP2350 представляет себя как USB-накопитель, и код может быть скопирован непосредственно на него. Если мы просто нажмем кнопку, мы подтянем вывод QSPI_SS к земле, и если устройство затем будет сброшено (например, путем переключения вывода RUN), RP2350 перезапустится в режиме BOOTSEL вместо того, чтобы пытаться запустить содержимое флэш-памяти. Эти резисторы, R2 и R6 (также R9 и R10), должны быть размещены близко к чипу флэш-памяти, чтобы избежать дополнительных длин медных дорожек, которые могут повлиять на сигнал.
Все вышесказанное относится конкретно к RP2350, у которого нет внутренней флэш-памяти. Конечно, устройства RP2354 имеют внутреннюю флэш-память объемом 2 МБ, поэтому внешняя память U3 не требуется, поэтому U3 можно безопасно удалить из схемы или просто оставить незаполненным. В любом из этих случаев мы все равно хотели бы оставить переключатель USB_BOOT подключенным к QSPI_SS, чтобы мы могли войти в режим загрузки USB.

Вторичная флэш-память или PSRAM

Серия RP235x теперь поддерживает второе устройство памяти, использующее те же контакты QSPI, с GPIO, обеспечивающим дополнительный выбор чипа. Таким образом, если мы используем RP2354 (который имеет внутреннюю флэш-память), то мы могли бы использовать U3 в качестве вторичной флэш-памяти или даже заменить ее устройством PSRAM. Для этого нам нужно отключить QSPI_SS от U3 и вместо этого подключить его к подходящему GPIO. Ближайший GPIO, способный быть выбором чипа (XIP_CS1n), — это GPIO0, поэтому, удалив 0Ω из R10 и подключив его к R9, мы теперь можем получить доступ к U3 в дополнение к встроенной флэш-памяти. Чтобы полностью использовать advantagВ дополнение к этой функции, где у нас есть два внешних устройства памяти, чтобы части RP2350 без флэш-памяти могли воспользоваться преимуществами, большая из двух плат Minimal, для RP2350B, включает в себя опциональное посадочное место (U4) для дополнительной микросхемы памяти.

Рисунок 9. Схематическое изображение дополнительного вторичного запоминающего устройства.

Чтобы использовать это устройство, его, очевидно, придется заполнить, а также R11 (0Ω) и R13 (10KΩ). Добавление R11 подключает GPIO0 (сигнал XIP_CS1n) к выбору микросхемы второй памяти. Подтягивание на выводе выбора микросхемы определенно необходимо на этот раз, так как состояние по умолчанию GPIO0 должно быть низким при включении питания, что приведет к отказу нашего флэш-устройства. C22 также потребуется для обеспечения локальной развязки питания для U4.

Поддерживаемые флэш-чипы
Начальная последовательность пробной вспышки, используемая снизу для извлечения второго stage из флэш-памяти, использует команду последовательного чтения 03h с 24-битной адресацией и последовательным тактовым сигналом приблизительно 1 МГц. Он многократно циклически проходит через четыре комбинации полярности и фазы тактового сигнала, ища допустимую секунду stagКонтрольная сумма CRC32.
В качестве второго stage затем может свободно настраивать выполнение на месте, используя ту же команду последовательного чтения 03h, RP2350 может выполнять кэшированное флэш-выполнение на месте с любым чипом, поддерживающим последовательное чтение 03h с 24-битной адресацией, что включает в себя большинство флэш-устройств 25-й серии. SDK предоставляет example второй stagе для CPOL=0 CPHA=0, при https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Для поддержки программирования флэш-памяти с использованием процедур, приведенных в нижней части, устройство также должно реагировать на следующие команды:

02h 256-байтовая страничная программа
05h регистр состояния чтение
06h установить защелку разрешения записи

20h 4kB стирание сектора

RP2350 также поддерживает широкий спектр режимов доступа dual-SPI и QSPI. Напримерampле, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S настраивает устройство серии Winbond W25Q для режима непрерывного чтения с четырьмя вводами-выводами, в котором RP2350 отправляет адреса с четырьмя вводами-выводами (без префикса команды), а флэш-память отвечает данными с четырьмя вводами-выводами.

Необходимо соблюдать осторожность с режимами флэш-памяти XIP, в которых флэш-устройство перестает отвечать на стандартные последовательные команды, например, режим непрерывного чтения Winbond, упомянутый выше. Это может вызвать проблемы, когда RP2350 сбрасывается, но флэш-устройство не выключается и не включается, поскольку флэш-память тогда не будет отвечать на последовательность проб флэш-памяти bootrom. Перед выдачей последовательного чтения 03h bootrom всегда выдает следующую фиксированную последовательность, которая является последовательностью наилучших усилий для прекращения XIP на ряде флэш-устройств:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (через pull downs, чтобы избежать конкуренции), выдача ×32 часов
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (через подтягивания, чтобы избежать конкуренции), выдать ×32 такта
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (управляемый с низким Z, все остальные входы/выходы с высоким Z), выдача ×16 тактов

Если выбранное вами устройство не реагирует на эту последовательность в режиме непрерывного чтения, то его необходимо поддерживать в состоянии, в котором каждая передача предваряется последовательной командой, в противном случае RP2350 не сможет восстановиться после внутреннего сброса.
Более подробную информацию о QSPI см. в разделе «Интерфейс памяти QSPI (QMI)» в техническом описании RP2350.

Глава 4. Кварцевый генератор

Рисунок 10. Схематическое изображение кварцевого генератора и нагрузочных конденсаторов.

Строго говоря, RP2350 на самом деле не требует внешнего источника тактовой частоты, поскольку имеет свой собственный внутренний генератор. Однако, поскольку частота этого внутреннего генератора не является четко определенной или контролируемой, варьируясь от чипа к чипу, а также с разным напряжением питанияtages и температуры, рекомендуется использовать стабильный внешний источник частоты. Приложения, которые полагаются на точные частоты, невозможны без внешнего источника частоты, USB является основным exampле.
Предоставление внешнего источника частоты может быть осуществлено одним из двух способов: либо путем предоставления источника тактовой частоты с выходом КМОП (прямоугольная волна IOVDD voltage) в вывод XIN или с помощью кварцевого резонатора 12 МГц, подключенного между
XIN и XOUT. Использование кристалла здесь является предпочтительным вариантом, поскольку они оба относительно дешевы и очень точны.

Для этой конструкции был выбран кристалл ABM8-272-T3 (Y1 на рисунке 10). Это тот же кристалл на 12 МГц, который используется в Raspberry Pi Pico и Raspberry Pi Pico 2. Мы настоятельно рекомендуем использовать этот кристалл вместе с сопутствующей схемой, чтобы гарантировать быстрый запуск часов при любых условиях без повреждения самого кристалла. Кристалл имеет допуск частоты 30 ppm, что должно быть достаточно для большинства приложений. Наряду с допуском частоты +/-30 ppm, он имеет максимальное ESR 50 Ом и емкость нагрузки 10 пФ, оба из которых оказали влияние на выбор сопутствующих компонентов.
Для того чтобы кристалл колебался на желаемой частоте, производитель указывает емкость нагрузки, которая ему нужна для этого, и в данном случае она составляет 10 пФ. Эта емкость нагрузки достигается путем размещения двух конденсаторов одинаковой величины, по одному с каждой стороны кристалла на землю (C3 и C4). С точки зрения кристалла view, эти конденсаторы соединены последовательно между двумя клеммами. Базовая теория цепей говорит нам, что они объединяются, чтобы дать емкость (C3*C4)/(C3+C4), и поскольку C3=C4, то это просто C3/2. В этом примереample, мы использовали конденсаторы емкостью 15 пФ, поэтому последовательное соединение составляет 7.5 пФ. В дополнение к этой преднамеренной емкости нагрузки, мы также должны добавить значение для непреднамеренной дополнительной емкости, или паразитной емкости, которую мы получаем от дорожек печатной платы и выводов XIN и XOUT RP2350. Мы предположим значение 3 пФ для этого, и поскольку эта емкость параллельна C3 и C4, мы просто добавляем это, чтобы получить общую емкость нагрузки 10.5 пФ, что достаточно близко к целевому значению 10 пФ. Как вы можете видеть, паразитная емкость дорожек печатной платы является фактором, и поэтому нам нужно поддерживать ее небольшой, чтобы мы не расстраивали кристалл и не останавливали его генерацию, как задумано. Постарайтесь сделать макет как можно короче.
Второе соображение — это максимальное ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) кристалла. Мы выбрали устройство с максимальным сопротивлением 50 Ом, поскольку обнаружили, что это, наряду с последовательным резистором 1 кОм (R2), является хорошим значением для предотвращения перегрузки кристалла и его повреждения при использовании уровня IOVDD 3.3 В. Однако, если IOVDD меньше 3.3 В, то ток возбуждения выводов XIN/XOUT уменьшается, и вы обнаружите, что amplitude кристалла ниже или может вообще не колебаться. В этом случае необходимо использовать меньшее значение последовательного резистора. Любое отклонение от показанной здесь схемы кристалла или с уровнем IOVDD, отличным от 3.3 В, потребует тщательного тестирования, чтобы убедиться, что кристалл колебался при любых условиях и запускается достаточно быстро, чтобы не вызвать проблем с вашим приложением.

Рекомендуемый кристалл

Для оригинальных проектов с использованием RP2350 мы рекомендуем использовать Abracon ABM8-272-T3. Напримерample, в дополнение к минимальному дизайну example, см. схему платы Pico 2 в Приложении B к техническому описанию Raspberry Pi Pico 2 и конструкцию Pico 2 files.
Для лучшей производительности и стабильности в типичных диапазонах рабочих температур используйте Abracon ABM8-272-T3. Вы можете приобрести ABM8-272-T3 напрямую у Abracon или у авторизованного реселлера. Pico 2 был специально настроен для ABM8-272-T3, который имеет следующие характеристики:

Даже если вы используете кристалл с похожими характеристиками, вам придется протестировать схему в диапазоне температур, чтобы убедиться в стабильности.
Кварцевый генератор питается от IOVDD vol.tagе. В результате кристалл Abracon и этот конкретный dampрезисторы настроены на работу при напряжении 3.3 В. Если вы используете другой IO voltagе., вам придется перенастроиться.
Любые изменения параметров кристалла могут привести к нестабильности работы любых компонентов, подключенных к кристаллической схеме.

Если вы не можете получить рекомендуемый кристалл напрямую от Abracon или у реселлера, свяжитесь с apps@raspberrypi.com.

Глава 5. МО

USB
Рисунок 11. Схематический разрез, показывающий контакты USB RP2350 и последовательное завершение

RP2350 предоставляет два контакта для использования для полной скорости (FS) или низкой скорости (LS) USB, либо в качестве хоста, либо устройства, в зависимости от используемого программного обеспечения. Как мы уже обсуждали, RP2350 также может загружаться как USB-накопитель, поэтому подключение этих контактов к разъему USB (J1 на рисунке 5) имеет смысл. Контакты USB_DP и USB_DM на RP2350 не требуют дополнительных подтягивающих или понижающих напряжений (требуемых для указания скорости, FS или LS, или того, является ли он хостом или устройством), поскольку они встроены в вводы/выводы. Однако для этих вводов/выводов требуются последовательные согласующие резисторы 27 Ом (R7 и R8 на рисунке 11), размещенные близко к чипу, чтобы соответствовать спецификации импеданса USB.
Несмотря на то, что RP2350 ограничен полной скоростью передачи данных (12 Мбит/с), мы должны постараться убедиться, что характеристическое сопротивление линий передачи (медных дорожек, соединяющих чип с разъемом) близко к
Спецификация USB 90 Ом (измерено дифференциально). На плате толщиной 1 мм, такой как эта, если мы используем дорожки шириной 0.8 мм на USB_DP и USB_DM с зазором 0.15 мм между ними, мы должны получить дифференциальное характеристическое сопротивление около 90 Ом. Это необходимо для того, чтобы сигналы могли проходить по этим линиям передачи как можно более чисто, минимизируя объемtage отражения, которые могут снизить целостность сигнала. Для того, чтобы эти линии передачи работали правильно, нам нужно убедиться, что прямо под этими линиями находится заземление. Сплошная, непрерывная область заземленной меди, простирающаяся по всей длине дорожки. В этой конструкции почти весь нижний медный слой отведен под заземление, и особое внимание было уделено тому, чтобы дорожки USB проходили только по земле. Если для вашей сборки выбрана печатная плата толщиной более 1 мм, у нас есть два варианта. Мы могли бы перепроектировать линии передачи USB, чтобы компенсировать большее расстояние между дорожкой и землей под ней (что может быть физически невозможно), или мы могли бы проигнорировать это и надеяться на лучшее. USB FS может быть довольно снисходительным, но ваш пробег может отличаться. Он, вероятно, будет работать во многих приложениях, но он, вероятно, не будет соответствовать стандарту USB.

Заголовки ввода/вывода

Рисунок 12. Схематическое изображение разъемов ввода-вывода 2.54 мм версии QFN60

В дополнение к уже упомянутому разъему USB, есть пара двухрядных 2.54-мм разъемов (J2 и J3 на рисунке 12), по одному с каждой стороны платы, к которым подключены остальные входы/выходы. На RP30A имеется 2350 GPIO, тогда как на RP48B имеется 2350 GPIO, поэтому разъемы на этой версии платы Minimal больше, чтобы обеспечить дополнительные контакты (см. рисунок 13).
Поскольку это конструкция общего назначения, не имеющая в виду какого-либо конкретного применения, входы/выходы были сделаны доступными для подключения по желанию пользователя. Внутренний ряд контактов на каждом разъеме — это входы/выходы, а внешний ряд полностью подключен к земле. Хорошей практикой является включение большого количества заземлений на разъемах ввода/вывода. Это помогает поддерживать заземление с низким импедансом, а также обеспечивает множество потенциальных обратных путей для токов, идущих к и от
Соединения ввода/вывода. Это важно для минимизации электромагнитных помех, которые могут быть вызваны обратными токами быстро переключающихся сигналов, проходящих длинные петлевые пути для замыкания цепи.

Оба разъема находятся на одной и той же сетке 2.54 мм, что упрощает подключение этой платы к другим вещам, таким как макетные платы. Вы можете рассмотреть возможность установки только однорядного разъема вместо двухрядного, отказавшись от внешнего ряда заземления, чтобы сделать его более удобным для установки на макетную плату.

Рисунок 13. Схематическое изображение разъемов ввода-вывода 2.54 мм версии QFN80

Отладочный коннектор

Рисунок 14. Схематический разрез, показывающий дополнительный разъем JST для отладки SWD

Для отладки на кристалле вы можете подключиться к интерфейсу SWD RP2350. Два контакта, SWD и SWCLK, доступны на 2.54-миллиметровом разъеме J3, что позволяет легко подключить отладочный зонд по вашему выбору. В дополнение к этому я включил дополнительный разъем JST, который позволяет легко подключиться к Raspberry Pi Debug Probe. Вам не нужно его использовать, разъемов 2.54 мм будет достаточно, если вы собираетесь отлаживать программное обеспечение, но я считаю, что так делать удобнее. Я выбрал горизонтальный разъем, в основном потому, что мне нравится его внешний вид, даже если он не находится на краю платы, но вертикальные разъемы доступны, хотя и с немного другим посадочным местом.

Кнопки
Минимальный дизайн теперь содержит не одну, а две кнопки, тогда как у версии RP240 их не было. Одна предназначена для выбора загрузки с USB, как мы уже обсуждали, а вторая — кнопка «сброса», подключенная к выводу RUN. Ни одна из них не является строго необходимой (хотя кнопку BOOTSEL пришлось бы заменить на заголовочный элемент или что-то подобное, если бы требовался режим загрузки с USB), и их можно удалить, если вас смущает экономия места или стоимость, но они, безусловно, делают использование RP2350 гораздо более приятным.

Приложение A: Полная схема - версия RP2350A

Рисунок 15. Полная схема минимальной конструкции RP2350A

Приложение B: Полная схема - версия RP2350B

Рисунок 16. Полная схема минимальной конструкции RP2350B

Приложение H: История выпуска документации

8 августа 2024 г.
Первоначальный выпуск.

я Raspberry Pi
Raspberry Pi является торговой маркой Raspberry Pi Ltd.
Малина Пи ООО

Документы/Ресурсы

Raspberry Pi SC1631 Микроконтроллер Raspberry [pdf] Руководство по эксплуатации
Микроконтроллер Raspberry SC1631, SC1631, Микроконтроллер Raspberry, Микроконтроллер

Ссылки

Руководство пользователя

Raspberry Pi SC1631 Микроконтроллер Raspberry

Инструкции по применению продукта