Raspberry Pi SC1631 Raspberry Mikrodenetleyici Kullanım Kılavuzu

Bölüm 1: Giriş
RP2350 serisi, RP2040 serisine kıyasla farklı paket seçenekleri sunar. RP2350A ve RP2354A sırasıyla dahili flaş depolama olmadan ve dahili flaş depolama ile QFN-60 paketinde gelirken, RP2354B ve RP2350B ise flaş depolama ile ve dahili flaş depolama olmadan QFN-80 paketinde gelir.

Bölüm 2: Güç
RP2350 serisi, yeni bir çip üstü anahtarlama hacmine sahiptirtagBeş pinli e regülatörü. Bu regülatör, çalışması için harici bileşenler gerektirir ancak RP2040 serisindeki doğrusal regülatöre kıyasla daha yüksek yük akımlarında daha yüksek güç verimliliği sunar. Analog devreyi besleyen VREG_AVDD pinindeki gürültü hassasiyetine dikkat edin.

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: RP2350A ile RP2350B arasındaki temel fark nedir?
A: Temel fark dahili flash depolamanın varlığında yatıyor. RP2350A'da dahili flash depolama yokken RP2350B'de var.
S: Vol kaç pin içeriyor?tagRP2350 serisindeki regülatör nedir?
A: cilttagRP2350 serisindeki regülatör beş pine sahiptir.

RP2350 ile donanım tasarımı RP2350 mikrodenetleyicilerini kullanarak kartlar ve ürünler oluşturma

Kolofon

Bu dokümantasyon Creative Commons Atıf-Türev Eserler 4.0 Uluslararası (CC BY-ND) lisansı altında lisanslanmıştır. yapı tarihi: 2024-08-08 yapı sürümü: c0acc5b-clean
Yasal sorumluluk reddi bildirimi

RASPBERRY PI ÜRÜNLERİNİN TEKNİK VE GÜVENİLİRLİK VERİLERİ (VERİ SAYFALARI DAHİL) ZAMAN ZAMAN DEĞİŞTİRİLEBİLİR ("KAYNAKLAR") RASPBERRY PI LTD ("RPL") TARAFINDAN "OLDUĞU GİBİ" SAĞLANMAKTADIR VE TİCARİ ELVERİŞLİLİK VE BELİRLİ BİR AMACA UYGUNLUK ZIMNİ GARANTİLERİ DAHİL ANCAK BUNLARLA SINIRLI OLMAMAK ÜZERE HERHANGİ BİR AÇIK VEYA ZIMNİ GARANTİ REDDEDİLMEKTEDİR. UYGULANABİLİR YASALARIN İZİN VERDİĞİ AZAMİ ÖLÇÜDE, HİÇBİR DURUMDA RPL, HERHANGİ BİR DOĞRUDAN, DOLAYLI, ARIZİ, ÖZEL, ÖRNEK NİTELİĞİNDE VEYA SONUÇ OLARAK OLUŞAN ZARARDAN (YEDEK MAL VEYA HİZMETLERİN TEDARİKİ; KULLANIM, VERİ VEYA KÂR KAYBI; İŞ KESİNTİSİ DAHİL ANCAK BUNLARLA SINIRLI OLMAMAK ÜZERE) NASIL OLUŞURSA OLSUN VE SÖZLEŞMESEL, KESİN SORUMLULUK VEYA HAKSIZ FİİL (İHMAL VEYA BAŞKA ŞEKİLDE DAHİL) KAPSAMINDA, KAYNAKLARIN KULLANIMINDAN KAYNAKLANAN HERHANGİ BİR ŞEKİLDE, BÖYLE BİR ZARAR OLASILIĞI BİLDİRİLMİŞ OLSA BİLE, SORUMLU TUTULAMAZ.
RPL, KAYNAKLAR'da veya bunlarda açıklanan herhangi bir üründe herhangi bir zamanda ve önceden bildirimde bulunmaksızın herhangi bir geliştirme, iyileştirme, düzeltme veya başka herhangi bir değişiklik yapma hakkını saklı tutar.
KAYNAKLAR, uygun düzeyde tasarım bilgisine sahip yetenekli kullanıcılar için tasarlanmıştır. Kullanıcılar, KAYNAKLARIN seçimi ve kullanımı ile bunlarda açıklanan ürünlerin herhangi bir uygulamasından tek başlarına sorumludurlar. Kullanıcı, KAYNAKLARIN kullanımından kaynaklanan tüm yükümlülükler, maliyetler, hasarlar veya diğer kayıplara karşı RPL'yi tazmin etmeyi ve zararsız tutmayı kabul eder.

RPL, kullanıcılara KAYNAKLARI yalnızca Raspberry Pi ürünleriyle birlikte kullanma izni verir. KAYNAKLARIN diğer tüm kullanımları yasaktır. Başka hiçbir RPL veya üçüncü taraf fikri mülkiyet hakkına lisans verilmez.
YÜKSEK RİSKLİ FAALİYETLER. Raspberry Pi ürünleri, nükleer tesislerin işletimi, uçak navigasyon veya iletişim sistemleri, hava trafik kontrolü, silah sistemleri veya güvenlik açısından kritik uygulamalar (yaşam destek sistemleri ve diğer tıbbi cihazlar dahil) gibi arıza emniyetli performans gerektiren tehlikeli ortamlarda kullanılmak üzere tasarlanmamıştır, üretilmemiştir veya amaçlanmamıştır; bu ortamlarda ürünlerin arızalanması doğrudan ölüme, kişisel yaralanmaya veya ciddi fiziksel veya çevresel hasara yol açabilir ("Yüksek Riskli Faaliyetler"). RPL, Yüksek Riskli Faaliyetler için uygunluk konusunda açık veya zımni herhangi bir garantiyi özellikle reddeder ve Raspberry Pi ürünlerinin Yüksek Riskli Faaliyetlerde kullanımı veya dahil edilmesi için hiçbir sorumluluk kabul etmez.

Raspberry Pi ürünleri RPL'nin Standart Şartlarına tabi olarak sağlanır. RPL'nin KAYNAKLAR'ı sağlaması, bunlarda ifade edilen feragatnameler ve garantiler dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere RPL'nin Standart Şartlarını genişletmez veya başka şekilde değiştirmez.

Bölüm 1. Giriş

Şekil 1. RP3A Minimal tasarımının KiCad 2350B çizimi.ample

Raspberry Pi RP2040'ı ilk tanıttığımızda, aynı zamanda 'Minimal' bir tasarım da yayınladık.ampRP2040 ile Donanım Tasarımı ve beraberindeki kılavuz, RP2040'ın basit bir devre kartında nasıl kullanılabileceğini ve çeşitli bileşen seçimlerinin neden yapıldığını umarım açıklamıştır. RP235x serisinin gelişiyle, orijinal RP2040 Minimal tasarımını yeniden gözden geçirme ve yeni özellikleri hesaba katmak ve ayrıca her bir paket çeşidi için güncelleme zamanı geldi; QFN-2350 paketiyle RP60A ve QFN-2350 olan RP80B. Tekrar ediyorum, bu tasarımlar Kicad (7.0) formatındadır ve indirilebilir (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Minimal Tahta
Orijinal Minimal kartı, RP2040'ı çalıştırmak için gereken minimum harici bileşenleri kullanarak ve tüm IO'ları açıkta ve erişilebilir tutarak basit bir referans tasarımı sağlama girişimiydi. Bu, esasen bir güç kaynağından (5V ila 3.3V doğrusal regülatör), kristal osilatörden, flaş bellekten ve IO bağlantılarından (bir mikro USB soketi ve GPIO başlıkları) oluşuyordu. Yeni RP235x serisi Minimal kartları büyük ölçüde aynı, ancak yeni donanım nedeniyle bazı değişiklikler gerekiyor. Buna ek olarak ve tasarımın minimal doğasına biraz aykırı olmasına rağmen, önyükleme ve çalıştırma için birkaç düğme ve ayrı bir SWD başlığı ekledim; bu, bu sefer çok daha az sinir bozucu bir hata ayıklama deneyimi anlamına gelmeli. Tasarımların kesinlikle bu düğmelere ihtiyacı yok, sinyaller hala başlıklarda mevcut ve özellikle maliyet veya alan konusunda bilinçliyseniz veya mazoşist eğilimleriniz varsa bunlar atlanabilir.

RP2040 ve RP235x serisi
En belirgin değişiklik paketlerdedir. RP2040 7x7mm QFN-56 iken, RP235x serisi şu anda dört farklı üyeye sahiptir. Aynı QFN-60 paketini paylaşan iki cihaz vardır; dahili flaş depolaması olmayan RP2350A ve dahili flaş depolaması olan RP2354A. Benzer şekilde, QFN-80 de iki çeşitte gelir; flaşlı RP2354B ve flaşsız RP2350B. QFN-60 cihazları ve orijinal RP2040 ortak bir kalıtımı paylaşır.tage.

Her birinin 30 GPIO'su var, bunlardan dördü ADC'ye de bağlı ve boyutları 7x7mm. Buna rağmen, RP2350A, her birindeki pin sayısı farklı olduğu için RP2040 için bir drop-in yedeği değil. Buna karşılık, QFN-80 çipleri artık 48 GPIO'ya sahip ve bunlardan sekizi artık ADC yeteneğine sahip. Bu nedenle, artık iki Minimal kartımız var; biri 60 pinli cihazlar için, diğeri ise 80 pinli cihazlar için. Bu Minimal kartlar öncelikle dahili flaşı olmayan parçalar (RP2350) için tasarlanmıştır, ancak tasarımlar, yerleşik flaş belleğini atlayarak veya hatta ikincil bir flaş cihazı olarak kullanarak dahili flaş cihazlarıyla (RP2354) kolayca kullanılabilir (bunun hakkında daha sonra daha fazla bilgi). İki kart arasında, QFN-80 versiyonunun ekstra GPIO'yu barındırmak için daha uzun başlık sıralarına sahip olması ve dolayısıyla kartın daha büyük olması dışında çok az fark vardır.

Paketin dışında, RP235x serisi ile RP2040 arasındaki en büyük kart seviyesi farkı güç kaynaklarıdır. RP235x serisi bazı yeni güç pinlerine ve farklı bir dahili regülatöre sahiptir. RP100'ın 2040mA doğrusal regülatörü 200mA anahtarlama regülatörü ile değiştirilmiştir ve bu nedenle çok özel bir devre ve düzen konusunda da azımsanmayacak bir özen gerektirmektedir. Düzenimizi ve bileşen seçimlerimizi yakından takip etmeniz şiddetle tavsiye edilir; tasarımın birkaç yinelemesini yapmak zorunda kalmanın acısını çoktan çektik, bu yüzden umarız sizin çekmenize gerek kalmaz.

Şekil 2. RP3B Minimal tasarımının KiCad 2350B çizimi.ample

Tasarım
Minimal tasarımın amacıamples, gereksiz yere egzotik PCB teknolojileri kullanmadan, ucuz ve kolay üretilebilir olması gereken RP235x serisini kullanarak bir çift basit kart oluşturmaktır. Bu nedenle Minimal kartlar, yaygın olarak bulunması gereken ve hepsi kartın üst tarafına monte edilmiş bileşenler kullanan 2 katmanlı tasarımlardır. Büyük, kolayca elle lehimlenebilen bileşenler kullanmak güzel olsa da, QFN yongalarının küçük aralığı (0.4 mm), tüm GPIO'lar kullanılacaksa bazı 0402 (1005 metrik) pasif bileşenlerin kullanılmasının kaçınılmaz olduğu anlamına gelir. 0402 bileşenlerini elle lehimlemek iyi bir lehimleme demiriyle çok zor olmasa da, QFN'leri uzman ekipman olmadan lehimlemek neredeyse imkansızdır.

Sonraki birkaç bölümde, ek devrelerin ne işe yaradığını ve umarım yaptığımız seçimleri nasıl yaptığımızı açıklamaya çalışacağım. Aslında her paket boyutu için bir tane olmak üzere iki ayrı tasarımdan bahsedeceğim için, işleri olabildiğince basit tutmaya çalıştım. Mümkün olduğunca, iki kart için tüm bileşen referansları aynıdır, bu nedenle U1, R1 vb.'ye atıfta bulunursam, bu her iki kart için de eşit derecede önemlidir. Açık istisna, bileşenin yalnızca kartlardan birinde olması durumunda (her durumda, bu daha büyük 80 pinli varyantta olacaktır), söz konusu bileşen yalnızca QFN-80 tasarımında olacaktır; örneğinample, R13 sadece bu panoda görünür.

Bölüm 2. Güç

RP235x serisi ve RP2040'ın güç kaynakları bu sefer biraz farklı, ancak en basit yapılandırmasında hala iki kaynağa, 3.3 V ve 1.1 V'a ihtiyaç duyuyor. RP235x serisi, daha yüksek performansı ve aynı zamanda daha tutumlu (düşük güç durumundayken) olması nedeniyle aynı anda daha fazla güç tüketiyor ve bu nedenle RP2040'taki doğrusal regülatör, bir anahtarlama regülatörüyle yükseltildi. Bu, daha yüksek akımlarda (önceki 200 mA'ye kıyasla 100 mA'ye kadar) daha fazla güç verimliliği sağlıyor.

Yeni çip üstü cilttage regülatör

Şekil 3. Dahili regülatör devresini gösteren şematik kesit

RP2040'ın doğrusal regülatörü, çip üzerindeki DVDD'yi beslemek için iki pin, 3.3 V giriş ve 1.1 V çıkışa sahipti. Bu sefer, RP235x serisinin regülatörü beş pine sahip ve çalışması için bazı harici bileşenlere ihtiyaç duyuyor. Bu, kullanılabilirlik açısından biraz geriye doğru bir adım gibi görünse de, anahtarlama regülatörü,tagDaha yüksek yük akımlarında daha fazla güç verimliliğine sahip olma.

Adından da anlaşılacağı gibi, regülatör 3.3V giriş voltajını bağlayan dahili bir transistörü hızla açıp kapatır.tage (VREG_VIN) VREG_LX pinine bağlanır ve bir endüktör (L1) ve bir çıkış kapasitörü (C7) yardımıyla DC çıkış voltajı üretebilir.tagGirişten aşağı doğru adımlanmış olan e. VREG_FB pimi çıkış vol'ünü izlertage ve anahtarlama döngüsünün açma/kapama oranını ayarlayarak gerekli hacmin sağlanmasını garanti eder.tage korunur. Büyük akımlar VREG_VIN'den VREG_LX'e anahtarlandığından, girişe yakın büyük bir kapasitör (C6) gerekir, böylece 3.3 V beslemesini çok fazla bozmayız. Bu büyük anahtarlama akımlarından bahsetmişken, regülatör ayrıca kendi toprak dönüş bağlantısı olan VREG_PGND ile birlikte gelir. VREG_VIN ve VREG_LX ile benzer şekilde, bu bağlantının düzeni kritiktir ve VREG_PGND ana GND'ye bağlanmak zorunda olsa da, tüm büyük anahtarlama akımlarının doğrudan PGND pinine geri dönmesi ve GND'nin geri kalanını çok fazla rahatsız etmemesi için bu şekilde yapılmalıdır.

Son pin ise regülatör içerisindeki analog devreyi besleyen VREG_AVDD pinidir ve bu pin gürültüye karşı oldukça hassastır.

Şekil 4. Regülatörün PCB yerleşimini gösteren şematik kesit

Minimal kartlardaki regülatörün düzeni Raspberry Pi Pico 2'nin düzenine oldukça benzer. Bu devrenin tasarımına çok fazla emek harcanmış ve onu olabildiğince iyi hale getirmek için PCB'nin birçok yinelemesi gerekmiştir. Bu bileşenleri çeşitli farklı şekillerde yerleştirebilir ve yine de regülatörün 'çalışmasını' sağlayabilirsiniz (yani, bir çıkış voltage) doğru seviyede, yani kodu çalıştıracak kadar iyi), regülatörümüzün mutlu kalması için tam olarak doğru şekilde işlenmesi gerektiğini bulduk ve mutlu derken, doğru çıkış vol'ünü üretmeyi kastediyorumtage bir dizi yük akımı koşulları altında.
Bu konuda deneylerimizi yaparken, fiziğin elverişsiz dünyasının her zaman göz ardı edilemeyeceğinin hatırlatılması bizi biraz hayal kırıklığına uğrattı. Biz, mühendisler olarak, büyük ölçüde tam olarak bunu yapmaya çalışıyoruz; bileşenleri basitleştirmek, (genellikle) önemsiz fiziksel özellikleri görmezden gelmek ve bunun yerine ilgilendiğimiz özelliğe odaklanmak. Örneğinample, basit bir direnç sadece bir dirence sahip değildir, aynı zamanda endüktansa vb. sahiptir. Bizim durumumuzda, indüktörlerin kendileriyle ilişkili bir manyetik alana sahip olduğunu ve daha da önemlisi, bobinin hangi yöne sarıldığına ve akımın akış yönüne bağlı olarak bir yönde yayıldığını (yeniden) keşfettik. Ayrıca, 'tamamen' korumalı bir indüktörün düşündüğünüz gibi bir anlama gelmediği hatırlatıldı. Manyetik alan büyük ölçüde zayıflatılır, ancak bir kısmı hala kaçar. İndüktör 'doğru yönde' ise regülatör performansının büyük ölçüde iyileştirilebileceğini bulduk.
'Yanlış yönde' bir indüktörden yayılan manyetik alanın regülatör çıkış kapasitörü (C7) ile etkileşime girdiği ve bunun da RP2350 içindeki kontrol devresini bozduğu ortaya çıktı. İndüktör doğru yönelimde olduğunda ve burada kullanılan hassas düzen ve bileşen seçimleri yapıldığında, bu sorun ortadan kalkar. Şüphesiz herhangi bir yönelimdeki bir indüktörle çalışabilecek başka düzenler, bileşenler vb. olacaktır, ancak bunu yapmak için büyük olasılıkla çok daha fazla PCB alanı kullanacaklardır. Bu önerilen düzeni, bu kompakt ve iyi huylu çözümü geliştirmek ve iyileştirmek için harcadığımız birçok mühendislik saatinden tasarruf etmeleri için sağladık.
Daha da önemlisi, eski sevgilimizi kullanmamayı seçerseniz, şunu söyleyebiliriz:ample, o zaman bunu kendi riskinizle yaparsınız. RP2040 ve kristal devresinde yaptığımız gibi, belirli bir parçayı kullanmanızda ısrar ediyoruz (aslında şiddetle öneriyoruz) (bunu bu belgenin kristal bölümünde tekrar yapacağız).
Bu küçük indüktörlerin yönlülüğü neredeyse evrensel olarak göz ardı ediliyor, bobin sargısının yönelimi çıkarsanamıyor ve ayrıca bir bileşen makarası boyunca rastgele dağılmış durumda. Daha büyük indüktör kasa boyutlarında genellikle üzerlerinde polarite işaretleri bulunabilir, ancak seçtiğimiz 0806 (2016 metrik) kasa boyutunda uygun bir tane bulamadık. Bu amaçla, polariteyi belirtmek için bir nokta içeren 3.3 μH'lik bir parça üretmek için Abracon ile çalıştık ve daha da önemlisi, hepsi aynı şekilde hizalanmış bir makarada geldi. TBD, dağıtımcılar aracılığıyla genel halkın kullanımına sunuldu (veya çok yakında sunulacak). Daha önce belirtildiği gibi, VREG_AVDD kaynağı gürültüye karşı çok hassastır ve bu nedenle filtrelenmesi gerekir. VREG_AVDD'nin yalnızca yaklaşık 200 μA çektiğini gördük, 33 Ω ve 4.7 μF'lik bir RC filtresi yeterli.
Yani özetle kullanılacak bileşenler şunlar olacak…
- C6, C7 ve C9 – 4.7 μF (0402, 1005 metrik)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016 metrik)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metrik)
RP2350 veri sayfasında regülatör yerleşim önerileri hakkında daha ayrıntılı bir tartışma bulunmaktadır, lütfen Harici Bileşenler ve PCB yerleşim gereksinimleri bölümüne bakın.

Giriş kaynağı

Bu tasarım için giriş güç bağlantısı, bir Mikro-USB konnektörünün (Şekil 5'te J1 olarak etiketlenmiştir) 5V VBUS pimi üzerinden yapılır. Bu, elektronik cihazları çalıştırmanın yaygın bir yöntemidir ve burada mantıklıdır, çünkü RP2350'nin bu konnektörün veri pimlerine bağlayacağımız USB işlevselliği vardır. Bu tasarım için yalnızca 3.3V'a ihtiyacımız olduğundan (1.1V besleme dahiliden gelir), gelen 5V USB beslemesini, bu durumda, başka bir harici ses kullanarak düşürmemiz gerekir.tage regülatörü, bu durumda doğrusal bir regülatör (diğer adıyla Düşük Düşüşlü regülatör veya LDO). Daha önce verimli bir anahtarlama regülatörü kullanmanın erdemlerini övdüğüm için, burada da bir tane kullanmak akıllıca bir seçim olabilir, ancak ben basitliği seçtim. İlk olarak, bir LDO kullanmak neredeyse her zaman daha kolaydır. Hangi boyutta indüktör kullanmanız gerektiğini veya çıkış kapasitörlerinin ne kadar büyük olduğunu anlamak için herhangi bir hesaplama yapmanız gerekmez ve düzen genellikle çok daha basittir. İkinci olarak, buradaki amaç gücün her son damlasını korumak değildir; eğer olsaydı, bir anahtarlama regülatörü kullanmayı ciddi olarak düşünürdüm ve bir örnekampRaspberry Pi Pico 2'de bunu yapmanın yolu. Üçüncüsü, daha önce Minimal kartının RP2040 versiyonunda kullandığım devreyi basitçe 'ödünç alabilirim'. Burada seçilen NCP1117 (U2) sabit 3.3 V çıkışa sahiptir, yaygın olarak bulunur ve çoğu tasarım için yeterli olacak 1 A'ya kadar akım sağlayabilir. NCP1117'nin veri sayfasına baktığımızda, bu cihazın girişte 10 μF kapasitör ve çıkışta (C1 ve C5) bir başka kapasitör gerektirdiğini görüyoruz.

Ayrıştırma kapasitörleri

Şekil 6. RP2350 güç kaynağı girişlerini gösteren şematik kesit, hacimtage regülatör ve ayırma kapasitörleri

Güç kaynağı tasarımının bir diğer yönü de RP2350 için gereken ayırma kapasitörleridir. Bunlar iki temel işlev sağlar. Birincisi, güç kaynağı gürültüsünü filtrelerler ve ikincisi, RP2350 içindeki devrelerin kısa sürede kullanabileceği yerel bir şarj kaynağı sağlarlar. Bu, voltagMevcut talep aniden arttığında, yakın çevredeki seviyenin çok fazla düşmesini önler. Bu nedenle, ayırmayı güç pinlerine yakın yerleştirmek önemlidir. Normalde, güç pini başına 100nF kapasitör kullanılmasını öneriyoruz, ancak birkaç durumda bu kuraldan sapıyoruz.

Şekil 7. RP2350 yönlendirme ve ayırmayı gösteren düzen kesiti

Öncelikle, tüm çip pinlerinin cihazdan uzağa yönlendirilebilmesi için yeterli alana sahip olabilmek adına, kullanabileceğimiz ayırma kapasitörlerinin miktarıyla uzlaşmamız gerekir. Bu tasarımda, RP53A'nın 54 ve 2350 pinleri (RP68B'nin 69 ve 2350 pinleri) tek bir kapasitörü paylaşır (Şekil 12 ve Şekil 7'daki C6), çünkü cihazın o tarafında çok fazla alan yoktur ve regülatörün bileşenleri ve düzeni önceliklidir.
Daha karmaşık/pahalı teknolojiler, örneğin daha küçük bileşenler veya hem üst hem de alt tarafta bileşenler bulunan dört katmanlı bir PCB kullanırsak bu alan eksikliğinin üstesinden bir nebze gelinebilir. Bu bir tasarım uzlaşmasıdır; daha az ayırma kapasitansı ve çipten optimumdan biraz daha uzakta bulunan kapasitörler pahasına karmaşıklığı ve maliyeti azalttık (bu endüktansı artırır). Bu, tasarımın çalışabileceği maksimum hızı sınırlama etkisine sahip olabilir, çünkü hacimtagTedarik çok gürültülü olabilir ve izin verilen minimum hacmin altına düşebilirtage; ancak çoğu uygulama için bu takas kabul edilebilir olmalıdır.

100nF kuralından diğer bir sapma, volümü daha da iyileştirebilmemizdir.tagRegülatör performansı için; regülatörün çipinin diğer tarafına yerleştirilen C4.7 için 10μF'lik bir regülatör kullanmanızı öneririz.

Bölüm 3. Flash Bellek

Birincil flaş

Şekil 8. Birincil flaş belleği ve USB_BOOT devresini gösteren şematik bölüm

RP2350'nin önyükleme yapabileceği ve çalıştırabileceği program kodunu depolayabilmek için bir flaş bellek, özellikle bir dörtlü SPI flaş bellek kullanmamız gerekir. Burada seçilen cihaz, 25 Mbit çip (128 MB) olan bir W3Q8JVS cihazıdır (Şekil 128'deki U16). Bu, RP2350'nin destekleyebileceği en büyük bellek boyutudur. Belirli uygulamanızın bu kadar depolamaya ihtiyacı yoksa, bunun yerine daha küçük ve daha ucuz bir bellek kullanılabilir.
Bu veri yolu oldukça yüksek frekanslı olabileceğinden ve düzenli olarak kullanıldığından, RP2350'nin QSPI pinleri, sinyal bütünlüğünü korumak ve ayrıca çevredeki devrelerdeki çapraz konuşmayı azaltmak için kısa bağlantılar kullanılarak doğrudan flaşa bağlanmalıdır. Çapraz konuşma, bir devre ağındaki sinyallerin istenmeyen hacimli seslere neden olabileceği yerdir.tagKomşu bir devreye bağlanarak potansiyel olarak hataların oluşmasına neden olabilir.

QSPI_SS sinyali özel bir durumdur. Doğrudan flaşa bağlıdır, ancak aynı zamanda iki direnci (aslında dört, ama ona daha sonra geleceğim) de vardır. İlki (R1) 3.3V beslemeye bir çekmedir. Flaş bellek, çip seçme girişinin aynı voltajda olmasını gerektirirtage, cihaz çalıştırıldığında kendi 3.3V besleme pini olarak kullanılır, aksi takdirde düzgün çalışmaz. RP2350 çalıştırıldığında, QSPI_SS pini otomatik olarak bir çekme-yukarıya varsayılan olarak ayarlanır, ancak QSPI_SS pininin durumunun garanti edilemediği kısa bir süre boyunca açma sırasında olur. Bir çekme-yukarı direncinin eklenmesi, bu gereksinimin her zaman karşılanmasını sağlar. R1, şematikte DNF (Uymuyor) olarak işaretlenmiştir, çünkü bu özel flaş cihazıyla harici çekme-yukarıya gerek olmadığını bulduk. Ancak, farklı bir flaş kullanılırsa, buraya 10kΩ'luk bir direnç takabilmek önemli hale gelebilir, bu nedenle her ihtimale karşı eklenmiştir.
İkinci direnç (R6), 'USB_BOOT' etiketli bir basmalı düğmeye (SW1) bağlı 1kΩ'luk bir dirençtir. Bunun nedeni, QSPI_SS pininin bir 'önyükleme kayışı' olarak kullanılmasıdır; RP2350, önyükleme dizisi sırasında bu G/Ç değerini kontrol eder ve mantıksal 0 olduğu bulunursa, RP2350, RP2350'nin kendisini bir USB yığın depolama aygıtı olarak sunduğu ve kodun doğrudan ona kopyalanabileceği BOOTSEL moduna geri döner. Basitçe düğmeye basarsak, QSPI_SS pinini toprağa çekeriz ve aygıt daha sonra sıfırlanırsa (örneğin RUN pinini değiştirerek), RP2350 flaşın içeriklerini çalıştırmayı denemek yerine BOOTSEL modunda yeniden başlatır. Bu dirençler, R2 ve R6 (ayrıca R9 ve R10), sinyali etkileyebilecek ek bakır parça uzunluklarından kaçınmak için flaş çipine yakın yerleştirilmelidir.
Yukarıdakilerin hepsi, dahili flaşı olmayan RP2350 için geçerlidir. Elbette, RP2354 cihazlarının dahili 2MB flaş bellekleri vardır, bu nedenle harici U3 belleğine gerek yoktur, bu nedenle U3 şematikten güvenli bir şekilde kaldırılabilir veya basitçe doldurulmadan bırakılabilir. Bu durumlardan herhangi birinde, USB önyükleme moduna girebilmemiz için USB_BOOT anahtarını QSPI_SS'ye bağlı tutmak isteriz.

İkincil flaş veya PSRAM

RP235x serisi artık aynı QSPI pinlerini kullanan ikinci bir bellek aygıtını destekliyor ve bir GPIO ek çip seçimi sağlıyor. Yani, dahili flaşı olan bir RP2354 kullanıyorsak, U3'ü ikincil flaş olarak kullanabilir veya hatta bir PSRAM aygıtıyla değiştirebiliriz. Bunu yapmak için QSPI_SS'yi U3'ten ayırmamız ve bunun yerine uygun bir GPIO'ya bağlamamız gerekir. Bir çip seçimi olabilecek en yakın GPIO (XIP_CS1n) GPIO0'dır, bu nedenle R0'dan 10Ω'u kaldırarak ve R9'a uydurarak artık çip üzerindeki flaşa ek olarak U3'e erişebiliriz. Tam olarak avantaj elde etmek içintagRP2350'nin flaşsız parçalarının faydalanabilmesi için iki adet harici bellek aygıtının bulunduğu bu özellikten biri de, RP2350B için olan iki Minimal karttan daha büyük olanı, ek bir bellek yongası için isteğe bağlı bir ayak izi (U4) içeriyor.

Şekil 9. İsteğe bağlı ikincil bellek aygıtını gösteren şematik kesit

Bu cihazı kullanabilmek için, R11 (0Ω) ve R13 (10KΩ) ile birlikte doldurulması gerektiği açıktır. R11'in eklenmesi, GPIO0'ı (XIP_CS1n sinyali) ikinci belleğin çip seçimine bağlar. Çip seçimi pinindeki çekme bu sefer kesinlikle gereklidir, çünkü GPIO0'ın varsayılan durumu güç açıldığında düşük seviyeye çekilmelidir, bu da flaş cihazımızın arızalanmasına neden olur. Ayrıca U22 için yerel güç kaynağı ayrıştırması sağlamak için C4'ye ihtiyaç duyulacaktır.

Desteklenen flash yongaları
Alt kısımda ikinci s'yi çıkarmak için kullanılan ilk flaş sondaj dizisitage flaştan, 03 bit adresleme ve yaklaşık 24MHz'lik bir seri saat ile 1h seri okuma komutunu kullanır. Saat polaritesi ve saat fazının dört kombinasyonu arasında tekrar tekrar döner ve geçerli bir saniye s arar.tage CRC32 sağlama toplamı.
İkinci s olaraktage daha sonra aynı 03h seri okuma komutunu kullanarak yerinde yürütmeyi yapılandırmakta özgürdür, RP2350, 03 bit adresleme ile 24h seri okumayı destekleyen herhangi bir çip ile önbelleğe alınmış flaş yerinde yürütmeyi gerçekleştirebilir, buna çoğu 25 serisi flaş cihazı dahildir. SDK, bir örnek sağlarampikinci stage CPOL=0 CPHA=0 için, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.SAlttaki rutinleri kullanarak flaş programlamayı desteklemek için cihazın ayrıca aşağıdaki komutlara yanıt vermesi gerekir:

02h 256 bayt sayfa programı
05h durum kaydı okundu
06h yazma etkinleştirme mandalını ayarla

20h 4kB sektör silme

RP2350 ayrıca çok çeşitli çift SPI ve QSPI erişim modlarını da destekler. Örneğinampley, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S RP25'nin dörtlü IO adresleri (komut öneki olmadan) gönderdiği ve flaşın dörtlü IO verileriyle yanıt verdiği dörtlü IO sürekli okuma modu için bir Winbond W2350Q serisi cihazı yapılandırır.

Yukarıda bahsedilen Winbond sürekli okuma modu gibi flaş aygıtının standart seri komutlara yanıt vermeyi bıraktığı flaş XIP modlarında biraz dikkatli olmak gerekir. Bu, RP2350 sıfırlandığında ancak flaş aygıtı güç döngüsüne alınmadığında sorunlara neden olabilir, çünkü flaş daha sonra bootrom'un flaş probu dizisine yanıt vermez. 03h seri okumayı yayınlamadan önce, bootrom her zaman aşağıdaki sabit diziyi yayınlar, bu da bir dizi flaş aygıtında XIP'yi sonlandırmak için en iyi çaba dizisidir:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (çekişmeyi önlemek için aşağı çekme yoluyla), ×32 saat sorunu
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (çekişmeyi önlemek için çekmeler yoluyla), ×32 saat sorunu
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (sürülen düşük-Z, diğer tüm G/Ç'ler Yüksek-Z), ×16 saat sorunu

Seçtiğiniz cihaz sürekli okuma modundayken bu diziye yanıt vermiyorsa, her transferin bir seri komutla ön eklendiği bir durumda tutulmalıdır, aksi takdirde RP2350 dahili sıfırlamanın ardından kurtarılamaz.
QSPI hakkında daha fazla bilgi için lütfen RP2350 veri sayfasındaki QSPI Bellek Arayüzü'ne (QMI) bakın.

Bölüm 4. Kristal Osilatör

Şekil 10. Kristal osilatör ve yük kapasitörlerini gösteren şematik kesit

Kesin olarak konuşursak, RP2350 aslında harici bir saat kaynağına ihtiyaç duymaz, çünkü kendi dahili osilatörü vardır. Ancak, bu dahili osilatörün frekansı iyi tanımlanmadığı veya kontrol edilmediği için, çipten çipe ve farklı besleme hacimleriyle değişir.tagsıcaklıklar ve sabit bir harici frekans kaynağı kullanılması önerilir. Kesin frekanslara dayanan uygulamalar harici bir frekans kaynağı olmadan mümkün değildir, USB birincil bir örnektirampley.
Harici bir frekans kaynağı sağlamanın iki yolu vardır: ya CMOS çıkışlı bir saat kaynağı sağlayarak (IOVDD hacminin kare dalgası)tage) XIN pinine veya arasına bağlanmış 12MHz kristal kullanılarak
XIN ve XOUT. Burada kristal kullanmak tercih edilen seçenektir, çünkü ikisi de nispeten ucuz ve çok doğrudur.

Bu tasarım için seçilen kristal bir ABM8-272-T3'tür (Şekil 1'daki Y10). Bu, Raspberry Pi Pico ve Raspberry Pi Pico 12'de kullanılan aynı 2MHz kristaldir. Saatin, kristalin kendisine zarar vermeden her koşulda hızlı bir şekilde başlamasını sağlamak için bu kristali eşlik eden devreyle birlikte kullanmanızı şiddetle öneririz. Kristalin 30ppm frekans toleransı vardır ve bu çoğu uygulama için yeterince iyi olmalıdır. +/-30ppm frekans toleransının yanı sıra, 50Ω maksimum ESR'ye ve 10pF yük kapasitansına sahiptir ve bunların her ikisi de eşlik eden bileşenlerin seçiminde etkili olmuştur.
Bir kristalin istenen frekansta salınması için, üretici bunun için ihtiyaç duyduğu yük kapasitansını belirtir ve bu durumda 10pF'dir. Bu yük kapasitansı, kristalin her iki tarafına birer tane olmak üzere eşit değerde iki kapasitör yerleştirilerek elde edilir (C3 ve C4). Kristalin view, bu kapasitörler iki terminali arasında seri olarak bağlanır. Temel devre teorisi bize bunların birleşerek (C3*C4)/(C3+C4) kapasitansını verdiğini ve C3=C4 olduğundan bunun basitçe C3/2 olduğunu söyler. Bu örnekteample, 15pF kapasitörler kullandık, bu yüzden seri kombinasyon 7.5pF'dir. Bu kasıtlı yük kapasitansına ek olarak, PCB yollarından ve RP2350'nin XIN ve XOUT pinlerinden aldığımız kasıtsız ekstra kapasitans veya parazit kapasitans için de bir değer eklemeliyiz. Bunun için 3pF değerini varsayacağız ve bu kapasitans C3 ve C4'e paralel olduğundan, bunu basitçe ekleyerek bize 10.5pF'lik toplam yük kapasitansı veririz, bu da 10pF hedefine yeterince yakındır. Gördüğünüz gibi, PCB izlerinin parazit kapasitansı bir faktördür ve bu nedenle kristali bozmamak ve amaçlandığı gibi salınımını durdurmamak için bunları küçük tutmamız gerekir. Düzeni olabildiğince kısa tutmaya çalışın.
İkinci husus, kristalin maksimum ESR'sidir (eşdeğer seri direnç). 50kΩ'luk bir seri dirençle (R1) birlikte, 2 V'luk bir IOVDD seviyesi kullanıldığında kristalin aşırı sürülmesini ve hasar görmesini önlemek için iyi bir değer olduğunu gördüğümüz için, maksimum 3.3Ω'luk bir cihaz seçtik. Ancak, IOVDD 3.3 V'tan düşükse, XIN/XOUT pinlerinin sürücü akımı azalır ve ampkristalin yüksekliği daha düşüktür veya hiç salınmayabilir. Bu durumda, seri direncin daha küçük bir değerinin kullanılması gerekecektir. Burada gösterilen kristal devresinden veya 3.3 V'tan farklı bir IOVDD seviyesinden herhangi bir sapma, kristalin tüm koşullar altında salındığından ve uygulamanızda sorun yaratmayacak kadar hızlı bir şekilde başladığından emin olmak için kapsamlı testler gerektirecektir.

Önerilen kristal

RP2350 kullanan orijinal tasarımlar için Abracon ABM8-272-T3'ü kullanmanızı öneririz. Örneğinample, minimal tasarıma ek olarakample, Raspberry Pi Pico 2 Veri Sayfasının Ek B'sindeki Pico 2 kart şemasını ve Pico 2 tasarımını inceleyin files.
Tipik çalışma sıcaklığı aralıklarında en iyi performans ve kararlılık için Abracon ABM8-272-T3'ü kullanın. ABM8-272-T3'ü doğrudan Abracon'dan veya yetkili bir satıcıdan temin edebilirsiniz. Pico 2, aşağıdaki özelliklere sahip olan ABM8-272-T3 için özel olarak ayarlanmıştır:

Benzer özelliklere sahip bir kristal kullansanız bile, devrenin kararlılığını garantilemek için devreyi bir dizi sıcaklık üzerinde test etmeniz gerekecektir.
Kristal osilatör IOVDD vol'den güç alırtage. Sonuç olarak, Abracon kristali ve o belirli damping direnci 3.3V çalışması için ayarlanmıştır. Farklı bir IO vol kullanırsanıztage, yeniden ayarlamanız gerekecektir.
Kristal parametrelerinde yapılacak herhangi bir değişiklik, kristal devresine bağlı tüm bileşenlerde kararsızlığa yol açabilir.

Önerilen kristali doğrudan Abracon'dan veya bir satıcıdan temin edemiyorsanız, bizimle iletişime geçin. uygulamalar@raspberrypi.com.

Bölüm 5. IO'lar

USB
Şekil 11. RP2350'nin USB pinlerini ve seri sonlandırmayı gösteren şematik kesit

RP2350, kullanılan yazılıma bağlı olarak ana bilgisayar veya aygıt olarak tam hız (FS) veya düşük hız (LS) USB için kullanılacak iki pin sağlar. Daha önce tartıştığımız gibi, RP2350 bir USB yığın depolama aygıtı olarak da önyüklenebilir, bu nedenle bu pinleri USB konektörüne (Şekil 1'teki J5) bağlamak mantıklıdır. RP2350'deki USB_DP ve USB_DM pinleri, herhangi bir ek çekme veya çekme gerektirmez (hızı, FS veya LS'yi veya ana bilgisayar mı yoksa aygıt mı olduğunu belirtmek için gereklidir), çünkü bunlar G/Ç'lere yerleştirilmiştir. Ancak, bu G/Ç'ler USB empedans spesifikasyonunu karşılamak için çipe yakın yerleştirilmiş 27Ω seri sonlandırma dirençleri (Şekil 7'deki R8 ve R11) gerektirir.
RP2350 tam hız veri hızıyla (12Mbps) sınırlı olsa da, iletim hatlarının (çipi konektöre bağlayan bakır yollar) karakteristik empedansının, çipe yakın olduğundan emin olmalıyız.
90Ω'luk USB spesifikasyonu (farklı olarak ölçülmüştür). Bunun gibi 1 mm kalınlığındaki bir kartta, USB_DP ve USB_DM'de 0.8 mm genişliğinde yollar kullanırsak ve aralarında 0.15 mm boşluk varsa, yaklaşık 90Ω'luk bir diferansiyel karakteristik empedansı elde etmeliyiz. Bu, sinyallerin bu iletim hatları boyunca mümkün olduğunca temiz bir şekilde hareket edebilmesini ve ses seviyesini en aza indirmesini sağlamak içindir.tage sinyalin bütünlüğünü azaltabilecek yansımalar. Bu iletim hatlarının düzgün çalışması için, bu hatların hemen altında bir toprak olduğundan emin olmamız gerekir. Tüm ray uzunluğu boyunca uzanan, kesintisiz, toprak bakır alanı. Bu tasarımda, alt bakır katmanının neredeyse tamamı toprağa ayrılmıştır ve USB raylarının yalnızca toprak üzerinden geçmesini sağlamak için özel bir özen gösterilmiştir. Yapınız için 1 mm'den daha kalın bir PCB seçilirse, o zaman iki seçeneğimiz var. USB iletim hatlarını, ray ile altındaki toprak arasındaki daha büyük mesafeyi telafi edecek şekilde yeniden tasarlayabilir (ki bu fiziksel olarak imkansız olabilir) veya bunu görmezden gelip en iyisini umabiliriz. USB FS oldukça affedici olabilir, ancak sizin sonuçlarınız farklı olabilir. Birçok uygulamada çalışması muhtemeldir, ancak muhtemelen USB standardına uygun olmayacaktır.

G/Ç başlıkları

Şekil 12. QFN2.54 versiyonunun 60 mm G/Ç başlıklarını gösteren şematik kesit

Daha önce bahsedilen USB konektörüne ek olarak, kartın her iki tarafında bir çift çift sıra 2.54 mm başlık (Şekil 2'de J3 ve J12) vardır ve geri kalan G/Ç bunlara bağlanmıştır. RP30A'da 2350 GPIO varken, RP48B'de 2350 GPIO vardır, bu nedenle Minimal kartının bu versiyonundaki başlıklar ekstra pinlere izin vermek için daha büyüktür (bkz. Şekil 13).
Bu, belirli bir uygulama düşünülmeden genel amaçlı bir tasarım olduğundan, G/Ç'ler kullanıcının istediği gibi bağlanabilecek şekilde sunulmuştur. Her başlıktaki pinlerin iç sırası G/Ç'lerdir ve dış sıranın hepsi toprağa bağlıdır. G/Ç konnektörlerine çok sayıda toprak eklemek iyi bir uygulamadır. Bu, düşük empedanslı bir topraklamanın korunmasına ve ayrıca akımların gidip gelmesi için bol miktarda potansiyel dönüş yolu sağlanmasına yardımcı olur
G/Ç bağlantıları. Bu, devreyi tamamlamak için uzun, döngülü yollar kullanan hızlı anahtarlama sinyallerinin dönüş akımlarından kaynaklanabilen elektromanyetik girişimi en aza indirmek için önemlidir.

Her iki başlık da aynı 2.54 mm ızgaradadır, bu da bu kartı breadboard gibi diğer şeylere bağlamayı kolaylaştırır. Çift sıra başlık yerine yalnızca tek sıra başlık takmayı düşünebilirsiniz, böylece toprak bağlantılarının dış sırasından kurtularak breadboard'a takmayı daha kolay hale getirebilirsiniz.

Şekil 13. QFN2.54 versiyonunun 80 mm G/Ç başlıklarını gösteren şematik kesit

Hata ayıklama bağlayıcısı

Şekil 14. SWD hata ayıklama için isteğe bağlı JST bağlayıcısını gösteren şematik bölüm

Yonga üzerinde hata ayıklama için RP2350'nin SWD arayüzüne bağlanmak isteyebilirsiniz. İki pin, SWD ve SWCLK, seçtiğiniz hata ayıklama probunun kolayca bağlanmasına izin vermek için 2.54 mm başlık J3'te mevcuttur. Buna ek olarak, Raspberry Pi Hata Ayıklama Probu'na kolay bağlantı sağlayan isteğe bağlı bir JST başlığı ekledim. Bunu kullanmanıza gerek yok, yazılımı hata ayıklamayı düşünüyorsanız 2.54 mm başlıklar yeterli olacaktır, ancak bunu yapmanın daha rahat olduğunu düşünüyorum. Çoğunlukla görünümünü beğendiğim için yatay bir konektör seçtim, kartın kenarında olmasa bile, ancak biraz farklı bir ayak izine sahip olsa da dikey olanlar da mevcuttur.

Düğmeler
Minimal tasarım artık bir değil, iki düğme içeriyor; RP240 versiyonunda ise hiç yok. Biri daha önce tartıştığımız gibi USB önyükleme seçimi için, ancak ikincisi RUN pinine bağlı bir 'sıfırlama' düğmesi. Bunlardan hiçbiri kesinlikle gerekli değil (ancak USB önyükleme modu gerekirse BOOTSEL düğmesinin bir başlık veya benzeriyle değiştirilmesi gerekirdi) ve alan veya maliyet endişesi varsa çıkarılabilir, ancak kesinlikle RP2350'yi kullanmayı çok daha keyifli bir deneyim haline getiriyorlar.

Ek A: Tam Şema - RP2350A versiyonu

Şekil 15. RP2350A için Minimal Tasarımın tam şeması

Ek B: Tam Şema - RP2350B versiyonu

Şekil 16. RP2350B için Minimal Tasarımın tam şeması

Ek H: Belgelerin Yayımlanma Geçmişi

8 Ağustos 2024
İlk sürüm.

ben Raspberry Pi
Raspberry Pi, Raspberry Pi Ltd'nin ticari markasıdır
Ahududu Pi Ltd

Belgeler / Kaynaklar

Raspberry Pi SC1631 Raspberry Mikrodenetleyici [pdf] Kullanım Kılavuzu
SC1631 Raspberry Mikrodenetleyici, SC1631, Raspberry Mikrodenetleyici, Mikrodenetleyici

Referanslar

Kullanıcı Kılavuzu

Raspberry Pi SC1631 Raspberry Mikrodenetleyici

Ürün Kullanım Talimatları