Priročnik za uporabo mikrokrmilnika Raspberry Pi SC1631 Raspberry

1. poglavje: Uvod
Serija RP2350 ponuja različne možnosti paketa v primerjavi s serijo RP2040. RP2350A in RP2354A sta na voljo v ohišju QFN-60 brez in z notranjim pomnilnikom flash, medtem ko sta RP2354B in RP2350B na voljo v ohišju QFN-80 z in brez pomnilnika flash.

2. poglavje: Moč
Serija RP2350 ima novo preklopno voltage regulator s petimi zatiči. Ta regulator za delovanje potrebuje zunanje komponente, vendar ponuja višjo energijsko učinkovitost pri višjih obremenitvenih tokovih v primerjavi z linearnim regulatorjem v seriji RP2040. Bodite pozorni na občutljivost na hrup v zatiču VREG_AVDD, ki napaja analogno vezje.

Pogosto zastavljena vprašanja (FAQ)

V: Kakšna je glavna razlika med RP2350A in RP2350B?
O: Glavna razlika je v prisotnosti notranjega bliskovnega pomnilnika. RP2350A nima notranjega bliskovnega pomnilnika, medtem ko ga ima RP2350B.
V: Koliko zatičev ima voltage regulator v seriji RP2350 imate?
O: ZvtagRegulator v seriji RP2350 ima pet pinov.

Oblikovanje strojne opreme z RP2350 Uporaba mikrokrmilnikov RP2350 za izdelavo plošč in izdelkov

Kolofon

Ta dokumentacija je licencirana pod licenco Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). datum gradnje: 2024-08-08 različica gradnje: c0acc5b-clean
Pravno obvestilo o zavrnitvi odgovornosti

TEHNIČNE PODATKE IN PODATKE O ZANESLJIVOSTI ZA IZDELKE RASPBERRY PI (VKLJUČNO S PODATKOVNIMI LISTI), KI SO OBČASNO SPREMENJENI (»VIRI«), ZAGOTAVLJA RASPBERRY PI LTD (»RPL«) »KAKRŠNE SO« IN VSE IZRECNE ALI NAZNAČENE GARANCIJE, VKLJUČNO, VENDAR NE OMEJENO NAZNAČENA JAMSTVA ZA PRODAJO IN PRIMERNOST ZA DOLOČEN NAMEN SE ZAVRAČAJO. DO NAJVEČJEGA OBSEGA, KI GA DOVOLJUJE VELJAVNA ZAKONODAJA, RPL V NOBENEM PRIMERU NE ODGOVARJA ZA KAKRŠNO KOLI NEPOSREDNO, POSREDNO, NAKLJUČNO, POSEBNO, EKSEMPLARNO ALI POSLEDIČNO ŠKODO (VKLJUČNO, VENDAR NE OMEJENO NA NABAVO NADOMESTNEGA BLAGA ALI STORITEV). ICES; IZGUBA UPORABE PODATKOV Ali dobiček ali poslovne prekinitve), ne glede na to TAKŠNE ŠKODE.
RPL si pridržuje pravico do kakršnih koli izboljšav, izboljšav, popravkov ali kakršnih koli drugih sprememb VIROV ali katerih koli izdelkov, opisanih v njih, kadar koli in brez predhodnega obvestila.
VIRI so namenjeni usposobljenim uporabnikom z ustrezno ravnjo oblikovalskega znanja. Uporabniki so izključno odgovorni za svojo izbiro in uporabo VIROV ter kakršno koli uporabo izdelkov, opisanih v njih. Uporabnik se strinja, da bo RPL odškodoval in odvezal odgovornost za vse obveznosti, stroške, škodo ali druge izgube, ki izhajajo iz njihove uporabe VIROV.

RPL daje uporabnikom dovoljenje za uporabo VIROV izključno v povezavi z izdelki Raspberry Pi. Vsaka druga uporaba VIROV je prepovedana. Nobena licenca ni podeljena nobenemu drugemu RPL ali drugi pravici intelektualne lastnine tretjih oseb.
VISOKO TVEGANE DEJAVNOSTI. Izdelki Raspberry Pi niso zasnovani, izdelani ali namenjeni za uporabo v nevarnih okoljih, ki zahtevajo varno delovanje, kot je delovanje jedrskih objektov, navigacijskih ali komunikacijskih sistemov letal, nadzor zračnega prometa, oborožitveni sistemi ali aplikacije, ki so kritične za varnost (vključno s podporo za življenje). sistemov in drugih medicinskih pripomočkov), pri katerih bi okvara izdelkov lahko povzročila neposredno smrt, telesne poškodbe ali resno fizično ali okoljsko škodo (»Dejavnosti z visokim tveganjem«). RPL izrecno zavrača vsako izrecno ali implicitno garancijo primernosti za dejavnosti z visokim tveganjem in ne prevzema nobene odgovornosti za uporabo ali vključitev izdelkov Raspberry Pi v dejavnosti z visokim tveganjem.

Za izdelke Raspberry Pi veljajo standardni pogoji RPL. Določba VIROV s strani RPL ne razširja ali drugače spreminja standardnih pogojev RPL, vključno z, vendar ne omejeno na, zavrnitvami odgovornosti in jamstvi, izraženimi v njih.

Poglavje 1. Uvod

Slika 1. KiCad 3D-upodabljanje RP2350A Minimal design example

Ko smo prvič predstavili Raspberry Pi RP2040, smo izdali tudi "minimalno" zasnovo example in spremljevalni vodnik Oblikovanje strojne opreme z RP2040, ki je, upajmo, razložil, kako bi lahko RP2040 uporabili v preprostem vezju in zakaj so bile izbrane različne komponente. S prihodom serije RP235x je čas, da ponovno pregledamo originalno zasnovo RP2040 Minimal in jo posodobimo, da upošteva nove funkcije in tudi za vsako različico paketa; RP2350A s paketom QFN-60 in RP2350B, ki je QFN-80. Tudi ti modeli so v formatu Kicad (7.0) in so na voljo za prenos (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Minimalna tabla
Izvirna plošča Minimal je bila poskus zagotoviti preprosto referenčno zasnovo z uporabo najmanjšega števila zunanjih komponent, potrebnih za delovanje RP2040, in še vedno imeti vse IO izpostavljene in dostopne. To je bilo v bistvu sestavljeno iz vira napajanja (linearni regulator od 5 V do 3.3 V), kristalnega oscilatorja, bliskovnega pomnilnika in IO povezav (vtičnica mikro USB in glave GPIO). Nove plošče Minimal serije RP235x so večinoma enake, vendar z nekaterimi spremembami, ki so potrebne zaradi nove strojne opreme. Poleg tega in kljub temu, da sem nekoliko v nasprotju z minimalno naravo zasnove, sem dodal nekaj gumbov za bootsel in run, skupaj z ločeno glavo SWD, kar bi moralo tokrat pomeniti popolnoma manj frustrirajočo izkušnjo odpravljanja napak. Dizajni strogo gledano ne potrebujejo teh gumbov, signali so še vedno na voljo v glavah in jih lahko izpustite, če ste posebej ozaveščeni glede stroškov ali prostora ali imate mazohistična nagnjenja.

RP2040 proti seriji RP235x
Najbolj očitna sprememba je pri paketih. Medtem ko je RP2040 7x7 mm QFN-56, ima serija RP235x trenutno štiri različne člane. Obstajata dve napravi, ki si delita isti paket QFN-60; RP2350A, ki ne vsebuje notranjega bliskovnega pomnilnika, in RP2354A, ki ga vsebuje. Podobno je tudi QFN-80 na voljo v dveh okusih; RP2354B z bliskavico in RP2350B brez. Naprave QFN-60 in originalni RP2040 imajo skupno dediščinotage.

Vsak ima 30 GPIO, od katerih so štirje povezani tudi z ADC, in so veliki 7x7 mm. Kljub temu RP2350A ni zamenjava za RP2040, saj je število zatičev na vsakem drugačno. Nasprotno pa imajo čipi QFN-80 zdaj 48 GPIO-jev, osem od teh pa je zdaj zmožnih ADC. Zaradi tega imamo zdaj dve plošči Minimal; ena za 60-pinske naprave in ena za 80-pinske naprave. Te plošče Minimal so zasnovane predvsem za dele brez notranje bliskavice (RP2350), vendar se lahko dizajni zlahka uporabljajo z notranjimi bliskavičnimi napravami (RP2354), tako da preprosto izpustite vgrajeno bliskavico pomnilnik ali celo uporabo kot sekundarno bliskovno napravo (več o tem pozneje). Med obema ploščama je majhna razlika, razen dejstva, da ima različica QFN-80 daljše vrste glav za namestitev dodatnega GPIO, zato je plošča večja.

Poleg paketa so največja razlika na ravni plošče med serijo RP235x in RP2040 napajalniki. Serija RP235x ima nekaj novih napajalnih zatičev in drugačen notranji regulator. 100 mA linearni regulator RP2040 je bil nadomeščen s preklopnim regulatorjem 200 mA in kot tak zahteva nekaj zelo specifičnega vezja in nemalo pozornosti pri postavitvi. Zelo priporočljivo je, da pozorno spremljate našo postavitev in izbiro komponent; šli smo že skozi bolečino, ko smo morali narediti več iteracij zasnove, zato upajmo, da vam tega ne bo treba.

Slika 2. 3D-upodabljanje KiCad modela RP2350B Minimal, nprample

Oblikovanje
Namen Minimal design exampje ustvariti par preprostih plošč z uporabo serije RP235x, ki naj bi bile poceni in enostavne za izdelavo, brez uporabe nepotrebno eksotičnih PCB tehnologij. Plošče Minimal so torej dvoslojne zasnove, ki uporabljajo komponente, ki bi morale biti splošno dostopne, vse pa so nameščene na zgornji strani plošče. Čeprav bi bilo lepo uporabiti velike komponente, ki jih je enostavno spajkati, majhen korak čipov QFN (2 mm) pomeni, da je uporaba nekaterih pasivnih komponent 0.4 (0402 metričnih) neizogibna, če želimo uporabiti vse GPIO. Medtem ko ročno spajkanje komponent 1005 ni preveč zahtevno s spodobnim spajkalnikom, je skoraj nemogoče spajkati QFN brez posebne opreme.

V naslednjih nekaj razdelkih bom poskušal razložiti, čemu služi dodatno vezje, in upam, da kako smo prišli do izbire, ki smo jo naredili. Ker bom pravzaprav govoril o dveh ločenih oblikah, po enem za vsako velikost paketa, sem poskušal ohraniti stvari čim bolj preproste. Kolikor je mogoče, so vse reference komponent za obe plošči enake, tako da, če se sklicujem na U1, R1 itd., potem je to enako pomembno za obe plošči. Očitna izjema je, ko je komponenta le na eni od plošč (v vseh primerih bo to na večji 80-pinski različici), potem bo zadevna komponenta samo na zasnovi QFN-80; nprample, R13 se pojavi samo na tej plošči.

Poglavje 2. Moč

Napajalnika serije RP235x in RP2040 se tokrat nekoliko razlikujeta, a v najpreprostejši konfiguraciji še vedno potrebujeta dva napajalnika, 3.3 V in 1.1 V. Serija RP235x je hkrati bolj požrešna, saj je zmogljivejša, in tudi bolj varčna (ko je v stanju nizke porabe) kot predhodnica, zato je bil linearni regulator na RP2040 nadgrajen s preklopnim regulatorjem. To nam omogoča večjo energetsko učinkovitost pri višjih tokovih (do 200 mA v primerjavi s prejšnjimi 100 mA).

Nova voltage regulator

Slika 3. Shematski del, ki prikazuje vezje notranjega regulatorja

Linearni regulator RP2040 je imel dva zatiča, vhod 3.3 V in izhod 1.1 V za napajanje DVD-ja na čipu. Tokrat ima regulator serije RP235x pet pinov in za delovanje potrebuje nekaj zunanjih komponent. Čeprav se to zdi nekoliko korak nazaj v smislu uporabnosti, ima preklopni regulator prednosttage, da je energijsko učinkovitejši pri višjih obremenitvenih tokovih.

Kot že ime pove, regulator hitro vklopi in izklopi notranji tranzistor, ki povezuje 3.3 V vhodnotage (VREG_VIN) na pin VREG_LX in s pomočjo induktorja (L1) in izhodnega kondenzatorja (C7) lahko proizvede enosmerni izhod vol.tage, ki je bil odmaknjen od vnosa. Pin VREG_FB spremlja izhodno voltage, in prilagodi razmerje vklop/izklop preklopnega cikla, da zagotovi zahtevano voltage se vzdržuje. Ker se veliki tokovi preklopijo iz VREG_VIN v VREG_LX, je potreben velik kondenzator (C6) blizu vhoda, tako da ne motimo preveč napajanja 3.3 V. Ko že govorimo o teh velikih preklopnih tokovih, ima regulator tudi lastno ozemljitveno povratno povezavo, VREG_PGND. Podobno pri VREG_VIN in VREG_LX je postavitev te povezave ključnega pomena, in čeprav se mora VREG_PGND povezati z glavnim GND, mora biti to narejeno tako, da se vsi veliki preklopni tokovi vrnejo neposredno na pin PGND, ne da bi motili preostanek GND preveč.

Zadnji zatič je VREG_AVDD, ki napaja analogno vezje znotraj regulatorja in je zelo občutljiv na hrup.

Slika 4. Shematski del, ki prikazuje postavitev PCB regulatorja

Postavitev regulatorja na minimalnih ploščah je zelo podobna postavitvi Raspberry Pi Pico 2. Veliko dela je bilo vloženega v načrtovanje tega vezja, pri čemer je bilo potrebnih veliko iteracij tiskanega vezja, da bi bilo čim boljše. lahko. Medtem ko bi lahko te komponente postavili na različne načine in še vedno poskrbeli, da regulator 'deluje' (tj. proizvaja izhodno vol.tage na približno pravi ravni, dovolj dobri, da omogoči izvajanje kode), ugotovili smo, da je treba z našim regulatorjem ravnati točno na pravi način, da bo zadovoljen, in z veseljem mislim na ustvarjanje pravilne izhodne vol.tage pod različnimi pogoji obremenitvenega toka.
Med izvajanjem naših poskusov o tem smo bili nekoliko razočarani, ko smo se spomnili, da neprijetnega sveta fizike ni mogoče vedno prezreti. Inženirji se v veliki meri trudimo in počnemo točno to; poenostavljanje komponent, ignoriranje (pogosto) nepomembnih fizikalnih lastnosti in namesto tega osredotočanje na lastnost, ki nas zanima.ample, preprost upor nima samo upora, ampak tudi induktivnost itd. V našem primeru smo (ponovno) odkrili, da imajo induktorji povezano magnetno polje, in kar je pomembno, sevajo v smeri, odvisno od tega, v katero smer je tuljava je navit, in smer toka toka. Opozorili so nas tudi, da "popolnoma" zaščiten induktor ne pomeni tega, kar mislite, da bi lahko. Magnetno polje je v veliki meri oslabljeno, vendar nekaj vseeno uide. Ugotovili smo, da je mogoče učinkovitost regulatorja močno izboljšati, če je induktor v "pravi smeri".
Izkazalo se je, da magnetno polje, ki ga oddaja 'napačna smer' induktorja, moti izhodni kondenzator regulatorja (C7), kar posledično moti krmilno vezje znotraj RP2350. Z induktorjem v pravilni orientaciji ter z natančno postavitvijo in izbiro komponent, ki se uporabljajo tukaj, ta težava izgine. Nedvomno bodo obstajale druge postavitve, komponente itd., ki bi lahko delovale z induktorjem v kateri koli orientaciji, vendar bodo za to najverjetneje porabile veliko več prostora na tiskanem vezju. Zagotovili smo to priporočeno postavitev, da bi ljudem prihranili številne inženirske ure, ki smo jih porabili za razvoj in izboljšanje te kompaktne in dobro delujoče rešitve.
Natančneje, gremo tako daleč, da rečemo, da če se odločite, da ne boste uporabili našega bivšegaample, potem to storite na lastno odgovornost. Podobno kot že počnemo z RP2040 in kristalnim vezjem, kjer vztrajamo (no, močno predlagamo), da uporabite določen del (to bomo storili znova v kristalnem delu tega dokumenta).
Usmerjenost teh majhnih induktorjev je skoraj vsesplošno zanemarjena, pri čemer je orientacijo navitja tuljave nemogoče razbrati, prav tako pa je naključno porazdeljena vzdolž koluta komponent. Večje velikosti ohišij induktorjev imajo pogosto oznake polarnosti, vendar v velikosti ohišja 0806 (2016), ki smo jo izbrali, nismo našli ustreznih. V ta namen smo sodelovali z Abraconom, da bi izdelali del 3.3 μH s piko, ki označuje polarnost, in kar je pomembno, na kolutu, pri čemer so vsi poravnani na enak način. Distributerji bodo (ali bodo zelo kmalu) na voljo širši javnosti. Kot smo že omenili, je dovod VREG_AVDD zelo občutljiv na hrup, zato ga je treba filtrirati. Ugotovili smo, da je filter RC 200 Ω in 33 μF primeren, ker VREG_AVDD porabi samo okoli 4.7 μA.
Torej, če povzamem, uporabljene komponente bodo ...
- C6, C7 & C9 – 4.7 μF (0402, 1005 metrika)
- L1 – Abracon še ni razviden (0806, metrika 2016)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metrika)
Podatkovni list RP2350 vsebuje podrobnejšo razpravo o priporočilih za postavitev regulatorja, glejte zahteve za postavitev zunanjih komponent in tiskanega vezja.

Vhodno napajanje

Vhodna napajalna povezava za to zasnovo je prek 5V VBUS zatiča priključka Micro-USB (označen z J1 na sliki 5). To je običajna metoda napajanja elektronskih naprav in je tukaj smiselna, saj ima RP2350 funkcijo USB, ki jo bomo napeljali na podatkovne nožice tega konektorja. Ker za to zasnovo potrebujemo samo 3.3 V (napajanje 1.1 V prihaja iz notranjega), moramo znižati dohodno napajanje 5 V USB, v tem primeru z uporabo drugega, zunanjega vol.tage regulator, v tem primeru linearni regulator (alias Low Drop Out regulator ali LDO). Ker sem prej hvalil vrline uporabe učinkovitega preklopnega regulatorja, bi bilo prav tako pametno, da ga uporabim tudi tukaj, vendar sem se odločil za preprostost. Prvič, uporaba LDO je skoraj vedno lažja. Ni potrebnih izračunov, da bi ugotovili, kakšno velikost induktorja bi morali uporabiti ali kako veliki so izhodni kondenzatorji, postavitev pa je običajno tudi veliko bolj enostavna. Drugič, tukaj ni cilj prihraniti vse do zadnje kapljice energije; če bi bil, bi resno razmislil o uporabi preklopnega regulatorja, pa lahko najdeš exampNa Raspberry Pi Pico 2. In tretjič, lahko si preprosto 'izposodim' vezje, ki sem ga prej uporabljal na različici RP2040 plošče Minimal. Tukaj izbrani NCP1117 (U2) ima fiksno izhodno napetost 3.3 V, je široko dostopen in lahko zagotovi do 1 A toka, kar bo dovolj za večino modelov. Pogled na podatkovni list za NCP1117 nam pove, da ta naprava zahteva kondenzator 10 μF na vhodu in drugega na izhodu (C1 in C5).

Ločilni kondenzatorji

Slika 6. Shematski del, ki prikazuje vhode napajalnika RP2350, voltage regulator in ločilni kondenzatorji

Drug vidik zasnove napajalnika so ločilni kondenzatorji, potrebni za RP2350. Ti zagotavljajo dve osnovni funkciji. Prvič, filtrirajo hrup napajanja in drugič, zagotavljajo lokalno napajanje, ki ga lahko vezja znotraj RP2350 uporabijo v kratkem času. To preprečuje voltagravni v neposredni bližini pred prevelikim padcem, ko se trenutno povpraševanje nenadoma poveča. Zaradi tega je pomembno, da ločitev postavite blizu napajalnih zatičev. Običajno priporočamo uporabo kondenzatorja 100nF na napajalni pin, vendar v nekaj primerih odstopamo od tega pravila.

Slika 7. Odsek postavitve, ki prikazuje usmerjanje in odklop RP2350

Prvič, da bi lahko imeli dovolj prostora za vse zatiče čipa, ki jih je mogoče usmeriti ven, stran od naprave, moramo sklepati kompromise glede količine ločilnih kondenzatorjev, ki jih lahko uporabimo. Pri tej zasnovi si nožici 53 in 54 RP2350A (nožici 68 in 69 RP2350B) delita en sam kondenzator (C12 na sliki 7 in sliki 6), saj na tisti strani naprave ni veliko prostora in komponente in postavitev regulatorja imata prednost.
To pomanjkanje prostora bi lahko nekoliko premagali, če bi uporabili bolj zapleteno/dražjo tehnologijo, kot so manjše komponente ali štirislojno PCB s komponentami na zgornji in spodnji strani. To je kompromis pri oblikovanju; zmanjšali smo kompleksnost in stroške, na račun manjše ločilne kapacitivnosti in kondenzatorjev, ki so nekoliko bolj oddaljeni od čipa, kot je optimalno (to poveča induktivnost). To bi lahko imelo učinek omejevanja največje hitrosti, pri kateri bi zasnova lahko delovala, saj voltagNapajanje bi lahko postalo prehrupno in padlo pod najmanjšo dovoljeno glasnosttage; toda za večino aplikacij bi moral biti ta kompromis sprejemljiv.

Drugo odstopanje od pravila 100nF je, da lahko dodatno izboljšamo voltage delovanje regulatorja; priporočamo uporabo 4.7 μF za C10, ki je nameščen na drugi strani čipa od regulatorja.

Poglavje 3. Flash pomnilnik

Primarni blisk

Slika 8. Shematski del, ki prikazuje primarni bliskovni pomnilnik in vezje USB_BOOT

Da bi lahko shranili programsko kodo, iz katere se RP2350 lahko zažene in zažene, moramo uporabiti bliskovni pomnilnik, natančneje quad SPI flash pomnilnik. Tukaj izbrana naprava je naprava W25Q128JVS (U3 na sliki 8), ki je 128 Mbitni čip (16 MB). To je največja velikost pomnilnika, ki jo lahko podpira RP2350. Če vaša aplikacija ne potrebuje toliko prostora za shranjevanje, lahko namesto tega uporabite manjši in cenejši pomnilnik.
Ker je to podatkovno vodilo lahko precej visokofrekvenčno in se redno uporablja, bi morali biti zatiči QSPI RP2350 povezani neposredno z bliskavico z uporabo kratkih povezav za ohranitev celovitosti signala in tudi za zmanjšanje presluha v okoliških vezjih. Pri preslušavanju lahko signali na omrežju enega vezja povzročijo neželeno glasnosttagna sosednjem vezju, kar lahko povzroči napake.

Signal QSPI_SS je poseben primer. Povezan je neposredno z bliskavico, vendar ima nanj povezana tudi dva upora (no, štiri, a o tem bom kasneje). Prvi (R1) je vlečenje do napajanja 3.3 V. Flash pomnilnik zahteva, da je vhod za izbiro čipa na isti glasnostitage kot lasten napajalni priključek 3.3 V, ko je naprava vklopljena, sicer ne deluje pravilno. Ko je RP2350 vklopljen, bo njegov pin QSPI_SS samodejno privzeto nastavljen na pull-up, vendar obstaja kratek čas med vklopom, ko stanja pina QSPI_SS ni mogoče zagotoviti. Dodatek vlečnega upora zagotavlja, da bo ta zahteva vedno izpolnjena. R1 je na shemi označen kot DNF (Ne prilega se), saj smo ugotovili, da je pri tej bliskovni napravi zunanji vlečenje nepotrebno. Če pa uporabite drugo bliskavico, bo morda pomembno, da lahko sem vstavite upor 10 kΩ, zato je bil priložen za vsak slučaj.
Drugi upor (R6) je upor 1kΩ, priključen na gumb (SW1) z oznako 'USB_BOOT'. To je zato, ker se zatič QSPI_SS uporablja kot "boot strap"; RP2350 preveri vrednost tega V/I med zagonskim zaporedjem in če se ugotovi, da je logična 0, se RP2350 vrne v način BOOTSEL, kjer se RP2350 predstavi kot naprava za množično shranjevanje USB, kodo pa je mogoče neposredno kopirati temu. Če preprosto pritisnemo gumb, potegnemo pin QSPI_SS na maso in če napravo nato naknadno ponastavimo (npr. s preklopom zatiča RUN), se bo RP2350 znova zagnal v načinu BOOTSEL, namesto da bi poskušal zagnati vsebino bliskavice. Ta upora, R2 in R6 (tudi R9 in R10), je treba namestiti blizu bliskovnega čipa, da se izognemo dodatnim dolžinam bakrenih sledi, ki bi lahko vplivale na signal.
Vse našteto velja posebej za RP2350, ki nima notranje bliskavice. Seveda imajo naprave RP2354 notranje 2 MB bliskovne pomnilnike, tako da zunanji pomnilnik U3 ni potreben, tako da lahko U3 varno odstranite iz sheme ali preprosto pustite nepopolnjenega. V katerem koli od teh primerov bi še vedno želeli ohraniti stikalo USB_BOOT povezano s QSPI_SS, tako da lahko še vedno vstopimo v način zagona USB.

Sekundarni flash ali PSRAM

Serija RP235x zdaj podpira drugo pomnilniško napravo, ki uporablja iste zatiče QSPI, z GPIO, ki zagotavlja izbiro dodatnega čipa. Torej, če uporabljamo RP2354 (ki ima notranjo bliskavico), lahko uporabimo U3 kot sekundarno bliskavico ali pa jo celo nadomestimo z napravo PSRAM. Da bi to naredili, moramo prekiniti povezavo QSPI_SS z U3 in ga namesto tega povezati z ustreznim GPIO. Najbližji GPIO, ki je lahko izbira čipa (XIP_CS1n), je GPIO0, tako da lahko z odstranitvijo 0Ω iz R10 in namestitvijo na R9 zdaj dostopamo do U3 poleg bliskavice na čipu. Da bi v celoti izkoristili advantagPri tej funkciji, kjer imamo dve zunanji pomnilniški napravi, tako da lahko deli RP2350 brez bliskavice izkoristijo, večja od dveh plošč Minimal za RP2350B vključuje izbirni odtis (U4) za dodatni pomnilniški čip.

Slika 9. Shematski del, ki prikazuje izbirno sekundarno pomnilniško napravo

Da bi lahko uporabljali to napravo, bo očitno morala biti poseljena, kot tudi R11 (0Ω) in R13 (10KΩ). Dodatek R11 poveže GPIO0 (signal XIP_CS1n) z izbiro čipa drugega pomnilnika. Povlecitev navzgor na zatiču za izbiro čipa je tokrat vsekakor potrebna, saj je privzeto stanje GPIO0 ob vklopu nizko, kar bi povzročilo odpoved naše bliskovne naprave. C22 bi bil potreben tudi za zagotovitev lokalnega ločevanja napajanja za U4.

Podprti flash čipi
Začetno zaporedje bliskavice, ki ga dno uporablja za ekstrakcijo drugega stage iz bliskavice, uporablja ukaz za serijsko branje 03h s 24-bitnim naslavljanjem in serijsko uro približno 1MHz. Večkrat kroži skozi štiri kombinacije polarnosti ure in faze ure ter išče veljavno sekundo stage kontrolna vsota CRC32.
Kot drugi stage lahko nato prosto konfigurira izvajanje na mestu z uporabo istega ukaza za serijsko branje 03h, RP2350 pa lahko izvaja predpomnjeno izvajanje bliskovnih datotek na mestu s katerim koli čipom, ki podpira serijsko branje 03h s 24-bitnim naslavljanjem, kar vključuje večino bliskovnih naprav serije 25 . SDK ponuja example drugi stage za CPOL=0 CPHA=0, pri https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Za podporo programiranja flash z uporabo rutin na dnu se mora naprava odzvati tudi na naslednje ukaze:

02h 256-bajtni stranski program
05h statusni register prebran
06h nastavi zapah za omogočanje pisanja

20h 4kB brisanje sektorja

RP2350 podpira tudi široko paleto načinov dostopa dual-SPI in QSPI. Na primerample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S konfigurira napravo serije Winbond W25Q za način neprekinjenega branja štirih IO, kjer RP2350 pošilja naslove štirih IO (brez ukazne predpone), bliskavica pa se odzove s podatki štirih IO.

Nekaj previdnosti je potrebno pri načinih flash XIP, kjer se flash naprava preneha odzivati na standardne serijske ukaze, kot je zgoraj omenjen način neprekinjenega branja Winbond. To lahko povzroči težave, ko je RP2350 ponastavljen, vendar bliskovna naprava ni vklopljena, ker se bliskavica takrat ne bo odzvala na zaporedje sonde bliskavice bootrom. Pred izdajo serijskega branja 03h bootrom vedno izda naslednje fiksno zaporedje, ki je najboljše zaporedje za prekinitev XIP na vrsti bliskovnih naprav:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (prek poteg navzdol, da se izognemo sporu), izdaja ×32 ur
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (prek dvigov, da se izognete sporu), izdaja ×32 ur
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (poganja nizek Z, vsi drugi V/I Hi-Z), izdaja × 16 taktov

Če se vaša izbrana naprava ne odzove na to zaporedje, ko je v načinu neprekinjenega branja, jo je treba ohraniti v stanju, kjer je pred vsakim prenosom serijski ukaz, sicer RP2350 ne bo mogel obnoviti po notranji ponastavitvi.
Za več podrobnosti o QSPI glejte pomnilniški vmesnik QSPI (QMI) v podatkovnem listu RP2350.

Poglavje 4. Kristalni oscilator

Slika 10. Shematski del, ki prikazuje kristalni oscilator in obremenitvene kondenzatorje

Strogo gledano, RP2350 dejansko ne potrebuje zunanjega vira ure, saj ima svoj notranji oscilator. Ker pa frekvenca tega notranjega oscilatorja ni dobro definirana ali nadzorovana, se razlikuje od čipa do čipa, pa tudi z različnimi volumni napajanja.tagtemperaturah in temperaturah je priporočljiva uporaba stabilnega zunanjega vira frekvence. Aplikacije, ki se zanašajo na točne frekvence, niso možne brez zunanjega vira frekvence, USB je glavni primerample.
Zagotavljanje zunanjega vira frekvence je mogoče izvesti na enega od dveh načinov: bodisi z zagotavljanjem vira ure z izhodom CMOS (kvadratni val IOVDD voltage) v zatič XIN ali z uporabo 12MHz kristala, povezanega med
XIN in XOUT. Tukaj je najboljša možnost uporaba kristala, saj sta oba razmeroma poceni in zelo natančna.

Izbrani kristal za to zasnovo je ABM8-272-T3 (Y1 na sliki 10). To je isti 12MHz kristal, ki se uporablja na Raspberry Pi Pico in Raspberry Pi Pico 2. Toplo priporočamo uporabo tega kristala skupaj s pripadajočim vezjem, da zagotovite hiter zagon ure v vseh pogojih, ne da bi poškodovali sam kristal. Kristal ima toleranco frekvence 30 ppm, kar bi moralo biti dovolj dobro za večino aplikacij. Skupaj s toleranco frekvence +/-30 ppm ima največji ESR 50 Ω in obremenitveno kapacitivnost 10 pF, kar je vplivalo na izbiro spremljajočih komponent.
Da bi kristal lahko nihal na želeni frekvenci, proizvajalec določi obremenitveno kapacitivnost, ki jo potrebuje za to in je v tem primeru 10pF. To obremenitveno kapacitivnost dosežemo z namestitvijo dveh kondenzatorjev enake vrednosti, po enega na vsaki strani kristala proti masi (C3 in C4). Z vidika kristala view, so ti kondenzatorji zaporedno povezani med njegovima sponkama. Teorija osnovnega vezja nam pove, da se združijo, da dobijo kapacitivnost (C3*C4)/(C3+C4), in ker je C3=C4, je preprosto C3/2. V tem bivšemample, uporabili smo kondenzatorje 15pF, tako da je serijska kombinacija 7.5pF. Poleg te namerne kapacitivnosti obremenitve moramo dodati tudi vrednost za nenamerno dodatno kapacitivnost ali parazitsko kapacitivnost, ki jo dobimo iz tirnic PCB ter zatičev XIN in XOUT RP2350. Za to bomo predpostavili vrednost 3 pF, in ker je ta kapacitivnost vzporedna s C3 in C4, to preprosto dodamo, da dobimo skupno kapacitivnost obremenitve 10.5 pF, kar je dovolj blizu cilju 10 pF. Kot lahko vidite, je parazitska kapacitivnost sledi PCB dejavnik, zato jih moramo ohraniti majhne, da ne poškodujemo kristala in preprečimo njegovo nihanje, kot je predvideno. Poskusite naj bo postavitev čim krajša.
Drugi dejavnik je največji ESR (ekvivalentna serijska upornost) kristala. Odločili smo se za napravo z največ 50 Ω, saj smo ugotovili, da je to skupaj s serijskim uporom 1 kΩ (R2) dobra vrednost za preprečevanje preobremenitve in poškodbe kristala pri uporabi IOVDD ravni 3.3 V. Če pa je IOVDD manjši od 3.3 V, se pogonski tok nožic XIN/XOUT zmanjša in ugotovili boste, da ampmoč kristala nižja ali morda sploh ne niha. V tem primeru bo treba uporabiti manjšo vrednost serijskega upora. Vsako odstopanje od kristalnega vezja, prikazanega tukaj, ali z ravnijo IOVDD, ki ni 3.3 V, bo zahtevalo obsežno testiranje, da se zagotovi, da kristal niha v vseh pogojih in se zažene dovolj hitro, da ne povzroča težav z vašo aplikacijo.

Priporočen kristal

Za originalne modele z uporabo RP2350 priporočamo uporabo Abracon ABM8-272-T3. Na primerample, poleg minimalne zasnove exampsi oglejte shemo plošče Pico 2 v dodatku B podatkovnega lista Raspberry Pi Pico 2 in zasnovo Pico 2 files.
Za najboljšo zmogljivost in stabilnost v tipičnih delovnih temperaturnih območjih uporabite Abracon ABM8-272-T3. ABM8-272-T3 lahko dobite neposredno pri Abraconu ali pri pooblaščenem prodajalcu. Pico 2 je bil posebej prilagojen za ABM8-272-T3, ki ima naslednje specifikacije:

Tudi če uporabljate kristal s podobnimi specifikacijami, boste morali vezje preizkusiti pri različnih temperaturah, da zagotovite stabilnost.
Kristalni oscilator se napaja iz IOVDD voltage. Kot rezultat, kristal Abracon in ta določen damping upor so nastavljeni na delovanje 3.3 V. Če uporabljate drugo IO voltage, boste morali znova nastaviti.
Vsaka sprememba parametrov kristala tvega nestabilnost vseh komponent, povezanih s kristalnim vezjem.

Če priporočenega kristala ne morete pridobiti neposredno pri Abraconu ali prodajalcu, kontaktirajte applications@raspberrypi.com.

Poglavje 5. IO

USB
Slika 11. Shematski del, ki prikazuje zatiče USB RP2350 in zaključek serije

RP2350 ponuja dva zatiča, ki se uporabljata za polno hitrost (FS) ali nizko hitrost (LS) USB, bodisi kot gostitelj ali naprava, odvisno od uporabljene programske opreme. Kot smo že omenili, se lahko RP2350 zažene tudi kot naprava za množično shranjevanje USB, zato je povezovanje teh nožic s priključkom USB (J1 na sliki 5) smiselno. Nožici USB_DP in USB_DM na RP2350 ne zahtevata nobenih dodatnih potez ali potez (potrebnih za prikaz hitrosti, FS ali LS ali ali gre za gostitelja ali napravo), saj so vgrajeni v V/I. Vendar ti V/I zahtevajo zaključne upore serije 27Ω (R7 in R8 na sliki 11), nameščene blizu čipa, da bi izpolnili specifikacijo impedance USB.
Čeprav je RP2350 omejen na hitrost prenosa podatkov pri polni hitrosti (12 Mb/s), se moramo potruditi in zagotoviti, da je značilna impedanca prenosnih vodov (bakrene steze, ki povezujejo čip s konektorjem) blizu
Specifikacija USB 90Ω (merjeno diferencialno). Če na plošči debeline 1 mm, kot je ta, uporabimo tire širine 0.8 mm na USB_DP in USB_DM z razmikom 0.15 mm med njima, bi morali dobiti diferencialno karakteristično impedanco okoli 90Ω. To zagotavlja, da lahko signali potujejo po teh prenosnih vodih čim bolj čisto, kar zmanjša voltagodboji, ki lahko zmanjšajo celovitost signala. Da bi ti daljnovodi pravilno delovali, se moramo prepričati, da je neposredno pod njimi ozemljitev. Trdna, neprekinjena površina mletega bakra, ki se razteza po celotni dolžini steze. Pri tej zasnovi je skoraj celotna spodnja bakrena plast ozemljena, posebno pozornost pa je bilo namenjeno zagotavljanju, da sledi USB potekajo le nad tlemi. Če je za vašo konstrukcijo izbran PCB, debelejši od 1 mm, imamo dve možnosti. Lahko bi preoblikovali prenosne linije USB, da bi nadomestili večjo razdaljo med tirnico in tlemi pod njo (kar bi lahko bilo fizično nemogoče), ali pa bi to ignorirali in upali na najboljše. USB FS je lahko precej prizanesljiv, vendar se lahko vaša kilometrina razlikuje. Verjetno bo deloval v številnih aplikacijah, vendar verjetno ne bo združljiv s standardom USB.

V/I glave

Slika 12. Shematski del, ki prikazuje 2.54 mm V/I glave različice QFN60

Poleg že omenjenega priključka USB obstaja par dvovrstnih 2.54-milimetrskih konektorjev (J2 in J3 na sliki 12), eden na vsaki strani plošče, na katerega so bili priključeni preostali V/I. Na RP30A je 2350 GPIO, na RP48B pa 2350 GPIO, zato so glave na tej različici plošče Minimal večje, da omogočajo dodatne zatiče (glejte sliko 13).
Ker je to zasnova splošnega namena, brez posebne uporabe v mislih, so V/I na voljo za povezavo po želji uporabnika. Notranja vrsta zatičev na vsaki glavi so V/I, zunanja vrsta pa je povezana z maso. Dobra praksa je vključiti veliko podlag na V/I konektorje. To pomaga vzdrževati ozemljitev z nizko impedanco in tudi zagotavlja veliko potencialnih povratnih poti za tokove, ki potujejo v in iz
V/I povezave. To je pomembno za zmanjšanje elektromagnetnih motenj, ki jih lahko povzročijo povratni tokovi hitro preklapljajočih se signalov po dolgih, zankastih poteh za dokončanje vezja.

Obe glavi sta na isti mreži 2.54 mm, zaradi česar je povezovanje te plošče z drugimi stvarmi, kot so mizne plošče, lažje. Morda boste želeli razmisliti o namestitvi samo enovrstične glave namesto dvovrstične glave, pri čemer se odrečete zunanji vrsti ozemljitvenih povezav, da bo bolj priročno prileganje na mizo.

Slika 13. Shematski del, ki prikazuje 2.54 mm V/I glave različice QFN80

Konektor za odpravljanje napak

Slika 14. Shematski del, ki prikazuje izbirni priključek JST za odpravljanje napak SWD

Za odpravljanje napak na čipu se boste morda želeli povezati z vmesnikom SWD RP2350. Dva zatiča, SWD in SWCLK, sta na voljo na glavi 2.54 mm, J3, da omogočita preprosto povezavo sonde za odpravljanje napak po vaši izbiri. Poleg tega sem vključil izbirno glavo JST, ki omogoča enostavno povezavo z Raspberry Pi Debug Probe. Tega vam ni treba uporabljati, glave 2.54 mm bodo zadostovale, če nameravate odpravljati napake v programski opremi, vendar se mi zdi to bolj priročno. Izbral sem horizontalni konektor, predvsem zato, ker mi je všeč na videz, tudi če ni na robu plošče, so pa na voljo vertikalni, čeprav z nekoliko drugačnim odtisom.

Gumbi
Minimal dizajn zdaj ne vsebuje enega, ampak dva gumba, kjer različica RP240 ni imela nobenega. Eden je za izbiro zagona prek USB-ja, kot smo že omenili, drugi pa je gumb za ponastavitev, priklopljen na zatič RUN. Nobeden od teh ni nujno potreben (čeprav bi bilo treba gumb BOOTSEL zamenjati z glavo ali podobnim, če bi bil potreben način zagona USB) in ga je mogoče odstraniti, če je prostor ali cena zaskrbljujoča, vendar je zaradi njih uporaba RP2350 zagotovo precejšnja prijetnejša izkušnja.