Raspberry Pi SC1631 Raspberry Microcontroller Manwal ng Pagtuturo

Kabanata 1: Panimula
Nag-aalok ang serye ng RP2350 ng iba't ibang opsyon sa pakete kumpara sa serye ng RP2040. Ang RP2350A at RP2354A ay nasa QFN-60 package na walang at may panloob na flash storage ayon sa pagkakabanggit, habang ang RP2354B at RP2350B ay nasa QFN-80 package na may at walang flash storage.

Kabanata 2: Kapangyarihan
Nagtatampok ang serye ng RP2350 ng bagong on-chip switching voltage regulator na may limang pin. Ang regulator na ito ay nangangailangan ng mga panlabas na bahagi para sa operasyon ngunit nag-aalok ng mas mataas na power efficiency sa mas mataas na load currents kumpara sa linear regulator sa RP2040 series. Bigyang-pansin ang sensitivity ng ingay sa VREG_AVDD pin na nagbibigay ng analog circuitry.

Mga Madalas Itanong (FAQ)

Q: Ano ang pangunahing pagkakaiba sa pagitan ng RP2350A at RP2350B?
A: Ang pangunahing pagkakaiba ay nasa pagkakaroon ng panloob na imbakan ng flash. Ang RP2350A ay walang panloob na flash storage habang ang RP2350B ay mayroon.
Q: Ilang pin ang ginagawa ng voltage regulator sa RP2350 series mayroon?
A: Ang voltage regulator sa RP2350 series ay may limang pin.

Disenyo ng hardware na may RP2350 Paggamit ng RP2350 microcontrollers upang bumuo ng mga board at produkto

Colophon

Ang dokumentasyong ito ay lisensyado sa ilalim ng Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). build-date: 2024-08-08 build-version: c0acc5b-clean
Paunawa sa legal na disclaimer

TEKNIKAL AT PAGKAAASAHAN NA DATA PARA SA MGA PRODUKTO NG RASPBERRY PI (KASAMA ANG MGA DATASHEETS) NA BINABAGO PAminsan-minsan (“MGA YAMAN”) AY IBINIBIGAY NG RASPBERRY PI LTD (“RPL”) “AS IS” AT ANUMANG TAHAS O IPINAHIWATIG NA WARRANTY, HINDI KASAMA, SA, ANG IPINAHIWATIT NA WARRANTY NG KINAKAILANGAN AT KAANGKUPAN PARA SA ISANG PARTIKULAR NA LAYUNIN AY ITINATAWANG. HANGGANG SA LABAS NA PINAHIHINTULUTAN NG NAAANGKOP NA BATAS SA KAHIT KAHIT WALANG PANANAGUTAN ANG RPL PARA SA ANUMANG DIREKTA, DI DIREKTA, NAGSASABI, ESPESYAL, HUWAG, O KINAHIHINUNGANG MGA PINSALA (KASAMA, PERO HINDI LIMITADO SA, PAGBIBIGAY NG MGA KAPALIT NA MGA SERBISYO; , O MGA KITA; O PAG-ALAM SA NEGOSYO) GAANO MAN ANG SANHI AT SA ANUMANG TEORYA NG PANANAGUTAN, SA KONTRATA MAN, MAHIGPIT NA PANANAGUTAN, O TORT (KASAMA ANG PAGPAPABAYA O IBA PA) NA NAGMULA SA ANUMANG PARAAN NG PAGGAMIT NG MGA RESOURCES, KAHIT NA IBIBIGAY NG MGA KASUNDUAN PINSALA.
Inilalaan ng RPL ang karapatan na gumawa ng anumang mga pagpapahusay, pagpapahusay, pagwawasto o anumang iba pang mga pagbabago sa RESOURCES o anumang mga produktong inilarawan sa mga ito anumang oras at nang walang karagdagang abiso.
Ang RESOURCES ay inilaan para sa mga bihasang user na may angkop na antas ng kaalaman sa disenyo. Ang mga gumagamit ay tanging responsable para sa kanilang pagpili at paggamit ng MGA RESOURCES at anumang aplikasyon ng mga produktong inilarawan sa kanila. Sumasang-ayon ang user na magbayad ng danyos at panatilihing hindi nakakapinsala ang RPL laban sa lahat ng pananagutan, gastos, pinsala o iba pang pagkalugi na nagmumula sa kanilang paggamit ng RESOURCES.

Binibigyan ng RPL ang mga user ng pahintulot na gamitin ang RESOURCES kasabay lamang ng mga produktong Raspberry Pi. Ang lahat ng iba pang paggamit ng RESOURCES ay ipinagbabawal. Walang lisensya ang ibinibigay sa anumang ibang RPL o iba pang third party na karapatan sa intelektwal na ari-arian.
MGA AKTIBIDAD NA MATAAS NA PANGANIB. Ang mga produkto ng Raspberry Pi ay hindi idinisenyo, ginawa o inilaan para gamitin sa mga mapanganib na kapaligiran na nangangailangan ng hindi ligtas na pagganap, tulad ng sa pagpapatakbo ng mga pasilidad ng nuklear, nabigasyon ng sasakyang panghimpapawid o mga sistema ng komunikasyon, kontrol sa trapiko sa himpapawid, mga sistema ng armas o mga aplikasyong kritikal sa kaligtasan (kabilang ang suporta sa buhay. system at iba pang mga medikal na aparato), kung saan ang pagkabigo ng mga produkto ay maaaring direktang humantong sa kamatayan, personal na pinsala o malubhang pisikal o pinsala sa kapaligiran ("Mga Aktibidad na Mataas na Panganib"). Partikular na itinatanggi ng RPL ang anumang ipinahayag o ipinahiwatig na warranty ng pagiging angkop para sa Mga Aktibidad na Mataas ang Panganib at hindi tumatanggap ng pananagutan para sa paggamit o pagsasama ng mga produkto ng Raspberry Pi sa Mga Aktibidad na Mataas ang Panganib.

Ang mga produktong Raspberry Pi ay ibinibigay alinsunod sa Mga Karaniwang Tuntunin ng RPL. Ang probisyon ng RPL ng RESOURCES ay hindi nagpapalawak o kung hindi man ay nagbabago sa Mga Karaniwang Tuntunin ng RPL kabilang ngunit hindi limitado sa mga disclaimer at warranty na ipinahayag sa kanila.

Kabanata 1. Panimula

Figure 1. KiCad 3D rendering ng RP2350A Minimal na disenyo example

Noong una naming ipinakilala ang Raspberry Pi RP2040, naglabas din kami ng 'Minimal' na disenyong example at kasamang gabay na disenyo ng Hardware na may RP2040 na sana ay ipinaliwanag kung paano magagamit ang RP2040 sa isang simpleng circuit board, at kung bakit ginawa ang iba't ibang mga pagpipilian sa bahagi. Sa pagdating ng serye ng RP235x, oras na upang muling bisitahin ang orihinal na RP2040 Minimal na disenyo, at i-update ito upang isaalang-alang ang mga bagong feature, at gayundin para sa bawat variant ng package; ang RP2350A kasama ang QFN-60 package nito, at ang RP2350B na isang QFN-80. Muli, ang mga disenyong ito ay nasa Kicad (7.0) na format, at magagamit upang i-download (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Ang Minimal Board
Ang orihinal na Minimal board ay isang pagtatangka na magbigay ng isang simpleng reference na disenyo, gamit ang kaunting mga panlabas na bahagi na kinakailangan upang patakbuhin ang RP2040 at mayroon pa ring lahat ng IO na nakalantad at naa-access. Ito ay mahalagang binubuo ng isang power source (isang 5V hanggang 3.3V linear regulator), crystal oscillator, flash memory, at mga koneksyon sa IO (isang micro USB socket at GPIO header). Ang bagong RP235x series na Minimal boards ay halos pareho, ngunit may ilang mga pagbabago na kinakailangan dahil sa bagong hardware. Bilang karagdagan dito, at sa kabila ng medyo labag sa kaunting katangian ng disenyo, nagdagdag ako ng ilang mga pindutan para sa bootsel at run, kasama ang isang hiwalay na header ng SWD, na dapat ay nangangahulugan ng isang hindi gaanong nakakadismaya na karanasan sa pag-debug sa pagkakataong ito. Ang mga disenyo ay hindi mahigpit na nagsasalita ay nangangailangan ng mga pindutang ito, ang mga signal ay magagamit pa rin sa mga header, at ang mga ito ay maaaring tanggalin kung ikaw ay partikular sa gastos o space conscious, o may mga masokistang tendensya.

RP2040 vs RP235x series
Ang pinaka-halatang pagbabago ay nasa mga pakete. Samantalang ang RP2040 ay isang 7x7mm QFN-56, ang RP235x series ay kasalukuyang mayroong apat na magkakaibang miyembro. Mayroong dalawang device na nagbabahagi ng parehong QFN-60 package; ang RP2350A na hindi naglalaman ng panloob na flash storage, at ang RP2354A na mayroon. Katulad nito, ang QFN-80 ay mayroon ding dalawang lasa; ang RP2354B na may flash, at ang RP2350B na wala. Ang mga QFN-60 device at ang orihinal na RP2040 ay nagbabahagi ng isang karaniwang heritage.

Ang bawat isa ay may 30 GPIO, apat sa mga ito ay konektado din sa ADC, at 7x7mm ang laki. Sa kabila nito, ang RP2350A ay hindi isang drop-in na kapalit para sa RP2040, dahil ang bilang ng mga pin sa bawat isa ay iba. Sa kabaligtaran, ang QFN-80 chips ay mayroon na ngayong 48 GPIO, at walo sa mga ito ay may kakayahang ADC na ngayon. Dahil dito, mayroon na tayong dalawang Minimal boards; isa para sa 60 pin device, at isa para sa 80. Ang Minimal na board na ito ay pangunahing idinisenyo para sa mga bahaging walang panloob na flash (RP2350), gayunpaman, ang mga disenyo ay madaling magamit kasama ng mga panloob na flash device (RP2354) sa pamamagitan lamang ng pag-alis sa onboard flash memorya, o kahit na ginagamit ito bilang pangalawang flash device (higit pa tungkol dito sa ibang pagkakataon). Mayroong maliit na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang board, maliban sa katotohanan na ang QFN-80 na bersyon ay may mas mahabang hanay ng mga header upang ma-accommodate ang dagdag na GPIO, at ang board ay samakatuwid ay mas malaki.

Bukod sa package, ang pinakamalaking pagkakaiba sa antas ng board sa pagitan ng RP235x series at RP2040 ay ang mga power supply. Ang serye ng RP235x ay may ilang bagong power pin, at ibang internal regulator. Ang 100mA linear regulator ng RP2040 ay pinalitan ng isang 200mA switching regulator, at dahil dito, nangangailangan ito ng ilang napaka-espesipikong circuitry, at walang kaunting pag-aalaga sa layout. Lubos na inirerekomenda na sundin mong mabuti ang aming layout at mga pagpipilian sa bahagi; napagdaanan na namin ang sakit na kailangang gumawa ng ilang pag-ulit ng disenyo, kaya sana ay hindi mo na kailanganin.

Figure 2. KiCad 3D rendering ng RP2350B Minimal na disenyo example

Ang Disenyo
Ang intensyon ng Minimal na disenyo halamples ay upang lumikha ng isang pares ng mga simpleng board gamit ang RP235x series, na dapat ay mura at madaling gawa, nang hindi gumagamit ng hindi kinakailangang mga kakaibang teknolohiya ng PCB. Ang Minimal na mga board ay 2 layer na disenyo, gamit ang mga bahagi na dapat ay karaniwang magagamit, at lahat ay naka-mount sa tuktok na bahagi ng board. Bagama't mainam na gumamit ng malalaki, madaling hand-solder na bahagi, ang maliit na pitch ng QFN chips (0.4mm) ay nangangahulugan na ang paggamit ng ilang 0402 (1005 metric) passive na bahagi ay hindi maiiwasan kung ang lahat ng GPIO ay gagamitin. Habang ang hand-soldering 0402 na mga bahagi ay hindi masyadong mapaghamong gamit ang isang disenteng soldering iron, ito ay halos imposible na maghinang ng mga QFN nang walang espesyal na kagamitan.

Sa susunod na ilang mga seksyon, susubukan kong ipaliwanag kung para saan ang karagdagang circuitry, at sana kung paano namin ginawa ang mga pagpipiliang ginawa namin. Sa aktuwal na pag-uusapan ko ang tungkol sa dalawang magkahiwalay na disenyo, isa para sa bawat laki ng pakete, sinubukan kong panatilihing simple ang mga bagay hangga't kaya ko. Hangga't maaari, ang lahat ng mga sanggunian ng bahagi para sa dalawang board ay magkapareho, kaya kung tinutukoy ko ang U1, R1, atbp, kung gayon ito ay pantay na nauugnay sa parehong mga board. Ang halatang pagbubukod ay kapag ang bahagi ay nasa isa lamang sa mga board (sa lahat ng kaso, ito ay nasa mas malaking 80 pin na variant), kung gayon ang bahaging pinag-uusapan ay nasa disenyo lamang ng QFN-80; para kay example, R13 lang ang makikita sa board na ito.

Kabanata 2. Kapangyarihan

Ang mga power supply ng RP235x series at ang RP2040 ay medyo naiiba sa pagkakataong ito, kahit na sa pinakasimpleng configuration nito, nangangailangan pa rin ito ng dalawang supply, 3.3V at 1.1V. Ang serye ng RP235x ay sabay-sabay na mas gutom sa kuryente, dahil mas mataas ang performance nito, at mas matipid din (kapag nasa mababang estado ng kuryente) kaysa sa nauna, at kaya na-upgrade ang linear regulator sa RP2040 gamit ang switching regulator. Ito ay nagbibigay-daan sa amin ng higit na kahusayan ng kuryente sa mas mataas na mga alon (hanggang sa 200mA kumpara sa 100mA dati).

Bagong on-chip voltage regulator

Figure 3. Seksyon ng eskematiko na nagpapakita ng panloob na circuit ng regulator

Ang linear regulator ng RP2040 ay may dalawang pin, isang 3.3V input, at isang 1.1V na output upang matustusan ang DVDD sa chip. Sa pagkakataong ito, ang regulator ng serye ng RP235x ay may limang pin, at nangangailangan ng ilang panlabas na componentry para gumana ito. Bagama't ito ay tila isang paatras na hakbang sa mga tuntunin ng kakayahang magamit, ang switching regulator ay may advantage ng pagiging mas mahusay sa kapangyarihan sa mas mataas na mga alon ng pagkarga.

Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, mabilis na ini-on at pinapatay ng regulator ang isang panloob na transistor na kumukonekta sa 3.3V input vol.tage (VREG_VIN) sa VREG_LX pin, at sa tulong ng isang inductor (L1) at isang output capacitor (C7), makakagawa ito ng DC output voltage na na-step-down mula sa input. Sinusubaybayan ng VREG_FB pin ang output voltage, at inaayos ang on/off ratio ng switching cycle, upang matiyak na ang kinakailangang voltage ay pinananatili. Habang inililipat ang malalaking alon mula VREG_VIN patungo sa VREG_LX, kinakailangan ang malaking capacitor (C6) na malapit sa input, para hindi namin masyadong masira ang 3.3V supply. Sa pagsasalita tungkol sa malalaking switching currents na ito, ang regulator ay mayroon ding sarili nitong ground return connection, VREG_PGND. Katulad din sa VREG_VIN at VREG_LX, ang layout ng koneksyon na ito ay kritikal, at habang ang VREG_PGND ay dapat kumonekta sa pangunahing GND, dapat itong gawin sa paraang ang lahat ng malalaking switching current ay direktang bumalik sa PGND pin, nang hindi nakakagambala sa natitirang bahagi ng sobra ang GND.

Ang huling pin ay VREG_AVDD, na nagbibigay ng analogue circuitry sa loob ng regulator, at ito ay napaka-sensitibo sa ingay.

Figure 4. Seksyon ng eskematiko na nagpapakita ng layout ng PCB ng regulator

Ang layout ng regulator sa minimal na mga board ay malapit na sumasalamin sa Raspberry Pi Pico 2. Napakaraming trabaho ang ginawa sa disenyo ng circuit na ito, na nangangailangan ng maraming pag-ulit ng PCB upang gawin itong kasinghusay ng posibleng gawin natin. pwede. Bagama't maaari mong ilagay ang mga sangkap na ito sa iba't ibang paraan at mapakilos pa rin ang regulator (ibig sabihin, gumawa ng isang output voltage sa humigit-kumulang sa tamang antas, sapat na mabuti upang mapatakbo ito ng code), nalaman namin na ang aming regulator ay kailangang tratuhin nang eksakto sa tamang paraan upang mapanatiling masaya ito, at sa pamamagitan ng masaya, ang ibig kong sabihin ay paggawa ng tamang output voltage sa ilalim ng isang hanay ng mga kasalukuyang kondisyon ng pagkarga.
Habang ginagawa ang aming mga eksperimento tungkol dito, medyo nabigo kami na mapaalalahanan na ang hindi maginhawang mundo ng pisika ay hindi maaaring palaging balewalain. Kami, bilang mga inhinyero, higit sa lahat ay nagsisikap at gumagawa ng eksaktong ito; pinapasimple ang mga bahagi, binabalewala (madalas) ang mga hindi gaanong pisikal na katangian, at sa halip ay tumuon sa pag-aari kung saan kami interesado. Para sa example, ang isang simpleng risistor ay hindi lamang may resistensya, kundi pati na rin ang inductance, atbp. Sa aming kaso, (muling) natuklasan namin na ang mga inductors ay may magnetic field na nauugnay sa kanila, at mahalaga, nag-radiate sa isang direksyon depende sa kung aling paraan ang coil ay sugat, at ang direksyon ng daloy ng agos. Pinaalalahanan din kami na ang isang 'ganap' na may kalasag na inductor ay hindi nangangahulugan kung ano ang iniisip mo. Ang magnetic field ay pinahina sa isang malaking lawak, ngunit ang ilan ay nakatakas pa rin. Nalaman namin na ang pagganap ng regulator ay maaaring massively mapabuti kung ang inductor ay 'sa tamang paraan round'.
Lumalabas na ang magnetic field na naglalabas mula sa isang 'wrong way round' inductor ay nakakasagabal sa regulator output capacitor (C7), na siya namang nakakasira sa control circuitry sa loob ng RP2350. Gamit ang inductor sa wastong oryentasyon, at ang tumpak na layout at mga pagpipilian sa bahagi na ginamit dito, pagkatapos ay mawawala ang problemang ito. Walang alinlangan na magkakaroon ng iba pang mga layout, mga bahagi, atbp, na maaaring gumana sa isang inductor sa anumang oryentasyon, ngunit malamang na gagamit sila ng mas maraming espasyo sa PCB upang magawa ito. Ibinigay namin ang inirerekomendang layout na ito upang i-save ang mga tao sa maraming oras ng engineering na ginugol namin sa pagbuo at pagpino nitong compact at well-behaved na solusyon.
More to the point, we're going so far as saying that if you choose not to use our example, pagkatapos ay gagawin mo ito sa iyong sariling peligro. Katulad ng ginagawa na namin sa RP2040 at sa crystal circuit, kung saan iginigiit namin (well, strongly suggest) gumamit ka ng partikular na bahagi (gagawin namin ito muli sa crystal section ng dokumentong ito).
Ang direksyon ng mga maliliit na inductor na ito ay halos hindi pinansin sa pangkalahatan, na ang oryentasyon ng paikot-ikot na likid ay imposibleng matukoy, at random na ibinahagi sa isang reel ng mga bahagi. Ang mas malalaking sukat ng inductor case ay kadalasang makikita na may mga polarity mark sa mga ito, gayunpaman, wala kaming mahanap na angkop sa 0806 (2016 metric) na laki ng case na napili namin. Sa layuning ito, nakipagtulungan kami sa Abracon upang makagawa ng isang 3.3μH na bahagi na may isang tuldok upang ipahiwatig ang polarity, at mahalaga, dumating sa isang reel na ang lahat ay nakahanay sa parehong paraan. Ang TBD ay (o sa lalong madaling panahon) magiging available sa pangkalahatang publiko mula sa mga namamahagi. Gaya ng nabanggit kanina, ang supply ng VREG_AVDD ay napakasensitibo sa ingay, at samakatuwid ay kailangang i-filter. Nalaman namin na dahil ang VREG_AVDD ay kumukuha lamang ng humigit-kumulang 200μA, isang RC filter na 33Ω at 4.7μF ay sapat.
Kaya, sa pagbabalik-tanaw, ang mga sangkap na ginamit ay...
- C6, C7 at C9 – 4.7μF (0402, 1005 na sukatan)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016 na sukatan)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 sukatan)
Ang datasheet ng RP2350 ay may mas detalyadong talakayan sa mga rekomendasyon sa layout ng regulator, pakitingnan ang mga External na Bahagi at mga kinakailangan sa layout ng PCB.

Pag-input ng supply

Ang input power connection para sa disenyong ito ay sa pamamagitan ng 5V VBUS pin ng isang Micro-USB connector (na may label na J1 sa Figure 5). Ito ay isang pangkaraniwang paraan ng pagpapagana ng mga elektronikong device, at makatuwiran dito, dahil ang RP2350 ay may USB functionality, na aming i-wiring sa mga data pin ng connector na ito. Dahil kailangan lang namin ng 3.3V para sa disenyo na ito (ang 1.1V na supply ay nagmumula sa panloob), kailangan naming babaan ang papasok na 5V USB supply, sa kasong ito, gamit ang isa pang panlabas na vol.tage regulator, sa kasong ito ay isang linear regulator (aka Low Drop Out regulator, o LDO). Ang pagkakaroon ng dating extolled ang mga birtud ng paggamit ng isang mahusay na switching regulator, maaari rin itong maging isang matalinong pagpili na gumamit din ng isa dito, ngunit pinili ko ang pagiging simple. Una, ang paggamit ng LDO ay halos palaging mas madali. Walang kinakailangang mga kalkulasyon upang malaman kung anong laki ng inductor ang dapat mong gamitin, o kung gaano kalaki ang mga output capacitor, at ang layout ay kadalasang mas tapat din. Pangalawa, ang pag-save sa bawat huling patak ng kapangyarihan ay hindi ang layunin dito; kung oo, seryoso kong isasaalang-alang ang paggamit ng switching regulator, at makakahanap ka ng exampAng paggawa nito sa Raspberry Pi Pico 2. At pangatlo, maaari ko lang 'hiramin' ang circuit na ginamit ko dati sa RP2040 na bersyon ng Minimal board. Ang napiling NCP1117 (U2) dito ay may nakapirming output na 3.3V, malawak na magagamit, at maaaring magbigay ng hanggang 1A ng kasalukuyang, na magiging marami para sa karamihan ng mga disenyo. Ang isang pagtingin sa datasheet para sa NCP1117 ay nagsasabi sa amin na ang device na ito ay nangangailangan ng 10μF capacitor sa input, at isa pa sa output (C1 at C5).

Mga decoupling capacitor

Figure 6. Schematic section na nagpapakita ng RP2350 power supply inputs, voltage regulator at decoupling capacitors

Ang isa pang aspeto ng disenyo ng power supply ay ang mga decoupling capacitor na kinakailangan para sa RP2350. Nagbibigay ang mga ito ng dalawang pangunahing pag-andar. Una, sinasala nila ang ingay ng power supply, at pangalawa, nagbibigay ng lokal na supply ng singil na magagamit ng mga circuit sa loob ng RP2350 sa maikling panahon. Pinipigilan nito ang voltage antas sa agarang paligid mula sa pagbaba ng labis kapag ang kasalukuyang demand ay biglang tumaas. Dahil dito, mahalagang ilagay ang decoupling malapit sa mga power pin. Karaniwan, inirerekomenda namin ang paggamit ng 100nF capacitor sa bawat power pin, gayunpaman, lumihis kami sa panuntunang ito sa ilang pagkakataon.

Figure 7. Seksyon ng layout na nagpapakita ng RP2350 routing at decoupling

Una, upang magkaroon ng sapat na espasyo para sa lahat ng mga chip pin na ma-routing out, malayo sa device, kailangan nating ikompromiso ang dami ng mga decoupling capacitor na magagamit natin. Sa ganitong disenyo, ang mga pin 53 at 54 ng RP2350A (mga pin 68 at 69 ng RP2350B) ay nagbabahagi ng isang solong kapasitor (C12 sa Figure 7 at Figure 6), dahil walang maraming espasyo sa bahaging iyon ng device, at ang mga bahagi at inuuna ang layout ng regulator.
Ang kakulangan ng espasyong ito ay medyo malalampasan kung gumamit tayo ng mas kumplikado/mahal na teknolohiya, tulad ng mas maliliit na bahagi, o isang apat na layer na PCB na may mga bahagi sa parehong itaas at ibabang gilid. Ito ay isang disenyo ng trade-off; nabawasan namin ang pagiging kumplikado at gastos, sa kapinsalaan ng pagkakaroon ng mas kaunting decoupling capacitance, at mga capacitor na bahagyang mas malayo sa chip kaysa sa pinakamainam (ito ay nagpapataas ng inductance). Ito ay maaaring magkaroon ng epekto ng paglilimita sa pinakamataas na bilis kung saan maaaring gumana ang disenyo, gaya ng voltage supply ay maaaring maging masyadong maingay at bumaba sa ibaba ng minimum na pinapayagang voltage; ngunit para sa karamihan ng mga aplikasyon, ang trade-off na ito ay dapat na katanggap-tanggap.

Ang iba pang paglihis mula sa panuntunang 100nF ay upang mapagbuti pa natin ang voltage regulator pagganap; Inirerekumenda namin ang paggamit ng 4.7μF para sa C10, na kung saan ay inilagay sa kabilang panig ng chip mula sa regulator.

Kabanata 3. Flash Memory

Pangunahing flash

Figure 8. Seksyon ng eskematiko na nagpapakita ng pangunahing flash memory at USB_BOOT circuitry

Upang makapag-imbak ng code ng programa kung saan maaaring mag-boot at tumakbo ang RP2350, kailangan nating gumamit ng flash memory, partikular, isang quad SPI flash memory. Ang napiling device dito ay isang W25Q128JVS device (U3 sa Figure 8), na isang 128Mbit chip (16MB). Ito ang pinakamalaking sukat ng memorya na maaaring suportahan ng RP2350. Kung ang iyong partikular na application ay hindi nangangailangan ng mas maraming imbakan, kung gayon ang isang mas maliit, mas murang memorya ay maaaring gamitin sa halip.
Dahil ang databus na ito ay maaaring masyadong mataas ang dalas at regular na ginagamit, ang QSPI pin ng RP2350 ay dapat na direktang naka-wire sa flash, gamit ang mga maiikling koneksyon upang mapanatili ang integridad ng signal, at upang mabawasan din ang crosstalk sa mga nakapaligid na circuit. Ang Crosstalk ay kung saan ang mga signal sa isang circuit net ay maaaring mag-udyok ng hindi gustong voltagay sa isang kalapit na circuit, na posibleng magdulot ng mga error na mangyari.

Ang QSPI_SS signal ay isang espesyal na kaso. Ito ay konektado sa flash nang direkta, ngunit mayroon din itong dalawang resistors (well, apat, ngunit pupunta ako sa mamaya) na konektado dito. Ang una (R1) ay isang pull-up sa 3.3V supply. Ang flash memory ay nangangailangan ng chip-select input na nasa parehong voltage bilang sarili nitong 3.3V supply pin habang pinapagana ang device, kung hindi, hindi ito gumagana nang tama. Kapag ang RP2350 ay pinaandar, ang QSPI_SS pin nito ay awtomatikong magde-default sa isang pull-up, ngunit may maikling panahon sa panahon ng switch-on kung saan ang estado ng QSPI_SS pin ay hindi magagarantiyahan. Ang pagdaragdag ng isang pull-up na risistor ay nagsisiguro na ang pangangailangang ito ay palaging matutugunan. Ang R1 ay minarkahan bilang DNF (Do Not Fit) sa schematic, dahil nalaman namin na sa partikular na flash device na ito, hindi kailangan ang external pull-up. Gayunpaman, kung ibang flash ang ginamit, maaaring maging mahalaga na makapagpasok ng 10kΩ resistor dito, kaya isinama ito kung sakali.
Ang pangalawang risistor (R6) ay isang 1kΩ risistor, na konektado sa isang push button (SW1) na may label na 'USB_BOOT'. Ito ay dahil ang QSPI_SS pin ay ginagamit bilang isang 'boot strap'; Sinusuri ng RP2350 ang halaga ng I/O na ito sa panahon ng boot sequence, at kung ito ay napag-alamang logic 0, pagkatapos ay babalik ang RP2350 sa BOOTSEL mode, kung saan ipinapakita ng RP2350 ang sarili bilang isang USB mass storage device, at maaaring direktang kopyahin ang code dito. Kung pinindot lang namin ang button, hihilahin namin ang QSPI_SS pin sa ground, at kung ang aparato ay pagkatapos ay i-reset (hal. sa pamamagitan ng pag-togg sa RUN pin), ang RP2350 ay magre-restart sa BOOTSEL mode sa halip na subukang patakbuhin ang mga nilalaman ng flash. Ang mga resistor na ito, R2 at R6 (R9 at R10 din), ay dapat na ilagay malapit sa flash chip, kaya maiiwasan namin ang mga karagdagang haba ng mga track ng tanso na maaaring makaapekto sa signal.
Ang lahat ng nasa itaas ay partikular na nalalapat sa RP2350, na walang panloob na flash. Siyempre, ang mga RP2354 na device ay may panloob na 2MB flash memory, kaya hindi kinakailangan ang external na U3 memory, kaya ligtas na maalis ang U3 mula sa eskematiko, o basta iwanang walang tao. Sa alinman sa mga kasong ito, gugustuhin pa rin naming panatilihing nakakonekta ang USB_BOOT switch sa QSPI_SS, upang makapasok pa rin kami sa USB boot mode.

Pangalawang flash o PSRAM

Sinusuportahan na ngayon ng serye ng RP235x ang pangalawang memory device gamit ang parehong mga QSPI pin, na may GPIO na nagbibigay ng karagdagang chip select. Kaya, kung gumagamit tayo ng RP2354 (na may panloob na flash), maaari nating gamitin ang U3 bilang pangalawang flash, o palitan ito ng PSRAM device. Upang magawa ito, kailangan nating idiskonekta ang QSPI_SS mula sa U3, at sa halip ay ikonekta ito sa isang angkop na GPIO. Ang pinakamalapit na GPIO na may kakayahang maging isang chip select (XIP_CS1n) ay GPIO0, kaya sa pamamagitan ng pag-alis ng 0Ω mula sa R10, at paglalagay nito sa R9, maaari na nating ma-access ang U3 bilang karagdagan sa on-chip flash. Upang ganap na kumuha ng advantage ng feature na ito, kung saan mayroon kaming dalawang external memory device para makinabang ang flash-less RP2350 parts, ang mas malaki sa dalawang Minimal boards, para sa RP2350B, ay may kasamang opsyonal na footprint (U4) para sa karagdagang memory chip.

Figure 9. Seksyon ng eskematiko na nagpapakita ng opsyonal na pangalawang memory device

Upang magamit ang device na ito, malinaw na kailangan itong ma-populate , gayundin ang R11 (0Ω), at R13 (10KΩ). Ang pagdaragdag ng R11 ay nagkokonekta sa GPIO0 (ang XIP_CS1n signal) sa pagpili ng chip ng pangalawang memorya. Ang pull-up sa chip select pin ay tiyak na kailangan sa oras na ito, dahil ang default na estado ng GPIO0 ay hihilahin nang mababa sa power-up, na magiging dahilan upang mabigo ang aming flash device. Kakailanganin din ang C22 upang magbigay ng lokal na power supply decoupling para sa U4.

Mga sinusuportahang flash chips
Ang paunang flash probe sequence, na ginagamit ng ibaba upang kunin ang pangalawang stage mula sa flash, ay gumagamit ng 03h serial read command, na may 24-bit addressing, at isang serial clock na humigit-kumulang 1MHz. Paulit-ulit itong umiikot sa apat na kumbinasyon ng polarity ng orasan at yugto ng orasan, naghahanap ng wastong segundotage CRC32 checksum.
Bilang ang pangalawang stage ay libre upang i-configure ang execute-in-place gamit ang parehong 03h serial read command, ang RP2350 ay maaaring magsagawa ng naka-cache na flash execute-in-place gamit ang anumang chip na sumusuporta sa 03h serial read na may 24-bit addressing, na kinabibilangan ng karamihan sa 25-series na flash device . Nagbibigay ang SDK ng exampang pangalawang stage para sa CPOL=0 CPHA=0, sa https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Upang suportahan ang flash programming gamit ang mga routine sa ibaba , dapat ding tumugon ang device sa mga sumusunod na command:

02h 256-byte na programa ng pahina
05h status register read
06h set write enable latch

20h 4kB sektor bura

Sinusuportahan din ng RP2350 ang maraming uri ng dual-SPI at QSPI access mode. Para kay example, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S Kino-configure ang isang Winbond W25Q-series device para sa quad-IO continuous read mode, kung saan ang RP2350 ay nagpapadala ng mga quad-IO address (nang walang command prefix) at ang flash ay tumutugon sa quad-IO data.

Kailangan ang ilang pag-iingat sa mga flash XIP mode kung saan humihinto ang flash device sa pagtugon sa mga karaniwang serial command, tulad ng Winbond continuous read mode na binanggit sa itaas. Ito ay maaaring magdulot ng mga isyu kapag ang RP2350 ay na-reset, ngunit ang flash device ay hindi naka-power cycle, dahil ang flash ay hindi tutugon sa flash probe sequence ng bootrom. Bago ibigay ang 03h serial read, palaging inilalabas ng bootrom ang sumusunod na nakapirming sequence, na isang pinakamahusay na pagsusumikap na sequence para sa paghinto ng XIP sa isang hanay ng mga flash device:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (sa pamamagitan ng mga pull down para maiwasan ang pagtatalo), isyu ×32 na orasan
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (sa pamamagitan ng mga pull up para maiwasan ang pagtatalo), isyu ×32 na orasan
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (driven low-Z, lahat ng iba pang I/Os Hi-Z), issue ×16 na orasan

Kung ang iyong napiling device ay hindi tumugon sa sequence na ito kapag nasa tuloy-tuloy na read mode nito, dapat itong panatilihin sa isang estado kung saan ang bawat paglipat ay prefix ng isang serial command, kung hindi, ang RP2350 ay hindi makaka-recover pagkatapos ng internal reset.
Para sa higit pang mga detalye sa QSPI , pakitingnan ang QSPI Memory Interface (QMI) sa RP2350 datasheet.

Kabanata 4. Crystal Oscillator

Figure 10. Seksyon ng eskematiko na nagpapakita ng crystal oscillator at load capacitors

Sa mahigpit na pagsasalita, ang RP2350 ay hindi talaga nangangailangan ng panlabas na mapagkukunan ng orasan, dahil mayroon itong sariling panloob na oscillator. Gayunpaman, dahil ang dalas ng panloob na oscillator na ito ay hindi mahusay na tinukoy o kontrolado, nag-iiba mula sa chip sa chip, pati na rin sa iba't ibang supply vol.tages at temperatura, inirerekumenda na gumamit ng isang matatag na panlabas na pinagmulan ng dalas. Ang mga application na umaasa sa eksaktong mga frequency ay hindi posible nang walang panlabas na pinagmulan ng dalas, ang USB ay isang pangunahing example.
Ang pagbibigay ng panlabas na pinagmumulan ng dalas ay maaaring gawin sa isa sa dalawang paraan: alinman sa pamamagitan ng pagbibigay ng mapagkukunan ng orasan na may output ng CMOS (square wave ng IOVDD voltage) sa XIN pin, o sa pamamagitan ng paggamit ng 12MHz na kristal na konektado sa pagitan
XIN at XOUT. Ang paggamit ng kristal ay ang ginustong opsyon dito, dahil pareho silang mura at napakatumpak.

Ang napiling kristal para sa disenyong ito ay isang ABM8-272-T3 (Y1 sa Figure 10). Ito ang parehong 12MHz na kristal na ginamit sa Raspberry Pi Pico at Raspberry Pi Pico 2. Lubos naming inirerekumenda ang paggamit ng kristal na ito kasama ang kasamang circuitry upang matiyak na ang orasan ay mabilis na magsisimula sa lahat ng mga kundisyon nang hindi nasisira ang mismong kristal. Ang kristal ay may 30ppm frequency tolerance, na dapat ay sapat na mabuti para sa karamihan ng mga application. Kasama ng frequency tolerance na +/-30ppm, mayroon itong maximum na ESR na 50Ω, at isang load capacitance na 10pF, na parehong may kinalaman sa pagpili ng mga kasamang bahagi.
Para sa isang kristal na mag-oscillate sa nais na dalas, tinukoy ng tagagawa ang kapasidad ng pagkarga na kailangan nito para magawa ito, at sa kasong ito, ito ay 10pF. Ang load capacitance na ito ay nakakamit sa pamamagitan ng paglalagay ng dalawang capacitor ng pantay na halaga, isa sa bawat panig ng kristal sa lupa (C3 at C4). Mula sa punto ng kristal ng view, ang mga capacitor na ito ay konektado sa serye sa pagitan ng dalawang terminal nito. Sinasabi sa amin ng pangunahing teorya ng circuit na sila ay pinagsama upang magbigay ng kapasidad na (C3*C4)/(C3+C4), at bilang C3=C4, kung gayon ito ay simpleng C3/2. Sa ex na itoample, gumamit kami ng 15pF capacitors, kaya ang series combination ay 7.5pF. Bilang karagdagan sa intentional load capacitance na ito, dapat din tayong magdagdag ng value para sa hindi sinasadyang extra capacitance, o parasitic capacitance, na nakukuha natin mula sa PCB tracks at sa XIN at XOUT pin na RP2350. Ipapalagay namin ang isang halaga ng 3pF para dito, at dahil ang capacitance na ito ay kahanay sa C3 at C4, idinaragdag lang namin ito upang bigyan kami ng kabuuang load capacitance na 10.5pF, na sapat na malapit sa target na 10pF. Tulad ng nakikita mo, ang parasitic capacitance ng mga bakas ng PCB ay isang kadahilanan, at samakatuwid kailangan nating panatilihing maliit ang mga ito upang hindi natin masira ang kristal at itigil ito sa pag-oscillating gaya ng nilayon. Subukan at panatilihing maikli ang layout hangga't maaari.
Ang pangalawang pagsasaalang-alang ay ang pinakamataas na ESR (katumbas na paglaban ng serye) ng kristal. Pinili namin ang isang device na may maximum na 50Ω, dahil nalaman namin na ito, kasama ang isang 1kΩ series resistor (R2), ay isang magandang halaga para maiwasan ang kristal na ma-overdrive at masira kapag gumagamit ng IOVDD antas ng 3.3V. Gayunpaman, kung ang IOVDD ay mas mababa sa 3.3V, ang kasalukuyang drive ng XIN/XOUT pin ay mababawasan, at makikita mo na ang ampang litude ng kristal ay mas mababa, o maaaring hindi man lang mag-oscillate. Sa kasong ito, ang isang mas maliit na halaga ng risistor ng serye ay kailangang gamitin. Ang anumang paglihis mula sa crystal circuit na ipinapakita dito, o sa isang antas ng IOVDD maliban sa 3.3V, ay mangangailangan ng malawak na pagsubok upang matiyak na ang kristal ay umuusad sa ilalim ng lahat ng mga kundisyon, at magsisimula nang sapat nang mabilis upang hindi magdulot ng mga problema sa iyong aplikasyon.

Inirerekomendang kristal

Para sa mga orihinal na disenyo gamit ang RP2350 inirerekumenda namin ang paggamit ng Abracon ABM8-272-T3. Para kay example, bilang karagdagan sa minimal na disenyo halample, tingnan ang Pico 2 board schematic sa Appendix B ng Raspberry Pi Pico 2 Datasheet at ang Pico 2 na disenyo files.
Para sa pinakamahusay na pagganap at katatagan sa mga karaniwang saklaw ng temperatura ng pagpapatakbo, gamitin ang Abracon ABM8-272-T3. Maaari mong i-source ang ABM8-272-T3 nang direkta mula sa Abracon o mula sa isang awtorisadong reseller. Ang Pico 2 ay partikular na nakatutok para sa ABM8-272-T3, na mayroong mga sumusunod na detalye:

Kahit na gumamit ka ng kristal na may katulad na mga detalye, kakailanganin mong subukan ang circuit sa isang hanay ng mga temperatura upang matiyak ang katatagan.
Ang crystal oscillator ay pinapagana mula sa IOVDD voltage. Bilang resulta, ang Abracon crystal at ang partikular na dampAng risistor ay nakatutok para sa 3.3V na operasyon. Kung gumamit ka ng ibang IO voltage, kakailanganin mong mag-tune ulit.
Ang anumang mga pagbabago sa mga parameter ng kristal ay nanganganib sa kawalang-tatag sa anumang bahagi na konektado sa kristal na circuit.

Kung hindi mo makuha ang inirerekomendang kristal nang direkta mula sa Abracon o sa isang reseller, makipag-ugnayan applications@raspberrypi.com.

Kabanata 5. IOs

USB
Figure 11. Seksyon ng eskematiko na nagpapakita ng mga USB pin ng RP2350 at pagwawakas ng serye

Ang RP2350 ay nagbibigay ng dalawang pin na gagamitin para sa full speed (FS) o low speed (LS) USB, alinman bilang host o device, depende sa software na ginamit. Tulad ng napag-usapan na natin, ang RP2350 ay maaari ding mag-boot bilang isang USB mass storage device, kaya ang pag-wire ng mga pin na ito sa USB connector (J1 sa Figure 5) ay may katuturan. Ang USB_DP at USB_DM pin sa RP2350 ay hindi nangangailangan ng anumang karagdagang pull-up o pull-down (kinakailangan upang ipahiwatig ang bilis, FS o LS, o kung ito ay isang host o device), dahil ang mga ito ay naka-built in sa I/Os. Gayunpaman, ang mga I/O na ito ay nangangailangan ng 27Ω series termination resistors (R7 at R8 sa Figure 11), na inilagay malapit sa chip, upang matugunan ang detalye ng USB impedance.
Kahit na ang RP2350 ay limitado sa full speed data rate (12Mbps), dapat nating subukan at tiyakin na ang katangian ng impedance ng mga linya ng transmission (ang mga tansong track na nagkokonekta sa chip sa connector) ay malapit sa
USB na detalye ng 90Ω (nasusukat sa pagkakaiba-iba). Sa isang 1mm makapal na board tulad nito, kung gagamit tayo ng 0.8mm na lapad na mga track sa USB_DP at USB_DM, na may puwang na 0.15mm sa pagitan ng mga ito, dapat tayong makakuha ng differential na katangian na impedance na humigit-kumulang 90Ω. Ito ay upang matiyak na ang mga signal ay maaaring maglakbay sa mga linya ng transmission na ito nang malinis hangga't maaari, na pinapaliit ang voltage reflection na maaaring mabawasan ang integridad ng signal. Upang gumana nang maayos ang mga transmission line na ito, kailangan nating tiyakin na nasa ibaba ng mga linyang ito ang lupa. Isang solid, walang patid na lugar ng ground copper, na umaabot sa buong haba ng track. Sa disenyong ito, halos ang kabuuan ng ilalim na layer ng tanso ay nakatuon sa lupa, at partikular na pag-aalaga ang ginawa upang matiyak na ang mga USB track ay hindi dumadaan sa lupa. Kung pipiliin ang isang PCB na mas makapal kaysa sa 1mm para sa iyong build, mayroon kaming dalawang opsyon. Maaari naming muling i-engineer ang mga linya ng paghahatid ng USB upang matumbasan ang mas malaking distansya sa pagitan ng track at lupa sa ilalim (na maaaring isang pisikal na imposibilidad), o maaari naming balewalain ito, at umaasa para sa pinakamahusay. Ang USB FS ay maaaring maging mapagpatawad, ngunit ang iyong mileage ay maaaring mag-iba. Malamang na gagana ito sa maraming application, ngunit malamang na hindi ito makakasunod sa pamantayan ng USB.

I/O header

Figure 12. Seksyon ng eskematiko na nagpapakita ng 2.54mm I/O na mga header ng bersyon ng QFN60

Bilang karagdagan sa USB connector na nabanggit na, mayroong isang pares ng dual row 2.54mm header (J2 at J3 sa Figure 12), isa sa bawat gilid ng board, kung saan nakakonekta ang natitirang bahagi ng I/O. Mayroong 30 GPIO sa RP2350A, samantalang mayroong 48 GPIO sa RP2350B, kaya ang mga header sa bersyong ito ng Minimal board ay mas malaki upang bigyang-daan ang mga dagdag na pin (tingnan ang Figure 13).
Dahil ito ay isang pangkalahatang layunin na disenyo, na walang partikular na aplikasyon sa isip, ang I/O ay ginawang magagamit upang maikonekta ayon sa gusto ng user. Ang panloob na hilera ng mga pin sa bawat header ay ang mga I/O, at ang panlabas na hilera ay konektado lahat sa lupa. Magandang kasanayan na isama ang maraming batayan sa mga konektor ng I/O. Nakakatulong ito upang mapanatili ang mababang impedance ground, at magbigay din ng maraming potensyal na daanan ng pagbalik para sa mga agos na naglalakbay papunta at mula sa
Mga koneksyon sa I/O. Ito ay mahalaga upang mabawasan ang electro-magnetic interference na maaaring sanhi ng pagbabalik ng mga agos ng mabilis na pagpapalit ng mga signal na tumatagal ng mahahabang landas upang makumpleto ang circuit.

Ang parehong mga header ay nasa parehong 2.54mm grid, na ginagawang mas madali ang pagkonekta sa board na ito sa iba pang mga bagay, tulad ng mga breadboard. Maaaring gusto mong isaalang-alang ang pag-angkop lamang ng isang header ng row sa halip na ang header ng dalawahang row, na nagbibigay ng panlabas na hilera ng mga koneksyon sa lupa, upang gawing mas maginhawang magkasya sa isang breadboard.

Figure 13. Seksyon ng eskematiko na nagpapakita ng 2.54mm I/O na mga header ng bersyon ng QFN80

Debug connector

Figure 14. Seksyon ng eskematiko na nagpapakita ng opsyonal na JST connector para sa SWD debug

Para sa on-chip debugging, maaaring naisin mong kumonekta sa interface ng SWD ng RP2350. Ang dalawang pin, SWD at SWCLK, ay available sa 2.54mm header, J3, upang payagan ang debug probe na iyong pinili na madaling makonekta. Bilang karagdagan dito, nagsama ako ng opsyonal na JST header, na nagbibigay-daan sa isang madaling koneksyon sa Raspberry Pi Debug Probe. Hindi mo kailangang gamitin ito, ang 2.54mm na mga header ay sapat na kung balak mong i-debug ang software, ngunit sa tingin ko ay mas maginhawang gawin ito. Pinili ko ang isang pahalang na connector, karamihan ay dahil gusto ko ang hitsura nito, kahit na wala ito sa gilid ng board, ngunit ang mga vertical ay magagamit, kahit na may bahagyang naiibang bakas ng paa.

Mga Pindutan
Ang Minimal na disenyo ay naglalaman na ngayon ng hindi isa, ngunit dalawang mga pindutan, kung saan ang RP240 na bersyon ay wala. Ang isa ay para sa pagpili ng USB boot gaya ng napag-usapan natin dati, ngunit ang pangalawa ay isang 'reset' na button, na naka-hook up sa RUN pin. Wala sa alinman sa mga ito ang mahigpit na kinakailangan (bagaman ang pindutan ng BOOTSEL ay kailangang palitan ng isang header o katulad kung kinakailangan ang USB boot mode), at maaaring alisin kung ang espasyo o gastos ay isang alalahanin, ngunit tiyak na ginagamit nila ang RP2350 nang malayo. mas masayang karanasan.

Appendix A: Kumpletong Schematic -RP2350A na bersyon

Figure 15. Buong eskematiko ng Minimal na Disenyo para sa RP2350A

Appendix B: Kumpletong Schematic -RP2350B na bersyon

Figure 16. Buong eskematiko ng Minimal na Disenyo para sa RP2350B

Appendix H: Kasaysayan ng Paglabas ng Dokumentasyon

Agosto 8 2024
Paunang paglabas.

at Raspberry Pi
Ang Raspberry Pi ay isang trademark ng Raspberry Pi Ltd
Raspberry Pi Ltd

Mga Dokumento / Mga Mapagkukunan

Raspberry Pi SC1631 Raspberry Microcontroller [pdf] Manwal ng Pagtuturo
SC1631 Raspberry Microcontroller, SC1631, Raspberry Microcontroller, Microcontroller

Mga sanggunian

User Manual

Raspberry Pi SC1631 Raspberry Microcontroller

Mga Tagubilin sa Paggamit ng Produkto