Manuali i udhëzimeve të mikrokontrolluesit Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Kapitulli 1: Hyrje
Seria RP2350 ofron opsione të ndryshme paketimi në krahasim me serinë RP2040. RP2350A dhe RP2354A vijnë në një paketë QFN-60 pa dhe me memorie të brendshme flash përkatësisht, ndërsa RP2354B dhe RP2350B vijnë në një paketë QFN-80 me dhe pa memorie flash.

Kapitulli 2: Fuqia
Seria RP2350 përmban një vëllim të ri komutues në çiptage rregullator me pesë kunja. Ky rregullator kërkon komponentë të jashtëm për funksionim, por ofron efikasitet më të lartë të energjisë në rryma më të larta të ngarkesës në krahasim me rregullatorin linear në serinë RP2040. Kushtojini vëmendje ndjeshmërisë së zhurmës në pinin VREG_AVDD që furnizon qarkun analog.

Pyetjet e bëra më shpesh (FAQ)

Pyetje: Cili është ndryshimi kryesor midis RP2350A dhe RP2350B?
Përgjigje: Dallimi kryesor qëndron në praninë e ruajtjes së brendshme flash. RP2350A nuk ka memorie të brendshme flash ndërsa RP2350B ka.
P: Sa kunja ka vëllimitagE rregullatori në serinë RP2350 ka?
Përgjigje: VëllimitagRregullatori e në serinë RP2350 ka pesë kunja.

Dizajni i harduerit me RP2350 Përdorimi i mikrokontrolluesve RP2350 për të ndërtuar pllaka dhe produkte

Kolofoni

Ky dokumentacion është i licencuar sipas një Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). data e ndërtimit: 2024-08-08 versioni i ndërtimit: c0acc5b-clean
Njoftim për mohim ligjor

TË DHËNAT TEKNIKE DHE TË BESUESHMËRISË PËR PRODUKTET E RASPBERRY PI (Përfshirë Fletët e të Dhënave) SI TË MODIFIKUARA KOHA NE KOHË (“BURIMET”) SIGUROHEN NGA RASPBERRY PI LTD (“RPL”) “ANYMPLIUTES, IS JO KUFIZUAR NË, GARANCITË E NËNKUPTUARA TË TREGTUESHMËRISË DHE PËRSHTATSHMËRISË PËR NJË QËLLIM TË VEÇANTË JANË REFUZIME. DERI NE SHTESIN MAKSIMAL TË LEJUAR NGA LIGJI NE ASNJË RAST RPL DO TË JETË PËRGJEGJËS PËR ASNJË DREJT, INDIREKT, INCIDENTAL, TË VEÇANTË, SHEMBULL OSE TË PËRFSHIRË TË DËMIT PAJISË, OSE SHËRBIMET HUMBJA E PËRDORIMIT, TË DHËNAT , OSE FITIMET APO NDERPRERJE TE BIZNESIT) SIDO TË SHKAKTUAR DHE PËR ÇDO TEORI PËRGJEGJËSORE, QESHTË NË KONTRATË, PËRGJEGJËSI TË RRETË, OSE DETYRIMI (PERFSHIRË PAQLEDHJEN APO NDRYSHME NGA NDËRMARRJEN E NDËRMARRJES), KËSHILLUAR PËR MUNDËSI E DËMIMIT TË TIJ.
RPL rezervon të drejtën për të bërë çdo përmirësim, përmirësim, korrigjim ose çdo modifikim tjetër në BURIMET ose çdo produkt të përshkruar në to në çdo kohë dhe pa njoftim të mëtejshëm.
BURIMET janë të destinuara për përdorues të aftë me nivele të përshtatshme të njohurive të projektimit. Përdoruesit janë vetëm përgjegjës për zgjedhjen e tyre dhe përdorimin e BURIMEVE dhe çdo aplikim të produkteve të përshkruara në to. Përdoruesi pranon të dëmshpërblejë dhe të mbajë RPL të padëmshme ndaj të gjitha detyrimeve, kostove, dëmeve ose humbjeve të tjera që rrjedhin nga përdorimi i BURIMEVE.

RPL u jep përdoruesve leje për të përdorur BURIMET vetëm në lidhje me produktet Raspberry Pi. Çdo përdorim tjetër i BURIMEVE është i ndaluar. Asnjë licencë nuk i jepet asnjë RPL tjetër ose të drejtës tjetër të pronësisë intelektuale të palës së tretë.
AKTIVITETET ME RREZIK TE LARTE. Produktet e Raspberry Pi nuk janë të dizajnuara, prodhuara ose të destinuara për përdorim në mjedise të rrezikshme që kërkojnë performancë të sigurt për dështimin, si në funksionimin e objekteve bërthamore, sistemet e navigimit ose komunikimit të avionëve, kontrollin e trafikut ajror, sistemet e armëve ose aplikacionet kritike për sigurinë (përfshirë mbështetjen e jetës sisteme dhe pajisje të tjera mjekësore), në të cilat dështimi i produkteve mund të çojë drejtpërdrejt në vdekje, dëmtim personal ose dëmtim të rëndë fizik ose mjedisor ("Aktivitete me rrezik të lartë"). RPL në mënyrë specifike mohon çdo garanci të shprehur ose të nënkuptuar të përshtatshmërisë për Aktivitetet me Rrezik të Lartë dhe nuk pranon asnjë përgjegjësi për përdorimin ose përfshirjen e produkteve Raspberry Pi në Aktivitetet me Rrezik të Lartë.

Produktet Raspberry Pi ofrohen sipas kushteve standarde të RPL. Sigurimi i BURIMEVE nga RPL nuk zgjeron ose modifikon ndryshe Kushtet Standarde të RPL duke përfshirë, por pa u kufizuar në mohimet dhe garancitë e shprehura në to.

Kapitulli 1. Hyrje

Figura 1. Paraqitja 3D e KiCad e modelit RP2350A Minimal example

Kur prezantuam për herë të parë Raspberry Pi RP2040, ne lëshuam gjithashtu një ish të dizajnit 'Minimal'ampdhe udhëzuesin shoqërues Dizajni i harduerit me RP2040, i cili shpresojmë se shpjegon se si RP2040 mund të përdoret në një tabelë të thjeshtë qarku dhe pse janë bërë zgjedhjet e ndryshme të komponentëve. Me ardhjen e serisë RP235x, është koha për të rishikuar modelin origjinal RP2040 Minimal dhe për ta përditësuar atë për të marrë parasysh veçoritë e reja, si dhe për secilin prej varianteve të paketës; RP2350A me paketën e tij QFN-60 dhe RP2350B që është një QFN-80. Përsëri, këto dizajne janë në formatin Kicad (7.0) dhe janë të disponueshme për t'u shkarkuar (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Bordi Minimal
Pllaka origjinale Minimal ishte një përpjekje për të ofruar një dizajn të thjeshtë referimi, duke përdorur minimumin e elementëve të jashtëm të kërkuar për të ekzekutuar RP2040 dhe që të ketë ende të gjithë IO të ekspozuar dhe të aksesueshëm. Ky në thelb përbëhej nga një burim energjie (një rregullator linear 5V deri në 3.3V), oshilator kristal, memorie flash dhe lidhje IO (një fole mikro USB dhe tituj GPIO). Pllakat e reja minimale të serisë RP235x janë kryesisht të njëjta, por me disa ndryshime të nevojshme për shkak të harduerit të ri. Përveç kësaj, dhe pavarësisht se shkoj disi kundër natyrës minimale të dizajnit, unë kam shtuar disa butona për bootsel and run, së bashku me një kokë të veçantë SWD, që duhet të nënkuptojë një përvojë tërësisht më pak frustruese të korrigjimit të gabimeve këtë herë. Modelet nuk kanë nevojë në mënyrë strikte për këto butona, sinjalet janë ende të disponueshme në titujt dhe ato mund të hiqen nëse jeni veçanërisht të vetëdijshëm për koston ose hapësirën ose keni tendenca mazokiste.

Seria RP2040 vs RP235x
Ndryshimi më i dukshëm është tek paketat. Ndërsa RP2040 është një QFN-7 7x56mm, seria RP235x aktualisht ka katër anëtarë të ndryshëm. Ka dy pajisje që ndajnë të njëjtën paketë QFN-60; RP2350A që nuk përmban memorie të brendshme flash, dhe RP2354A që përmban. Në mënyrë të ngjashme, QFN-80 gjithashtu vjen në dy shije; RP2354B me blic dhe RP2350B pa. Pajisjet QFN-60 dhe RP2040 origjinale ndajnë një trashëgimi të përbashkëttage.

Secili prej tyre ka 30 GPIO, katër prej të cilave janë gjithashtu të lidhur me ADC dhe janë me përmasa 7x7 mm. Përkundër kësaj, RP2350A nuk është një zëvendësim për RP2040, pasi numri i kunjave në secilën është i ndryshëm. Në të kundërt, çipat QFN-80 tani kanë 48 GPIO, dhe tetë prej tyre tani janë të aftë për ADC. Për shkak të kësaj, ne tani kemi dy borde Minimal; një për pajisjet me 60 pin dhe një për pajisjet 80. Këto pllaka minimale janë projektuar kryesisht për pjesët pa blic të brendshëm (RP2350), megjithatë dizajnet mund të përdoren lehtësisht me pajisjet e brendshme të blicit (RP2354) thjesht duke lënë jashtë blicin në bord memorie, apo edhe duke e përdorur atë si një pajisje flash dytësore (më shumë për këtë më vonë). Ka pak ndryshim midis dy tabelave, përveç faktit që versioni QFN-80 ka rreshta më të gjatë të titujve për të akomoduar GPIO-në shtesë, dhe bordi është për këtë arsye më i madh.

Përveç paketës, ndryshimi më i madh në nivelin e bordit midis serisë RP235x dhe RP2040 janë furnizimet me energji elektrike. Seria RP235x ka disa kunja të reja të energjisë dhe një rregullator të brendshëm të ndryshëm. Rregullatori linear 100 mA i RP2040 është zëvendësuar me një rregullator komutues 200 mA, dhe si i tillë, ai kërkon një qark shumë specifik dhe pa kujdes të vogël me paraqitjen. Rekomandohet shumë që të ndiqni nga afër përzgjedhjet tona të paraqitjes dhe komponentëve; ne kemi kaluar tashmë dhimbjen e nevojës për të bërë disa përsëritje të dizajnit, kështu që shpresojmë që ju të mos keni nevojë.

Figura 2. Paraqitja 3D e KiCad e modelit RP2350B Minimal example

Dizajni
Synimi i dizajnit minimal p.shamples është krijimi i një palë pllakash të thjeshta duke përdorur serinë RP235x, të cilat duhet të prodhohen me çmim të ulët dhe lehtësisht, pa përdorur teknologji të panevojshme ekzotike PCB. Prandaj, dërrasat minimale janë dizajne me 2 shtresa, duke përdorur komponentë që duhet të jenë zakonisht të disponueshëm dhe të gjithë të montuar në anën e sipërme të tabelës. Ndonëse do të ishte mirë të përdoreshin komponentë të mëdhenj që mund të bashkohen lehtësisht me dorë, hapi i vogël i çipave QFN (0.4 mm) do të thotë se përdorimi i disa komponentëve pasivë 0402 (1005 metrikë) është i pashmangshëm nëse do të përdoren të gjithë GPIO. Ndërsa saldimi me dorë i komponentëve 0402 nuk është shumë sfidues me një hekur saldimi të mirë, është pothuajse e pamundur të bashkohen QFN-të pa pajisje të specializuara.

Gjatë disa seksioneve të ardhshme, unë do të përpiqem të shpjegoj se për çfarë shërben qarku shtesë dhe shpresojmë se si arritëm të bënim zgjedhjet që bëmë. Meqenëse në fakt do të flas për dy modele të veçanta, një për çdo madhësi paketimi, jam përpjekur t'i mbaj gjërat sa më të thjeshta që të mundem. Për aq sa është e mundur, të gjitha referencat e komponentëve për dy bordet janë identike, kështu që nëse i referohem U1, R1, etj, atëherë është njësoj e rëndësishme për të dy bordet. Përjashtim i dukshëm është kur komponenti është vetëm në njërën nga tabelat (në të gjitha rastet, kjo do të jetë në variantin më të madh me 80 pin), atëherë komponenti në fjalë do të jetë vetëm në modelin QFN-80; për shembullample, R13 shfaqet vetëm në këtë tabelë.

Kapitulli 2. Fuqia

Furnizimi me energji i serisë RP235x dhe RP2040 ndryshojnë disi këtë herë, megjithëse në konfigurimin e tij më të thjeshtë, ai ende kërkon dy furnizime, 3.3V dhe 1.1V. Seritë RP235x janë njëkohësisht më të uritur për energji, pasi është performancë më e lartë dhe gjithashtu më e kursyer (kur është në gjendje me fuqi të ulët) sesa paraardhësi i saj, dhe kështu rregullatori linear në RP2040 është përmirësuar me një rregullator komutues. Kjo na mundëson efikasitet më të madh të energjisë në rryma më të larta (deri në 200 mA krahasuar me 100 mA më parë).

Vëllimi i ri në çiptage rregullator

Figura 3. Seksioni skematik që tregon qarkun e brendshëm të rregullatorit

Rregullatori linear i RP2040 kishte dy kunja, një hyrje 3.3V dhe një dalje 1.1V për të furnizuar DVDD-në në çip. Këtë herë, rregullatori i serisë RP235x ka pesë kunja dhe kërkon disa komponentë të jashtëm për ta bërë atë të funksionojë. Ndërsa ky duket paksa një hap prapa për sa i përket përdorshmërisë, rregullatori i ndërrimit ka avantazhintage të qenit më efikas në energji në rryma më të larta të ngarkesës.

Siç sugjeron emri, rregullatori ndez dhe fik me shpejtësi një transistor të brendshëm që lidh volumin e hyrjes 3.3Vtage (VREG_VIN) te kunja VREG_LX, dhe me ndihmën e një induktori (L1) dhe një kondensatori dalës (C7), mund të prodhojë një vëllim dalës DCtage cila është zbritur nga hyrja. Pini VREG_FB monitoron vëllimin e daljestage, dhe rregullon raportin e ndezjes/fikjes së ciklit të kyçjes, për të siguruar që vëllimi i kërkuartage mirëmbahet. Meqenëse rrymat e mëdha kalojnë nga VREG_VIN në VREG_LX, kërkohet një kondensator i madh (C6) afër hyrjes, kështu që ne nuk e prishim shumë furnizimin 3.3V. Duke folur për këto rryma të mëdha komutuese, rregullatori vjen gjithashtu me lidhjen e tij të kthimit në tokë, VREG_PGND. Ngjashëm me VREG_VIN dhe VREG_LX, faqosja e kësaj lidhjeje është kritike, dhe ndërkohë që VREG_PGND duhet të lidhet me GND-në kryesore, duhet bërë në atë mënyrë që të gjitha rrymat e mëdha të ndërrimit të kthehen direkt në pinin PGND, pa e shqetësuar pjesën tjetër të GND shumë.

Pika e fundit është VREG_AVDD, e cila furnizon qarkun analog brenda rregullatorit dhe kjo është shumë e ndjeshme ndaj zhurmës.

Figura 4. Seksioni skematik që tregon paraqitjen e PCB-së së rregullatorit

Paraqitja e rregullatorit në dërrasat minimale pasqyron nga afër atë të Raspberry Pi Pico 2. Një punë e madhe është bërë në hartimin e këtij qarku, me shumë përsëritje të PCB-së që kërkohen për ta bërë atë sa më të mirë që të jetë e mundur. mund. Ndërkohë që mund t'i vendosni këta komponentë në mënyra të ndryshme dhe prapë ta bëni rregullatorin të 'punojë' (d.m.th., të prodhoni një vëllim të daljestagpërafërsisht në nivelin e duhur, mjaftueshëm i mirë për të marrë kodin e ekzekutimit), ne kemi zbuluar se rregullatori ynë duhet të trajtohet saktësisht në mënyrën e duhur për ta mbajtur atë të lumtur, dhe me lumturi, dua të them prodhimin e vëllimit të saktë të daljestage në një sërë kushtesh aktuale të ngarkesës.
Ndërsa kryenim eksperimentet tona për këtë, ne ishim disi të zhgënjyer kur na kujtuan se bota e papërshtatshme e fizikës nuk mund të injorohet gjithmonë. Ne, si inxhinierë, kryesisht përpiqemi dhe bëjmë pikërisht këtë; duke thjeshtuar komponentët, duke injoruar vetitë fizike (shpesh të parëndësishme) dhe në vend të kësaj duke u fokusuar në pronën për të cilën jemi të interesuar.ample, një rezistencë e thjeshtë nuk ka vetëm një rezistencë, por edhe induktivitet, etj. Në rastin tonë, ne (ri)zbuluam se induktorët kanë një fushë magnetike të lidhur me ta, dhe më e rëndësishmja, rrezaton në një drejtim në varësi të asaj drejtimi spiralja. është plagë, dhe drejtimi i rrjedhës së rrymës. Na u kujtua gjithashtu se një induktor 'plotësisht' i mbrojtur nuk do të thotë atë që mendoni se mund të jetë. Fusha magnetike është dobësuar në një masë të madhe, por disa ende ikin. Ne zbuluam se performanca e rregullatorit mund të përmirësohet masivisht nëse induktori është 'mënyra e duhur'.
Rezulton se fusha magnetike që lëshon nga një induktor 'nga rruga e gabuar' ndërhyn me kondensatorin e daljes së rregullatorit (C7), i cili nga ana tjetër prish qarkun e kontrollit brenda RP2350. Me induktorin në orientimin e duhur dhe paraqitjen e saktë dhe përzgjedhjen e komponentëve të përdorur këtu, atëherë ky problem largohet. Padyshim që do të ketë paraqitje të tjera, përbërës, etj, të cilët mund të funksionojnë me një induktor në çdo orientim, por me shumë mundësi do të përdorin shumë më tepër hapësirë PCB për ta bërë këtë. Ne kemi ofruar këtë plan urbanistik të rekomanduar për t'i kursyer njerëzve orët e shumta inxhinierike që kemi shpenzuar për zhvillimin dhe rafinimin e kësaj zgjidhjeje kompakte dhe të sjellshme.
Për më tepër, ne po shkojmë aq larg sa të themi se nëse vendosni të mos përdorni ish-in tonëample, atëherë ju e bëni këtë në rrezikun tuaj. Ashtu siç bëjmë tashmë me RP2040 dhe qarkun kristal, ku ne insistojmë (mirë, sugjerojmë fort) që të përdorni një pjesë të veçantë (ne do ta bëjmë përsëri në seksionin kristal të këtij dokumenti).
Drejtimi i këtyre induktorëve të vegjël shpërfillet pothuajse në mënyrë universale, me orientimin e mbështjelljes së spirales së pamundur për t'u konstatuar, dhe gjithashtu shpërndahet rastësisht përgjatë një mbështjelljeje përbërësish. Përmasat më të mëdha të kasës së induktorit shpesh mund të gjenden të kenë shenja polariteti mbi to, megjithatë nuk mund të gjenim të përshtatshme në madhësinë e kasës 0806 (2016 metrike) që kemi zgjedhur. Për këtë qëllim, ne kemi punuar me Abracon për të prodhuar një pjesë 3.3μH me një pikë për të treguar polaritetin, dhe më e rëndësishmja, ejani në një mbështjell me të gjithë të rreshtuar në të njëjtën mënyrë. TBD janë (ose shumë shpejt) do të vihen në dispozicion të publikut të gjerë nga shpërndarësit. Siç u përmend më herët, furnizimi VREG_AVDD është shumë i ndjeshëm ndaj zhurmës dhe për këtë arsye duhet të filtrohet. Ne zbuluam se meqë VREG_AVDD tërheq vetëm rreth 200μA, një filtër RC prej 33Ω dhe 4.7μF është i mjaftueshëm.
Pra, për të përmbledhur, komponentët e përdorur do të jenë…
- C6, C7 dhe C9 - 4.7μF (0402, 1005 metrikë)
- L1 - Abracon TBD (0806, metrikë 2016)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metrikë)
Fleta e të dhënave RP2350 ka një diskutim më të detajuar mbi rekomandimet e paraqitjes së rregullatorit, ju lutemi shihni kërkesat e komponentëve të jashtëm dhe paraqitjes së PCB-ve.

Furnizimi i hyrjes

Lidhja e energjisë hyrëse për këtë dizajn është nëpërmjet kunjit 5V VBUS të një lidhësi Micro-USB (etiketuar J1 në Figurën 5). Kjo është një metodë e zakonshme e fuqizimit të pajisjeve elektronike dhe ka kuptim këtu, pasi RP2350 ka funksionalitet USB, të cilin do ta lidhim me kunjat e të dhënave të këtij lidhësi. Meqenëse na duhen vetëm 3.3 V për këtë dizajn (furnizimi 1.1 V vjen nga i brendshëm), duhet të ulim furnizimin USB 5V në hyrje, në këtë rast, duke përdorur një tjetër vëllim të jashtëmtage rregullator, në këtë rast një rregullator linear (i njohur ndryshe si rregullator i ulët Drop Out, ose LDO). Pasi kam lartësuar më parë virtytet e përdorimit të një rregullatori komutues efikas, mund të ishte gjithashtu një zgjedhje e mençur të përdoret edhe këtu, por unë kam zgjedhur thjeshtësinë. Së pari, përdorimi i një LDO është pothuajse gjithmonë më i lehtë. Nuk kërkohen llogaritje për të kuptuar se çfarë madhësie induktor duhet të përdorni, ose sa të mëdhenj janë kondensatorët e daljes, dhe faqosja zakonisht është gjithashtu shumë më e drejtpërdrejtë. Së dyti, nuk është qëllimi këtu të shpëtosh çdo pikë të fundit pushteti; nëse do të ishte, unë do të konsideroja seriozisht përdorimin e një rregullatori komutues, dhe ju mund të gjeni një ishampPër ta bërë këtë në Raspberry Pi Pico 2. Dhe së treti, unë thjesht mund të 'huazoj' qarkun që kam përdorur më parë në versionin RP2040 të tabelës Minimal. NCP1117 (U2) i zgjedhur këtu ka një dalje fikse prej 3.3V, është gjerësisht i disponueshëm dhe mund të sigurojë deri në 1A rrymë, e cila do të jetë e mjaftueshme për shumicën e modeleve. Një vështrim në fletën e të dhënave për NCP1117 na tregon se kjo pajisje kërkon një kondensator 10μF në hyrje dhe një tjetër në dalje (C1 dhe C5).

Kondensatorët e shkëputjes

Figura 6. Seksioni skematik që tregon hyrjet e furnizimit me energji RP2350, vëlltage rregullator dhe kondensatorë shkëputës

Një aspekt tjetër i dizajnit të furnizimit me energji janë kondensatorët shkëputës të kërkuar për RP2350. Këto ofrojnë dy funksione bazë. Së pari, ato filtrojnë zhurmën e furnizimit me energji elektrike dhe së dyti, sigurojnë një furnizim lokal me ngarkesë që qarqet brenda RP2350 mund ta përdorin me një njoftim të shkurtër. Kjo parandalon vëlltagNiveli në afërsi nga rënia e tepërt kur kërkesa aktuale rritet papritur. Për shkak të kësaj, është e rëndësishme të vendosni shkëputjen afër kunjave të rrymës. Zakonisht, ne rekomandojmë përdorimin e një kondensatori 100nF për pin fuqie, megjithatë, ne devijojmë nga ky rregull në disa raste.

Figura 7. Seksioni i paraqitjes që tregon drejtimin dhe shkëputjen e RP2350

Së pari, në mënyrë që të mund të kemi hapësirë të mjaftueshme që të gjitha kunjat e çipit të mund të largohen, larg pajisjes, duhet të bëjmë kompromis me sasinë e kondensatorëve shkëputës që mund të përdorim. Në këtë dizajn, kunjat 53 dhe 54 të RP2350A (kunjat 68 dhe 69 të RP2350B) ndajnë një kondensator të vetëm (C12 në figurën 7 dhe figurën 6), pasi nuk ka shumë hapësirë në atë anë të pajisjes dhe përbërësit dhe paraqitja e rregullatorit kanë përparësi.
Kjo mungesë hapësire mund të kapërcehet disi nëse do të përdornim teknologji më komplekse/të shtrenjta, si p.sh. komponentë më të vegjël, ose një PCB me katër shtresa me komponentë në të dy anët e sipërme dhe të poshtme. Ky është një kompromis i dizajnit; ne kemi ulur kompleksitetin dhe koston, në kurriz të paturit më pak kapacitet shkëputës, dhe kondensatorë që janë pak më larg nga çipi se sa është optimale (kjo rrit induktancën). Kjo mund të ketë efektin e kufizimit të shpejtësisë maksimale me të cilën mund të funksionojë dizajni, si voltagFurnizimi mund të bëhet shumë i zhurmshëm dhe të bjerë nën vëllimin minimal të lejuartage; por për shumicën e aplikacioneve, ky kompromis duhet të jetë i pranueshëm.

Devijimi tjetër nga rregulli 100nF është që të mund të përmirësojmë më tej vëllimintage performanca e rregullatorit; ne rekomandojmë përdorimin e një 4.7μF për C10, e cila është e vendosur në anën tjetër të çipit nga rregullatori.

Kapitulli 3. Flash Memoria

Blic primar

Figura 8. Seksioni skematik që tregon memorien primare flash dhe qarkun USB_BOOT

Në mënyrë që të jemi në gjendje të ruajmë kodin e programit nga i cili RP2350 mund të niset dhe ekzekutohet, duhet të përdorim një memorie flash, veçanërisht, një memorie flash me katër SPI. Pajisja e zgjedhur këtu është një pajisje W25Q128JVS (U3 në figurën 8), e cila është një çip 128 Mbit (16 MB). Kjo është madhësia më e madhe e memories që mund të mbështesë RP2350. Nëse aplikacioni juaj i veçantë nuk ka nevojë për aq hapësirë ruajtëse, atëherë mund të përdoret një memorie më e vogël dhe më e lirë.
Duke qenë se ky autobus mund të jetë me frekuencë mjaft të lartë dhe përdoret rregullisht, kunjat QSPI të RP2350 duhet të lidhen drejtpërdrejt me blicin, duke përdorur lidhje të shkurtra për të ruajtur integritetin e sinjalit dhe për të reduktuar gjithashtu ndërlidhjen në qarqet përreth. Crosstalk është vendi ku sinjalet në një rrjet qark mund të nxisin vëllim të padëshiruartages në një qark fqinj, duke shkaktuar potencialisht gabime.

Sinjali QSPI_SS është një rast i veçantë. Ai është i lidhur drejtpërdrejt me blicin, por gjithashtu ka dy rezistorë (epo, katër, por do të vazhdoj me këtë më vonë) të lidhura me të. E para (R1) është një tërheqje në furnizimin 3.3V. Memoria flash kërkon që hyrja e përzgjedhjes së çipit të jetë në të njëjtin vëllimtage si pinin e vet të furnizimit 3.3V ndërsa pajisja ndizet, përndryshe nuk funksionon siç duhet. Kur RP2350 ndizet, pini i tij QSPI_SS do të jetë automatikisht i paracaktuar në një pull-up, por ka një periudhë të shkurtër kohe gjatë ndezjes ku gjendja e pinit QSPI_SS nuk mund të garantohet. Shtimi i një rezistence tërheqëse siguron që kjo kërkesë do të përmbushet gjithmonë. R1 është shënuar si DNF (Do Not Fit) në skemë, pasi kemi gjetur se me këtë pajisje të veçantë flash, tërheqja e jashtme është e panevojshme. Megjithatë, nëse përdoret një blic tjetër, mund të bëhet e rëndësishme që të jeni në gjendje të futni një rezistencë 10 kΩ këtu, kështu që është përfshirë për çdo rast.
Rezistenca e dytë (R6) është një rezistencë 1kΩ, e lidhur me një buton shtytës (SW1) të emërtuar "USB_BOOT". Kjo ndodh sepse pini QSPI_SS përdoret si 'rrip boot'; RP2350 kontrollon vlerën e kësaj I/O gjatë sekuencës së nisjes dhe nëse zbulohet se është 0 logjike, atëherë RP2350 kthehet në modalitetin BOOTSEL, ku RP2350 prezantohet si një pajisje ruajtëse masive USB dhe kodi mund të kopjohet drejtpërdrejt ndaj saj. Nëse thjesht shtypim butonin, e tërheqim pinin QSPI_SS në tokë dhe nëse pajisja më pas rivendoset (p.sh. duke ndërruar kutinë RUN), RP2350 do të riniset në modalitetin BOOTSEL në vend që të përpiqet të ekzekutojë përmbajtjen e blicit. Këto rezistorë, R2 dhe R6 (R9 dhe R10 gjithashtu), duhet të vendosen afër çipit flash, kështu që ne shmangim gjatësi shtesë të gjurmëve të bakrit që mund të ndikojnë në sinjal.
Të gjitha sa më sipër zbatohen në mënyrë specifike për RP2350, i cili nuk ka blic të brendshëm. Sigurisht, pajisjet RP2354 kanë memorie flash të brendshme 2 MB, kështu që memoria e jashtme U3 nuk kërkohet, kështu që U3 mund të hiqet në mënyrë të sigurt nga skema, ose thjesht të lihet e papopulluar. Në secilin prej këtyre rasteve, do të dëshironim të mbajmë të lidhur çelësin USB_BOOT me QSPI_SS, në mënyrë që të mund të hyjmë përsëri në modalitetin e nisjes USB.

Blic sekondar ose PSRAM

Seria RP235x tani mbështet një pajisje të dytë memorie duke përdorur të njëjtat kunja QSPI, me një GPIO që siguron zgjedhjen shtesë të çipit. Pra, nëse po përdorim një RP2354 (i cili ka blic të brendshëm), atëherë mund të përdorim U3 si një blic dytësor, ose edhe ta zëvendësojmë me një pajisje PSRAM. Për ta bërë këtë, ne duhet të shkëputim QSPI_SS nga U3, dhe në vend të kësaj ta lidhim atë me një GPIO të përshtatshme. GPIO më i afërt i aftë për të qenë një përzgjedhje çipi (XIP_CS1n) është GPIO0, kështu që duke hequr 0Ω nga R10 dhe duke e vendosur në R9, tani mund të aksesojmë U3 përveç blicit në çip. Në mënyrë që të përfitoni plotësishttage të kësaj veçorie, ku kemi dy pajisje memorie të jashtme në mënyrë që pjesët RP2350 pa flash të mund të përfitojnë, më e madhja nga dy tabelat Minimal, për RP2350B, përfshin një gjurmë opsionale (U4) për një çip shtesë memorie.

Figura 9. Seksioni skematik që tregon pajisjen opsionale të memories dytësore

Për të qenë në gjendje të përdorni këtë pajisje, padyshim që do të duhet të jetë e mbushur , si dhe R11 (0Ω) dhe R13 (10KΩ). Shtimi i R11 lidh GPIO0 (sinjalin XIP_CS1n) me përzgjedhjen e çipit të memories së dytë. Tërheqja në pinin e përzgjedhjes së çipit është patjetër e nevojshme këtë herë, pasi gjendja e parazgjedhur e GPIO0 duhet të tërhiqet në nivele të ulëta kur ndizet, gjë që do të bënte që pajisja jonë flash të dështonte. C22 do të nevojitej gjithashtu për të siguruar shkëputjen e furnizimit me energji lokale për U4.

Çipa flash të mbështetur
Sekuenca fillestare e sondës së blicit, e përdorur nga fundi për të nxjerrë s-të e dytëtage nga flashi, përdor një komandë leximi serik 03h, me adresim 24-bit dhe një orë serike prej afërsisht 1 MHz. Ai qarkullon në mënyrë të përsëritur përmes katër kombinimeve të polaritetit të orës dhe fazës së orës, duke kërkuar për një sekondë të vlefshmetage CRC32 checksum.
Ndërsa shekulli i dytëtage më pas është i lirë të konfigurojë ekzekutimin në vend duke përdorur të njëjtën komandë leximi serik 03h, RP2350 mund të kryejë ekzekutimin e blicit të memorizuar në vend me çdo çip që mbështet leximin serial 03 orë me adresim 24-bit, i cili përfshin shumicën e pajisjeve flash të serive 25 . SDK ofron një ishample dytë stage për CPOL=0 CPHA=0, në https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Për të mbështetur programimin flash duke përdorur rutinat në fund, pajisja duhet t'u përgjigjet gjithashtu komandave të mëposhtme:

Program faqe 02h 256 byte
Lexohet regjistri i statusit 05h
06h set shkrim aktivizimi shul

20 orë fshirje sektori 4 kB

RP2350 gjithashtu mbështet një shumëllojshmëri të gjerë të mënyrave të aksesit me dy SPI dhe QSPI. Për shembullample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S konfiguron një pajisje të serisë Winbond W25Q për modalitetin e leximit të vazhdueshëm me katër IO, ku RP2350 dërgon adresa quad-IO (pa një prefiks komandimi) dhe flashi përgjigjet me të dhëna quad-IO.

Duhet pak kujdes me modalitetet flash XIP ku pajisja flash ndalon t'u përgjigjet komandave standarde serike, si modaliteti i leximit të vazhdueshëm Winbond i përmendur më sipër. Kjo mund të shkaktojë probleme kur RP2350 rivendoset, por pajisja e blicit nuk është me ciklin elektrik, sepse blici nuk do t'i përgjigjet sekuencës së sondës së blicit të bootromit. Përpara lëshimit të leximit serial 03h, bootrom lëshon gjithmonë sekuencën fikse të mëposhtme, e cila është një sekuencë e përpjekjeve më të mira për ndërprerjen e XIP në një sërë pajisjesh flash:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (nëpërmjet tërheqjeve për të shmangur grindjet), lëshon orë ×32
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (nëpërmjet tërheqjeve për të shmangur grindjet), lëshon orë ×32
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (drejtuar low-Z, të gjitha hyrjet/hyrjet e tjera Hi-Z), lëshon orë ×16

Nëse pajisja juaj e zgjedhur nuk i përgjigjet kësaj sekuence kur është në modalitetin e saj të leximit të vazhdueshëm, atëherë ajo duhet të mbahet në një gjendje ku çdo transferim është i prefiksuar nga një komandë serike, përndryshe RP2350 nuk do të mund të rikuperohet pas një rivendosjeje të brendshme.
Për më shumë detaje mbi QSPI, ju lutemi shihni Ndërfaqen e memories QSPI (QMI) në fletën e të dhënave RP2350.

Kapitulli 4. Oscilatori kristal

Figura 10. Seksioni skematik që tregon oshilatorin kristal dhe kondensatorët e ngarkesës

Në mënyrë të rreptë, RP2350 nuk kërkon një burim të jashtëm të orës, pasi ka oshilatorin e vet të brendshëm. Megjithatë, meqenëse frekuenca e këtij oshilatori të brendshëm nuk është e përcaktuar mirë ose e kontrolluar, e cila ndryshon nga çipi në tjetrin, si dhe me vëllime të ndryshme furnizimitages dhe temperaturat, rekomandohet përdorimi i një burimi të qëndrueshëm të frekuencës së jashtme. Aplikacionet që mbështeten në frekuencat e sakta nuk janë të mundshme pa një burim të jashtëm frekuencash, pasi USB është një shembull kryesor.ample.
Sigurimi i një burimi të jashtëm të frekuencës mund të bëhet në njërën nga dy mënyrat: ose duke siguruar një burim orë me një dalje CMOS (vala katrore e IOVDD voltage) në pinin XIN, ose duke përdorur një kristal 12 MHz të lidhur mes tyre
XIN dhe XOUT. Përdorimi i një kristali është opsioni i preferuar këtu, pasi ato janë të dyja relativisht të lira dhe shumë të sakta.

Kristali i zgjedhur për këtë dizajn është një ABM8-272-T3 (Y1 në Figurën 10). Ky është i njëjti kristal 12 MHz i përdorur në Raspberry Pi Pico dhe Raspberry Pi Pico 2. Ne rekomandojmë shumë përdorimin e këtij kristali së bashku me qarkun shoqërues për të siguruar që ora të fillojë shpejt në të gjitha kushtet pa dëmtuar vetë kristalin. Kristali ka një tolerancë të frekuencës 30 ppm, e cila duhet të jetë mjaft e mirë për shumicën e aplikacioneve. Së bashku me një tolerancë të frekuencës prej +/-30 ppm, ai ka një ESR maksimale prej 50 Ω dhe një kapacitet ngarkese prej 10 pF, të cilat të dyja kishin një ndikim në zgjedhjen e komponentëve shoqërues.
Që një kristal të lëkundet në frekuencën e dëshiruar, prodhuesi specifikon kapacitetin e ngarkesës që i nevojitet për ta bërë këtë, dhe në këtë rast, është 10 pF. Kjo kapacitet ngarkese arrihet duke vendosur dy kondensatorë me vlerë të barabartë, një në secilën anë të kristalit në tokë (C3 dhe C4). Nga pika e kristalit të view, këta kondensatorë janë të lidhur në seri midis dy terminaleve të tij. Teoria bazë e qarkut na thotë se ato kombinohen për të dhënë një kapacitet prej (C3*C4)/(C3+C4), dhe si C3=C4, atëherë është thjesht C3/2. Në këtë ishample, ne kemi përdorur kondensatorë 15pF, kështu që kombinimi i serisë është 7.5pF. Përveç kësaj kapaciteti të ngarkesës së qëllimshme, duhet të shtojmë gjithashtu një vlerë për kapacitetin shtesë të paqëllimshëm, ose kapacitetin parazitar, që marrim nga gjurmët PCB dhe kunjat XIN dhe XOUT të RP2350. Ne do të supozojmë një vlerë prej 3pF për këtë, dhe duke qenë se kjo kapacitet është paralelisht me C3 dhe C4, ne thjesht e shtojmë këtë për të na dhënë një kapacitet total ngarkese prej 10.5pF, që është mjaft afër objektivit prej 10pF. Siç mund ta shihni, kapaciteti parazitar i gjurmëve të PCB-ve është një faktor, dhe për këtë arsye ne duhet t'i mbajmë ato të vogla në mënyrë që të mos e shqetësojmë kristalin dhe ta ndalojmë atë të lëkundet siç synohet. Provoni dhe mbani paraqitjen sa më të shkurtër që të jetë e mundur.
Konsiderata e dytë është ESR maksimale (rezistenca ekuivalente e serisë) e kristalit. Ne kemi zgjedhur një pajisje me një maksimum prej 50Ω, pasi kemi gjetur se kjo, së bashku me një rezistencë të serisë 1kΩ (R2), është një vlerë e mirë për të parandaluar që kristali të mbingarkohet dhe të dëmtohet kur përdorni një IOVDD. niveli 3.3V. Sidoqoftë, nëse IOVDD është më pak se 3.3 V, atëherë rryma e drejtimit të kunjave XIN/XOUT zvogëlohet dhe do të zbuloni se amplituda e kristalit është më e ulët, ose mund të mos lëkundet fare. Në këtë rast, do të duhet të përdoret një vlerë më e vogël e rezistencës së serisë. Çdo devijim nga qarku kristal i paraqitur këtu, ose me një nivel IOVDD të ndryshëm nga 3.3 V, do të kërkojë testim të gjerë për të siguruar që kristali të lëkundet në të gjitha kushtet dhe të ndizet mjaft shpejt në mënyrë që të mos shkaktojë probleme me aplikacionin tuaj.

Kristal i rekomanduar

Për dizajne origjinale që përdorin RP2350, ne rekomandojmë përdorimin e Abracon ABM8-272-T3. Për shembullample, përveç dizajnit minimal p.shample, shihni skemën e tabelës Pico 2 në Shtojcën B të fletës së të dhënave Raspberry Pi Pico 2 dhe modelin Pico 2 files.
Për performancën dhe stabilitetin më të mirë në intervalet tipike të temperaturës së funksionimit, përdorni Abracon ABM8-272-T3. Ju mund ta merrni ABM8-272-T3 direkt nga Abracon ose nga një rishitës i autorizuar. Pico 2 është akorduar posaçërisht për ABM8-272-T3, i cili ka specifikimet e mëposhtme:

Edhe nëse përdorni një kristal me specifika të ngjashme, do t'ju duhet të provoni qarkun në një sërë temperaturash për të siguruar stabilitet.
Oscilatori kristal mundësohet nga IOVDD voltage. Si rezultat, kristali Abracon dhe ai d i veçantëampRezistenca ing janë akorduar për funksionimin 3.3V. Nëse përdorni një vëllim të ndryshëm IOtage, do t'ju duhet të riakordoni.
Çdo ndryshim në parametrat e kristalit rrezikon paqëndrueshmërinë në të gjithë komponentët e lidhur me qarkun kristal.

Nëse nuk mund ta merrni kristalin e rekomanduar drejtpërdrejt nga Abracon ose një shitës, kontaktoni applications@raspberrypi.com.

Kapitulli 5. IO

USB
Figura 11. Seksioni skematik që tregon kunjat USB të RP2350 dhe përfundimin e serisë

RP2350 ofron dy kunja për t'u përdorur për USB me shpejtësi të plotë (FS) ose me shpejtësi të ulët (LS), qoftë si host ose pajisje, në varësi të softuerit të përdorur. Siç e kemi diskutuar tashmë, RP2350 mund të niset gjithashtu si një pajisje ruajtëse masive USB, kështu që lidhja e këtyre kunjave në lidhësin USB (J1 në Figurën 5) ka kuptim. Kunjat USB_DP dhe USB_DM në RP2350 nuk kërkojnë ndonjë tërheqje ose zbritje shtesë (kërkohet për të treguar shpejtësinë, FS ose LS, ose nëse është një host ose pajisje), pasi këto janë të integruara në I/O. Megjithatë, këto I/O kërkojnë rezistorë përfundimi të serisë 27Ω (R7 dhe R8 në Figurën 11), të vendosura afër çipit, në mënyrë që të plotësojnë specifikimet e rezistencës së USB-së.
Edhe pse RP2350 është i kufizuar në shpejtësinë e plotë të të dhënave (12 Mbps), ne duhet të përpiqemi dhe të sigurohemi që impedanca karakteristike e linjave të transmetimit (gjurmët e bakrit që lidhin çipin me lidhësin) të jenë afër
Specifikimi USB prej 90Ω (i matur në mënyrë diferenciale). Në një tabelë me trashësi 1 mm si kjo, nëse përdorim gjurmët 0.8 mm të gjera në USB_DP dhe USB_DM, me një hendek prej 0.15 mm midis tyre, duhet të marrim një rezistencë karakteristike diferenciale prej rreth 90Ω. Kjo është për të siguruar që sinjalet të mund të udhëtojnë përgjatë këtyre linjave të transmetimit sa më pastër që të jetë e mundur, duke minimizuar vëllimintage reflektime të cilat mund të zvogëlojnë integritetin e sinjalit. Në mënyrë që këto linja transmetimi të funksionojnë siç duhet, duhet të sigurohemi që direkt poshtë këtyre linjave të ketë një tokë. Një zonë e fortë, e pandërprerë prej bakri të bluar, që shtrihet në të gjithë gjatësinë e pistës. Në këtë dizajn, pothuajse e gjithë shtresa e poshtme e bakrit i kushtohet tokëzimit dhe kujdes i veçantë është kushtuar për t'u siguruar që gjurmët USB të kalojnë mbi asgjë tjetër përveç tokës. Nëse zgjidhet një PCB më e trashë se 1 mm për ndërtimin tuaj, atëherë kemi dy opsione. Ne mund të ri-inxhinierojmë linjat e transmetimit USB për të kompensuar distancën më të madhe midis pistës dhe tokës poshtë (gjë që mund të jetë e pamundur fizike), ose mund ta injorojmë atë dhe të shpresojmë për më të mirën. USB FS mund të jetë mjaft falës, por kilometrazhi juaj mund të ndryshojë. Ka të ngjarë të funksionojë në shumë aplikacione, por ndoshta nuk do të jetë në përputhje me standardin USB.

Titujt I/O

Figura 12. Seksioni skematik që tregon titujt I/O 2.54 mm të versionit QFN60

Përveç lidhësit USB të përmendur tashmë, ka një palë koka me dy rreshta 2.54 mm (J2 dhe J3 në figurën 12), një në secilën anë të tabelës, me të cilat është lidhur pjesa tjetër e hyrjes/daljes. Ka 30 GPIO në RP2350A, ndërsa ka 48 GPIO në RP2350B, kështu që titujt në këtë version të tabelës Minimal janë më të mëdhenj për të lejuar kunjat shtesë (shih Figurën 13).
Duke qenë se ky është një dizajn për qëllime të përgjithshme, pa asnjë aplikim të veçantë në mendje, I/O janë vënë në dispozicion për t'u lidhur sipas dëshirës së përdoruesit. Rreshti i brendshëm i kunjave në secilën kokë janë I/O dhe rreshti i jashtëm janë të gjitha të lidhura me tokën. Është praktikë e mirë të përfshihen shumë baza në lidhësit I/O. Kjo ndihmon për të mbajtur një terren me rezistencë të ulët, dhe gjithashtu për të siguruar shumë shtigje të mundshme kthimi për rrymat që udhëtojnë drejt dhe nga
Lidhjet I/O. Kjo është e rëndësishme për të minimizuar interferencat elektromagnetike që mund të shkaktohen nga rrymat e kthimit të sinjaleve të ndërrimit të shpejtë që marrin shtigje të gjata e të rrotulluara për të përfunduar qarkun.

Të dy titujt janë në të njëjtin rrjet 2.54 mm, gjë që e bën më të lehtë lidhjen e kësaj dërrase me gjëra të tjera, si p.sh. Ju mund të mendoni të vendosni vetëm një kokë të rreshtit të vetëm në vend të kokës së dyfishtë të rreshtit, duke mos përdorur rreshtin e jashtëm të lidhjeve të tokës, për ta bërë më të përshtatshëm vendosjen në një tabelë buke.

Figura 13. Seksioni skematik që tregon titujt I/O 2.54 mm të versionit QFN80

Lidhësi i korrigjimit

Figura 14. Seksioni skematik që tregon lidhësin opsional JST për korrigjimin e SWD

Për korrigjimin e gabimeve në çip, mund të dëshironi të lidheni me ndërfaqen SWD të RP2350. Dy kunjat, SWD dhe SWCLK, janë të disponueshme në kokën 2.54 mm, J3, për të lejuar që sonda e korrigjimit të zgjedhjes suaj të lidhet lehtësisht. Përveç kësaj, unë kam përfshirë një kokë opsionale JST, e cila lejon një lidhje të lehtë me Raspberry Pi Debug Probe. Ju nuk keni nevojë ta përdorni këtë, titujt 2.54 mm do të mjaftojnë nëse keni ndërmend të korrigjoni softuerin, por unë e shoh më të përshtatshëm për ta bërë këtë. Kam zgjedhur një lidhës horizontal, kryesisht sepse më pëlqen pamja e tij, edhe nëse nuk është në buzë të tabelës, por ato vertikale janë të disponueshme, megjithëse me një gjurmë paksa të ndryshme.

Butonat
Dizajni Minimal tani përmban jo një, por dy butona, ku versioni RP240 nuk kishte asnjë. Njëra është për zgjedhjen e boot USB siç kemi diskutuar më parë, por e dyta është një buton 'rivendosje', i lidhur me pinin RUN. Asnjëra nga këto nuk është rreptësisht e nevojshme (megjithëse butoni BOOTSEL do të duhej të zëvendësohej me një kokë ose të ngjashme nëse kërkohej modaliteti i nisjes USB), dhe mund të hiqet nëse hapësira ose kostoja është një shqetësim, por sigurisht që e bëjnë përdorimin e RP2350 larg. përvojë më e këndshme.

Shtojca A: Versioni Skematik i plotë -RP2350A

Figura 15. Skema e plotë e Projektimit Minimal për RP2350A

Shtojca B: Versioni Skematik i plotë -RP2350B

Figura 16. Skema e plotë e Projektimit Minimal për RP2350B

Shtojca H: Historia e Publikimit të Dokumentacionit

8 gusht 2024
Lëshimi fillestar.

i Raspberry Pi
Raspberry Pi është një markë tregtare e Raspberry Pi Ltd
Raspberry Pi Ltd

Dokumentet / Burimet

Mikrokontrollues Raspberry Pi SC1631 Raspberry [pdf] Manuali i Udhëzimeve
SC1631 Mikrokontrollues Raspberry, SC1631, Mikrokontrollues Raspberry, Mikrokontrollues

Referencat

Manuali i Përdoruesit

Mikrokontrollues Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Udhëzimet e përdorimit të produktit