Інструкція з експлуатації мікроконтролера Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Розділ 1: Вступ
Серія RP2350 пропонує інші варіанти упаковки порівняно з серією RP2040. RP2350A і RP2354A поставляються в корпусі QFN-60 без і з внутрішньою флеш-пам'яттю відповідно, тоді як RP2354B і RP2350B поставляються в корпусі QFN-80 з і без флеш-пам'яті.

Розділ 2: Потужність
У серії RP2350 є нова вбудована комутація voltagе регулятор з п'ятьма контактами. Для роботи цього регулятора потрібні зовнішні компоненти, але він забезпечує більш високу енергоефективність при більших струмах навантаження порівняно з лінійним регулятором серії RP2040. Зверніть увагу на чутливість до шуму в контакті VREG_AVDD, який живить аналогову схему.

Часті запитання (FAQ)

З: Яка основна відмінність між RP2350A та RP2350B?
A: Основна відмінність полягає в наявності внутрішньої флеш-пам'яті. RP2350A не має внутрішньої флеш-пам’яті, тоді як RP2350B має.
Q: Скільки кеглів має обtagРегулятор у серії RP2350 є?
В: ТtagРегулятор серії RP2350 має п’ять контактів.

Розробка апаратного забезпечення з RP2350 Використання мікроконтролерів RP2350 для створення плат і продуктів

Колофон

Ця документація надається під ліцензією Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND). дата збірки: 2024-08-08 версія збірки: c0acc5b-clean
Юридичне повідомлення про відмову від відповідальності

ТЕХНІЧНІ ДАНІ ТА ДАНІ ПРО НАДІЙНІСТЬ ПРОДУКЦІЇ RASPBERRY PI (ВКЛЮЧАЮЧИ ТЕХНІЧНІ ТАБЛИЦІ) З ЧАСОМ МОДИфікованими («РЕСУРСИ») НАДАЮТЬСЯ КОМПАНІЄЮ RASPBERRY PI LTD («RPL») «ЯК Є», ТА БУДЬ-ЯКІ ПРЯМІ АБО НЕПРЯМІ ГАРАНТІЇ, ВКЛЮЧАЮЧИ, АЛЕ НЕ ОБМЕЖУЮЧИСЬ. TO, НЕПРЯМІ ГАРАНТІЇ ПРИДАТНОСТІ ДЛЯ ПРОДАЖУ ТА ВІДПОВІДНОСТІ ДЛЯ ПЕВНОЇ МЕТИ ВІДМОВЛЯЮТЬСЯ. У МАКСИМАЛЬНОМУ МІРІ, ДОЗВОЛЕНОМУ ЧИННИМ ЗАКОНОДАВСТВОМ, КОМПАНІЯ RPL НЕ НЕСЕ ВІДПОВІДАЛЬНОСТІ ЗА БУДЬ-ЯКІ ПРЯМІ, НЕПРЯМІ, ВИПАДКОВІ, СПЕЦІАЛЬНІ АБО ПОБІЧНІ ЗБИТКИ (ВКЛЮЧАЮЧИ, АЛЕ НЕ ОБМЕЖУЮЧИСЬ, ЗАКУПІВЛЮ ТОВАРІВ АБО ПОСЛУГИ-ЗАМІНИ). ICES; ВТРАТА ВИКОРИСТАННЯ ДАНИХ Або прибуток; ТАКОГО ПОШКОДЖЕННЯ.
RPL залишає за собою право в будь-який час і без додаткового повідомлення вносити будь-які вдосконалення, покращення, виправлення або будь-які інші модифікації в РЕСУРСИ чи будь-які описані в них продукти.
РЕСУРСИ призначені для кваліфікованих користувачів із належним рівнем знань у сфері дизайну. Користувачі несуть повну відповідальність за свій вибір і використання РЕСУРСІВ і будь-яке застосування продуктів, описаних у них. Користувач погоджується відшкодувати та звільнити RPL від усіх зобов’язань, витрат, збитків чи інших збитків, що виникають унаслідок використання ними РЕСУРСІВ.

RPL надає користувачам дозвіл використовувати РЕСУРСИ виключно в поєднанні з продуктами Raspberry Pi. Будь-яке інше використання РЕСУРСІВ заборонено. Жодна ліцензія не надається на будь-які інші права на інтелектуальну власність третіх осіб.
ДІЯЛЬНІСТЬ ВИСОКОГО РИЗИКУ. Продукти Raspberry Pi не розроблені, не виготовлені та не призначені для використання в небезпечних середовищах, що вимагають безвідмовної роботи, наприклад, при роботі ядерних установок, систем навігації чи зв’язку літаків, управління повітряним рухом, систем озброєнь або критично важливих для безпеки програм (включаючи життєзабезпечення). систем та інших медичних пристроїв), у яких несправність продуктів може призвести безпосередньо до смерті, травм або серйозної фізичної чи екологічної шкоди («Високоризикова діяльність»). RPL спеціально відмовляється від будь-яких явних або непрямих гарантій придатності для діяльності з високим ризиком і не несе відповідальності за використання або включення продуктів Raspberry Pi до діяльності з високим ризиком.

Продукти Raspberry Pi надаються відповідно до Стандартних умов RPL. Надання RPL РЕСУРСІВ не розширює та не змінює іншим чином Стандартні умови RPL, включаючи, але не обмежуючись, застереження та гарантії, викладені в них.

Глава 1. Вступ

Малюнок 1. 3D-рендерінг KiCad мінімального дизайну RP2350A напрample

Коли ми вперше представили Raspberry Pi RP2040, ми також випустили «мінімальний» дизайнampфайл і супровідний посібник Розробка апаратного забезпечення з RP2040, який, сподіваюся, пояснює, як RP2040 можна використовувати на простій друкованій платі та чому було зроблено вибір різних компонентів. З появою серії RP235x настав час переглянути оригінальний мінімальний дизайн RP2040 і оновити його з урахуванням нових функцій, а також для кожного з варіантів упаковки; RP2350A з корпусом QFN-60 і RP2350B, який є QFN-80. Знову ж таки, ці проекти є у форматі Kicad (7.0) і доступні для завантаження (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

Мінімальна дошка
Оригінальна плата Minimal була спробою створити простий еталонний дизайн, використовуючи мінімальну кількість зовнішніх компонентів, необхідних для роботи RP2040, і все ще мати відкритий і доступний весь IO. Він, по суті, складався з джерела живлення (лінійний регулятор від 5 В до 3.3 В), кварцевого генератора, флеш-пам’яті та з’єднань вводу-виводу (роз’єм micro USB і роз’єми GPIO). Нові плати Minimal серії RP235x в основному ті самі, але з деякими змінами, які необхідні через нове обладнання. На додаток до цього, незважаючи на те, що я дещо суперечив мінімальній природі дизайну, я додав кілька кнопок для bootsel і запуску разом із окремим заголовком SWD, що має означати набагато менш розчаровуючу роботу з налагодження цього разу. Дизайнам, строго кажучи, не потрібні ці кнопки, сигнали все ще доступні в заголовках, і їх можна пропустити, якщо ви особливо обережні з витратами чи простором або маєте мазохістські тенденції.

Серія RP2040 проти RP235x
Найбільш очевидна зміна в пакетах. Тоді як RP2040 — це 7x7 мм QFN-56, серія RP235x наразі складається з чотирьох різних членів. Є два пристрої, які використовують один і той самий пакет QFN-60; RP2350A, який не містить внутрішньої флеш-пам’яті, і RP2354A, який має. Подібним чином, QFN-80 також доступний у двох варіантах; RP2354B зі спалахом і RP2350B без. Пристрої QFN-60 і оригінальний RP2040 мають спільну історіюtage.

Кожен з них має 30 GPIO, чотири з яких також підключені до АЦП, і мають розмір 7x7 мм. Незважаючи на це, RP2350A не є простою заміною RP2040, оскільки кількість контактів на кожному різна. Навпаки, чіпи QFN-80 тепер мають 48 GPIO, і вісім із них тепер сумісні з АЦП. Через це ми тепер маємо дві мінімальні дошки; одна для 60-контактних пристроїв і одна для 80-контактних пристроїв. Ці мінімальні плати в основному розроблені для частин без внутрішньої флеш-пам’яті (RP2350), однак конструкції можна легко використовувати з внутрішніми флеш-пристроями (RP2354), просто опустивши вбудовану флеш-пам’ять пам’яті або навіть використовувати його як додатковий флеш-пристрій (про це пізніше). Існує невелика різниця між двома платами, крім того факту, що версія QFN-80 має довші ряди заголовків для розміщення додаткового GPIO, і тому плата більша.

Крім комплектації, найбільшою різницею на рівні плати між серіями RP235x і RP2040 є блоки живлення. Серія RP235x має деякі нові контакти живлення та інший внутрішній регулятор. Лінійний регулятор на 100 мА в RP2040 було замінено на імпульсний регулятор на 200 мА, і, як такий, він вимагає дуже специфічних схем і особливої уваги до компонування. Настійно рекомендуємо вам уважно стежити за нашим вибором макета та компонентів; ми вже пройшли через біль, пов’язану з тим, що довелося робити кілька ітерацій дизайну, тому, сподіваюся, вам не доведеться цього робити.

Малюнок 2. 3D-рендерінг KiCad мінімального дизайну RP2350B напрample

Дизайн
Намір мінімального дизайну exampЦе створення пари простих плат із використанням серії RP235x, які мають бути дешевими та легкими у виготовленні, без використання зайво екзотичних технологій друкованих плат. Таким чином, мінімальні плати є двошаровими конструкціями, в яких використовуються компоненти, які мають бути загальнодоступними, і всі вони встановлені на верхній стороні плати. Хоча було б непогано використовувати великі компоненти, які легко паяти вручну, малий крок мікросхем QFN (2 мм) означає, що використання деяких пасивних компонентів 0.4 (0402 метричних) неминуче, якщо потрібно використовувати всі GPIO. Хоча ручна пайка компонентів 1005 не надто складна за допомогою пристойного паяльника, спаяти QFN без спеціального обладнання практично неможливо.

У наступних кількох розділах я спробую пояснити, для чого потрібна додаткова схема, і, сподіваюся, як ми прийшли до такого вибору. Оскільки я фактично буду говорити про два окремих дизайни, по одному для кожного розміру упаковки, я намагався зробити все максимально простим. Наскільки це можливо, усі посилання на компоненти для двох плат ідентичні, тому, якщо я посилаюся на U1, R1 тощо, це однаково стосується обох плат. Очевидним винятком є випадки, коли компонент знаходиться лише на одній із плат (у всіх випадках це буде на більшому 80-контактному варіанті), тоді відповідний компонент буде лише на конструкції QFN-80; наприкладample, R13 з’являється лише на цій платі.

Глава 2. Потужність

Джерела живлення серії RP235x і RP2040 цього разу дещо відрізняються, хоча в найпростішій конфігурації все ще потрібні два джерела живлення, 3.3 В і 1.1 В. Серія RP235x водночас потребує більше енергії, оскільки має вищу продуктивність, а також є більш економічною (у стані низької потужності), ніж її попередниця, тому лінійний регулятор на RP2040 було оновлено регулятором з перемиканням. Це дозволяє підвищити енергоефективність при вищих силах струму (до 200 мА порівняно зі 100 мА раніше).

Новий том на чіпіtagрегулятор

Малюнок 3. Розріз внутрішньої схеми регулятора

Лінійний регулятор RP2040 мав два висновки, вхід 3.3 В і вихід 1.1 В для живлення DVDD на чіпі. Цього разу регулятор серії RP235x має п’ять контактів, і для його роботи потрібні деякі зовнішні компоненти. Хоча це здається трохи назад з точки зору зручності використання, регулятор перемикання має перевагуtage бути більш енергоефективним при вищих струмах навантаження.

Як випливає з назви, регулятор швидко вмикає та вимикає внутрішній транзистор, що підключає вхідний об’єм 3.3 В.tage (VREG_VIN) до висновку VREG_LX, і за допомогою котушки індуктивності (L1) і вихідного конденсатора (C7) він може створювати вихідний об’єм постійного струму.tage, який був знижений від входу. Вивід VREG_FB контролює вихідний обсягtage, і регулює співвідношення ввімкнення/вимкнення циклу перемикання, щоб забезпечити необхідний об’ємtage зберігається. Оскільки великі струми перемикаються з VREG_VIN на VREG_LX, потрібен великий конденсатор (C6) поблизу входу, тому ми не надто засмучуємо джерело живлення 3.3 В. Говорячи про ці великі комутаційні струми, регулятор також має власне зворотне заземлення, VREG_PGND. Подібно до VREG_VIN і VREG_LX, схема цього з’єднання є критичною, і хоча VREG_PGND має підключатися до основного GND, це має бути зроблено таким чином, щоб усі великі перемикаючі струми поверталися безпосередньо на висновок PGND, не заважаючи решті GND занадто багато.

Останній контакт – VREG_AVDD, який забезпечує аналогову схему всередині регулятора, і він дуже чутливий до шуму.

Малюнок 4. Схематичний розріз, що показує компонування друкованої плати регулятора

Розташування регулятора на мінімальних платах точно віддзеркалює розташування Raspberry Pi Pico 2. Багато роботи було витрачено на розробку цієї схеми, потрібно було багато ітерацій друкованої плати, щоб зробити її настільки якісною, наскільки це можливо. може. Хоча ви можете розмістити ці компоненти різними способами і все одно змусити регулятор «працювати» (тобто виробляти вихідний об’ємtage приблизно на потрібному рівні, достатньо хорошому, щоб запустити код), ми виявили, що з нашим регулятором потрібно поводитись у правильний спосіб, щоб він залишався щасливим, а під щасливим я маю на увазі створення правильного вихідного об’ємуtage за різних умов струму навантаження.
Виконуючи наші експерименти з цього приводу, ми були дещо розчаровані, коли нам нагадали, що незручний світ фізики не завжди можна ігнорувати. Ми, як інженери, в основному намагаємося робити саме це; спрощення компонентів, ігнорування (часто) незначних фізичних властивостей і натомість зосередження на властивості, яка нас цікавить.ampНаприклад, простий резистор має не лише опір, але й індуктивність тощо. У нашому випадку ми (знову) виявили, що котушки індуктивності мають пов’язане з ними магнітне поле, і, що важливо, випромінює в напрямку залежно від того, в якому напрямку котушка намотується, і напрямок протікання струму. Нам також нагадали, що «повністю» екранований індуктор не означає те, що ви думаєте. Магнітне поле значною мірою послаблюється, але частина все ще виходить назовні. Ми виявили, що продуктивність регулятора можна значно покращити, якщо котушку індуктивності «правильно».
Виявилося, що магнітне поле, яке випромінює індуктивність «не в той бік», заважає вихідному конденсатору регулятора (C7), що, у свою чергу, порушує схему керування в RP2350. З правильною орієнтацією котушки індуктивності та точним компонуванням і вибором компонентів, використаних тут, ця проблема зникає. Безсумнівно, будуть інші схеми, компоненти тощо, які можуть працювати з індуктором у будь-якій орієнтації, але вони, швидше за все, використовуватимуть набагато більше місця на друкованій платі, щоб це зробити. Ми надали цей рекомендований макет, щоб заощадити людям багато годин інженерів, які ми витратили на розробку та вдосконалення цього компактного та ефективного рішення.
Більше того, ми заходимо настільки далеко, що якщо ви вирішите не використовувати нашого колишньогоample, тоді ви робите це на свій страх і ризик. Подібно до того, як ми вже робимо з RP2040 і схемою кристала, де ми наполягаємо (ну, настійно рекомендуємо) використовувати певну частину (ми зробимо це знову в розділі кристала цього документа).
Спрямованість цих маленьких котушок індуктивності практично повсюдно ігнорується, орієнтація обмотки котушки неможливо визначити, а також випадково розподілені вздовж котушки компонентів. На корпусах індукторів більших розмірів часто можна знайти позначки полярності, однак ми не змогли знайти відповідних для розміру корпусу 0806 (2016 р.), який ми обрали. З цією метою ми працювали з Abracon, щоб виготовити деталь 3.3 мкГн з крапкою, яка вказує на полярність, і, що важливо, прийти на котушку, щоб усі вони були вирівняні однаково. Дистриб’ютори нададуть (або найближчим часом) доступні для широкого загалу. Як згадувалося раніше, джерело живлення VREG_AVDD дуже чутливе до шуму, і тому потребує фільтрації. Ми виявили, що оскільки VREG_AVDD споживає лише близько 200 мкА, RC-фільтр 33 Ом і 4.7 мкФ є достатнім.
Отже, підсумовуючи, використовувані компоненти будуть...
- C6, C7 і C9 – 4.7 мкФ (0402, 1005 метрика)
- L1 – Abracon TBD (0806, метрика 2016)
- R3 – 33 Ом (0402, 1005 метричний)
Таблиця даних RP2350 містить більш детальне обговорення рекомендацій щодо компонування регулятора, дивіться вимоги до компонування зовнішніх компонентів і друкованої плати.

Вхідне живлення

Підключення вхідного живлення для цієї конструкції здійснюється через контакт VBUS 5 В роз’єму Micro-USB (позначений J1 на малюнку 5). Це звичайний спосіб живлення електронних пристроїв, і тут це має сенс, оскільки RP2350 має функцію USB, яку ми будемо підключати до контактів даних цього роз’єму. Оскільки нам потрібно лише 3.3 В для цієї конструкції (живлення 1.1 В надходить із внутрішнього джерела живлення), нам потрібно знизити вхідне джерело живлення 5 В USB, у цьому випадку використовуючи інше, зовнішнє джерело живленняtage регулятор, у даному випадку це лінійний регулятор (він же регулятор з низьким випаданням, або LDO). Раніше вихваляючи переваги використання ефективного комутаційного регулятора, було б мудрим вибором використовувати його і тут, але я вибрав простоту. По-перше, використовувати LDO майже завжди легше. Немає потреби в обчисленнях, щоб з’ясувати, якого розміру котушки індуктивності слід використовувати, чи розміру вихідних конденсаторів, і схема зазвичай набагато простіша. По-друге, збереження до останньої краплі енергії не є метою тут; якби це було, я б серйозно розглянув можливість використання імпульсного регулятора, і ви можете знайти колишнійampІ по-третє, я можу просто «позичити» схему, яку раніше використовував у версії RP2 плати Minimal. Вибраний тут NCP2040 (U1117) має фіксовану вихідну напругу 2 В, широко доступний і може забезпечити до 3.3 А струму, чого буде достатньо для більшості конструкцій. Подивившись на таблицю даних для NCP1, ми дізнаємося, що для цього пристрою потрібен конденсатор 1117 мкФ на вході та ще один на виході (C10 і C1).

Розв'язувальні конденсатори

Малюнок 6. Розділ схеми, що показує входи джерела живлення RP2350, обtagе регулятор і розв'язувальні конденсатори

Іншим аспектом конструкції джерела живлення є розв’язувальні конденсатори, необхідні для RP2350. Вони забезпечують дві основні функції. По-перше, вони фільтрують шум джерела живлення, а по-друге, забезпечують локальне джерело заряду, яке ланцюги всередині RP2350 можуть використати за короткий термін. Це запобігає обtage рівень у безпосередній близькості від надто сильного падіння, коли поточний попит раптово зростає. Через це важливо розташувати роз’єднання близько до штифтів живлення. Зазвичай ми рекомендуємо використовувати конденсатор 100 нФ на один контакт живлення, однак у кількох випадках ми відхиляємось від цього правила.

Малюнок 7. Розділ макета, що показує маршрутизацію та роз’єднання RP2350

По-перше, для того, щоб мати достатньо місця для виведення всіх контактів мікросхеми, подалі від пристрою, ми повинні піти на компроміс із кількістю розв’язувальних конденсаторів, які ми можемо використовувати. У цій конструкції контакти 53 і 54 RP2350A (контакти 68 і 69 RP2350B) використовують один конденсатор (C12 на рисунку 7 і малюнку 6), оскільки з цього боку пристрою мало місця, а компоненти і компонування регулятора мають перевагу.
Цю нестачу місця можна було б дещо подолати, якщо б ми використовували більш складну/дорожчу технологію, наприклад менші компоненти, або чотиришарову друковану плату з компонентами на верхній і нижній сторонах. Це компроміс дизайну; ми зменшили складність і вартість за рахунок меншої розділової ємності та конденсаторів, розташованих трохи далі від мікросхеми, ніж оптимально (це збільшує індуктивність). Це може призвести до обмеження максимальної швидкості, на якій може працювати конструкція, оскільки обtagПодача може стати надто шумною та впасти нижче мінімально дозволеної гучностіtagе; але для більшості програм цей компроміс має бути прийнятним.

Інше відхилення від правила 100 нФ полягає в тому, що ми можемо додатково покращити гучністьtage продуктивність регулятора; ми рекомендуємо використовувати 4.7 мкФ для C10, який розміщується з іншого боку мікросхеми від регулятора.

Розділ 3. Флеш-пам'ять

Основний спалах

Малюнок 8. Розділ схеми, що показує основну флеш-пам’ять і схему USB_BOOT

Щоб мати можливість зберігати програмний код, з якого RP2350 може завантажуватися та запускатися, нам потрібно використовувати флеш-пам’ять, зокрема флеш-пам’ять із чотирма SPI. Пристроєм, обраним тут, є пристрій W25Q128JVS (U3 на малюнку 8), який є мікросхемою 128 Мбіт (16 МБ). Це найбільший розмір пам'яті, який підтримує RP2350. Якщо вашій конкретній програмі не потрібно стільки пам’яті, замість неї можна використовувати меншу та дешевшу пам’ять.
Оскільки ця шина даних може бути досить високочастотною та регулярно використовується, контакти QSPI RP2350 слід підключати безпосередньо до спалаху, використовуючи короткі з’єднання для підтримки цілісності сигналу, а також для зменшення перехресних перешкод у навколишніх колах. Перехресні перешкоди - це те, де сигнали в одній мережі можуть викликати небажану гучністьtages на сусідньому ланцюзі, що потенційно може спричинити помилки.

Сигнал QSPI_SS є окремим випадком. Він підключений безпосередньо до спалаху, але також має два резистори (ну, чотири, але я розповім про це пізніше), підключені до нього. Перший (R1) - це підтягування до джерела живлення 3.3 В. Флеш-пам'ять вимагає, щоб вхід вибору мікросхеми мав однакову гучністьtage як власний контакт живлення 3.3 В, коли пристрій увімкнено, інакше він не функціонує належним чином. Коли RP2350 увімкнено, його штифт QSPI_SS за замовчуванням автоматично перемикається в режим підтягування, але є короткий період часу під час увімкнення, коли стан штифта QSPI_SS не може бути гарантований. Додавання підтягуючого резистора гарантує, що ця вимога завжди буде задоволена. На схемі R1 позначено як DNF (Do Not Fit), оскільки ми виявили, що для цього конкретного флеш-пристрою зовнішнє підтягування непотрібне. Однак, якщо використовується інший спалах, може стати важливим мати можливість вставити сюди резистор 10 кОм, тому його було включено про всяк випадок.
Другий резистор (R6) — це резистор 1 кОм, підключений до кнопки (SW1), позначеної «USB_BOOT». Це відбувається тому, що штифт QSPI_SS використовується як «завантажувальний ремінь»; RP2350 перевіряє значення цього вводу-виводу під час послідовності завантаження, і якщо виявляється, що воно дорівнює логічному 0, тоді RP2350 повертається до режиму BOOTSEL, де RP2350 представляє себе як накопичувач USB, і код можна скопіювати безпосередньо до нього. Якщо ми просто натиснемо кнопку, ми притягнемо штифт QSPI_SS до землі, і якщо потім пристрій буде скинуто (наприклад, шляхом перемикання контакту RUN), RP2350 перезапуститься в режимі BOOTSEL замість того, щоб намагатися запустити вміст флеш-пам’яті. Ці резистори, R2 і R6 (також R9 і R10), слід розміщувати близько до мікросхеми флеш-пам’яті, щоб уникнути додаткової довжини мідних доріжок, які можуть вплинути на сигнал.
Все вищесказане стосується саме RP2350, який не має внутрішнього спалаху. Звичайно, пристрої RP2354 мають внутрішню флеш-пам'ять 2 МБ, тому зовнішня пам'ять U3 не потрібна, тому U3 можна безпечно видалити зі схеми або просто залишити незаповненим. У будь-якому з цих випадків ми все одно хочемо залишити перемикач USB_BOOT підключеним до QSPI_SS, щоб ми могли перейти в режим завантаження USB.

Вторинний флеш або PSRAM

Серія RP235x тепер підтримує другий пристрій пам’яті за допомогою тих самих контактів QSPI, а GPIO забезпечує додатковий вибір мікросхеми. Отже, якщо ми використовуємо RP2354 (з внутрішньою флеш-пам’яттю), ми можемо використовувати U3 як додаткову флеш-пам’ять або навіть замінити її пристроєм PSRAM. Щоб зробити це, нам потрібно від’єднати QSPI_SS від U3 і натомість підключити його до відповідного GPIO. Найближчий GPIO, який може бути вибором мікросхеми (XIP_CS1n), — це GPIO0, тому, видаливши 0 Ом з R10 і підключивши його до R9, тепер ми можемо отримати доступ до U3 на додаток до вбудованої флеш-пам’яті. Щоб повністю взяти авансtagДля цієї функції, де ми маємо два зовнішні пристрої пам’яті, щоб частини RP2350 без флеш-пам’яті могли отримати вигоду, більша з двох мінімальних плат, для RP2350B, включає додатковий розмір (U4) для додаткової мікросхеми пам’яті.

Малюнок 9. Схематичний розділ, що показує додатковий вторинний пристрій пам’яті

Щоб мати можливість використовувати цей пристрій, його, очевидно, доведеться заповнити, а також R11 (0 Ом) і R13 (10 кОм). Додавання R11 підключає GPIO0 (сигнал XIP_CS1n) до вибору мікросхеми другої пам’яті. Підтягування контакту вибору мікросхеми цього разу безперечно потрібне, оскільки стандартний стан GPIO0 має бути низьким під час увімкнення живлення, що призведе до збою нашого флеш-пристрою. C22 також знадобиться для забезпечення розв’язки локального джерела живлення для U4.

Підтримувані флеш-чіпи
Початкова послідовність зонда спалаху, яка використовується дном для вилучення других stage з флеш-пам’яті, використовує команду читання послідовного порту 03h з 24-розрядною адресацією та тактовою частотою приблизно 1 МГц. Він неодноразово циклічно перебирає чотири комбінації полярності годинника та фази годинника, шукаючи дійсну секунду stage Контрольна сума CRC32.
Як другий stagПісля цього e може налаштувати виконання на місці за допомогою тієї самої команди послідовного читання 03h, RP2350 може виконувати виконання кешованого флеш-пам’яті на місці з будь-якою мікросхемою, що підтримує послідовне читання 03h з 24-розрядною адресацією, що включає більшість флеш-пристроїв серії 25 . SDK надає прикладample другий stage для CPOL=0 CPHA=0, при https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Щоб підтримувати флеш-програмування за допомогою процедур у нижній частині, пристрій також має відповідати на такі команди:

02h 256-байтна сторінкова програма
05h прочитано реєстр статусу
06h встановити фіксатор дозволу запису

20h 4kB стирання сектора

RP2350 також підтримує широкий спектр режимів доступу dual-SPI і QSPI. наприкладample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S налаштовує пристрій серії Winbond W25Q для режиму безперервного зчитування quad-IO, де RP2350 надсилає адреси quad-IO (без префікса команди), а флеш-пам’ять відповідає даними quad-IO.

Потрібна деяка обережність із режимами флеш-пам’яті XIP, коли флеш-пристрій перестає реагувати на стандартні послідовні команди, як-от згаданий вище режим безперервного читання Winbond. Це може спричинити проблеми, коли RP2350 скинуто, але флеш-пристрій не ввімкнуто, оскільки флеш-пам’ять тоді не реагуватиме на послідовність пробних флеш-завантажувачів. Перед видачею послідовного зчитування 03h bootrom завжди видає таку фіксовану послідовність, яка є найкращою послідовністю для припинення XIP на низці флеш-пристроїв:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (через скидання, щоб уникнути суперечок), випуск ×32 годинника
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (через підтягування, щоб уникнути суперечок), випуск ×32 годинника
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (керований низький Z, усі інші введення/виведення Hi-Z), випуск × 16 тактів

Якщо вибраний вами пристрій не реагує на цю послідовність у режимі безперервного зчитування, його потрібно підтримувати в стані, коли перед кожною передачею передує послідовна команда, інакше RP2350 не зможе відновитися після внутрішнього скидання.
Щоб отримати додаткові відомості про QSPI, будь ласка, перегляньте QSPI Memory Interface (QMI) у таблиці даних RP2350.

Розділ 4. Кристалічний генератор

Малюнок 10. Схематичний розріз, що показує кварцевий генератор і навантажувальні конденсатори

Строго кажучи, RP2350 фактично не потребує зовнішнього джерела синхронізації, оскільки він має власний внутрішній генератор. Однак, оскільки частота цього внутрішнього осцилятора не є чітко визначеною або контрольованою, змінюється від мікросхеми до мікросхеми, а також з різним об’ємом живленняtagес і температур, рекомендується використовувати стабільне зовнішнє джерело частоти. Програми, які покладаються на точні частоти, неможливі без зовнішнього джерела частоти, основним прикладом якого є USBample.
Забезпечення зовнішнього джерела частоти можна здійснити одним із двох способів: або забезпечивши джерело синхронізації з виходом CMOS (квадратична хвиля IOVDD voltage) у контакт XIN або за допомогою кристала 12 МГц, підключеного між ними
XIN і XOUT. Використання кристала тут є кращим варіантом, оскільки вони відносно дешеві та дуже точні.

Вибраний кристал для цієї конструкції — ABM8-272-T3 (Y1 на малюнку 10). Це той самий кристал 12 МГц, який використовується в Raspberry Pi Pico та Raspberry Pi Pico 2. Ми настійно рекомендуємо використовувати цей кристал разом із супровідною схемою, щоб забезпечити швидкий запуск годинника за будь-яких умов без пошкодження самого кристала. Кристал має допуск частоти 30 ppm, що повинно бути достатньо для більшості застосувань. Разом із допустимим відхиленням частоти +/-30 ppm, він має максимальне ESR 50 Ом і ємність навантаження 10 пФ, що вплинуло на вибір супутніх компонентів.
Щоб кристал міг коливатися з потрібною частотою, виробник вказує необхідну для цього ємність навантаження, і в даному випадку вона становить 10 пФ. Ця навантажувальна ємність досягається шляхом розміщення двох конденсаторів однакового значення, по одному з кожного боку кристала до землі (C3 і C4). З точки кристала view, ці конденсатори з’єднані послідовно між двома його висновками. Основна теорія схеми говорить нам, що вони поєднуються, щоб отримати ємність (C3*C4)/(C3+C4), і оскільки C3=C4, то це просто C3/2. У цьому ексampнаприклад, ми використовували конденсатори ємністю 15 пФ, тому послідовна комбінація становить 7.5 пФ. На додаток до цієї навмисної ємності навантаження, ми також повинні додати значення для ненавмисної додаткової ємності, або паразитної ємності, яку ми отримуємо від доріжок друкованої плати та контактів XIN і XOUT RP2350. Для цього ми припустимо значення 3 пФ, і оскільки ця ємність розташована паралельно C3 і C4, ми просто додамо це, щоб отримати загальну ємність навантаження 10.5 пФ, що достатньо близько до цільового значення 10 пФ. Як ви бачите, паразитна ємність слідів друкованої плати є фактором, тому ми повинні тримати їх малими, щоб не порушити кристал і зупинити його коливання, як задумано. Спробуйте зробити макет якомога коротшим.
Другий фактор — це максимальний ESR (еквівалентний послідовний опір) кристала. Ми вибрали пристрій із максимальним опором 50 Ом, оскільки виявили, що це разом із послідовним резистором 1 кОм (R2) є хорошим значенням, щоб запобігти надмірному навантаженню та пошкодженню кристала під час використання IOVDD рівень 3.3 В. Однак, якщо IOVDD менше 3.3 В, то струм приводу контактів XIN/XOUT зменшується, і ви побачите, що ampрівень кристала нижчий або може навіть не коливатися взагалі. У цьому випадку потрібно буде використовувати менший номінал послідовного резистора. Будь-яке відхилення від схеми кристала, показаного тут, або з рівнем IOVDD, відмінним від 3.3 В, вимагатиме ретельного тестування, щоб переконатися, що кристал коливається за будь-яких умов і запускається досить швидко, щоб не викликати проблем із вашим додатком.

Рекомендований кристал

Для оригінальних конструкцій з використанням RP2350 ми рекомендуємо використовувати Abracon ABM8-272-T3. наприкладample, на додаток до мінімального дизайну exampдивіться схему плати Pico 2 у Додатку B таблиці даних Raspberry Pi Pico 2 і дизайн Pico 2 files.
Для найкращої продуктивності та стабільності в типових діапазонах робочих температур використовуйте Abracon ABM8-272-T3. Ви можете придбати ABM8-272-T3 безпосередньо в Abracon або в авторизованого торгового посередника. Pico 2 був спеціально налаштований для ABM8-272-T3, який має такі характеристики:

Навіть якщо ви використовуєте кристал із подібними специфікаціями, вам потрібно буде перевірити схему в діапазоні температур, щоб забезпечити стабільність.
Кристалічний генератор живиться від IOVDD voltagд. У результаті кристал Abracon і цей конкретний dampрезистор налаштований на роботу 3.3 В. Якщо ви використовуєте інший том IOtage, вам потрібно буде повторно налаштувати.
Будь-які зміни параметрів кристала загрожують нестабільністю будь-яких компонентів, підключених до схеми кристала.

Якщо ви не можете отримати рекомендований кристал безпосередньо від Abracon або торгового посередника, зв’яжіться з нами applications@raspberrypi.com.

Розділ 5. МО

USB
Малюнок 11. Схематичний розріз, на якому показано контакти USB RP2350 і термінал серії

RP2350 має два контакти, які можна використовувати для повношвидкісного (FS) або низькошвидкісного (LS) USB, або як хост, або як пристрій, залежно від використовуваного програмного забезпечення. Як ми вже обговорювали, RP2350 також може завантажуватися як USB-накопичувач, тому підключення цих контактів до роз’єму USB (J1 на малюнку 5) має сенс. Виводи USB_DP і USB_DM на RP2350 не вимагають жодних додаткових підтягувань або витягувань (потрібних для вказівки швидкості, FS чи LS, чи це хост чи пристрій), оскільки вони вбудовані в входи/виходи. Однак ці входи/виходи вимагають резисторів серії 27 Ом (R7 і R8 на малюнку 11), розташованих поблизу мікросхеми, щоб відповідати специфікації імпедансу USB.
Незважаючи на те, що RP2350 обмежено повною швидкістю передачі даних (12 Мбіт/с), нам слід спробувати переконатися, що характеристичний опір ліній передачі (мідні доріжки, що з’єднують мікросхему з роз’ємом) близький до
Специфікація USB 90 Ом (вимірюється диференціально). На платі товщиною 1 мм, такій як ця, якщо ми використовуємо доріжки шириною 0.8 мм на USB_DP і USB_DM, із зазором 0.15 мм між ними, ми повинні отримати диференціальний характеристичний опір приблизно 90 Ом. Це робиться для того, щоб сигнали проходили по цих лініях передачі якомога чистіше, зводячи до мінімуму обсягtage відбиття, які можуть знизити цілісність сигналу. Для того, щоб ці лінії електропередач працювали належним чином, ми повинні переконатися, що прямо під ними знаходиться земля. Суцільна безперервна ділянка меленої міді, що тягнеться по всій довжині доріжки. У цьому дизайні майже весь нижній мідний шар присвячено землі, і особливу увагу було приділено тому, щоб доріжки USB проходили лише над землею. Якщо для вашої збірки вибрано друковану плату товщиною понад 1 мм, у нас є два варіанти. Ми могли б переробити лінії передачі USB, щоб компенсувати більшу відстань між колією та землею під нею (що може бути фізично неможливим), або ми могли б ігнорувати це та сподіватися на краще. USB FS може бути досить простим, але ваш пробіг може відрізнятися. Ймовірно, він працюватиме в багатьох програмах, але він, ймовірно, не буде сумісним зі стандартом USB.

Заголовки вводу/виводу

Малюнок 12. Розділ схеми, що показує роз’єми введення/виведення 2.54 мм версії QFN60

На додаток до вже згаданого USB-роз’єму, є пара дворядних роз’ємів 2.54 мм (J2 і J3 на малюнку 12), по одному з кожного боку плати, до яких підключено решта вводу/виводу. На RP30A є 2350 GPIO, тоді як на RP48B 2350 GPIO, тому роз’єми на цій версії плати Minimal більші, щоб дозволити додаткові контакти (див. Малюнок 13).
Оскільки це конструкція загального призначення, без жодного конкретного застосування, доступні для підключення пристрої введення/виведення за бажанням користувача. Внутрішній ряд контактів кожного роз’єму є входами/виходами, а зовнішній ряд під’єднаний до землі. Рекомендується включати багато підстав на роз’єми введення/виведення. Це допомагає підтримувати низький імпеданс заземлення, а також забезпечує велику кількість потенційних зворотних шляхів для струмів, що проходять до та з
З'єднання введення/виведення. Це важливо для мінімізації електромагнітних перешкод, які можуть бути викликані зворотними струмами сигналів, що швидко перемикаються, проходячи довгими циклічними шляхами для завершення ланцюга.

Обидва роз’єми знаходяться на одній сітці 2.54 мм, що полегшує підключення цієї плати до інших речей, наприклад макетних плат. Ви можете розглянути можливість встановлення лише однорядного роз’єму замість дворядного роз’єму, відмовившись від зовнішнього ряду з’єднань заземлення, щоб зробити його більш зручним для встановлення на макетній платі.

Малюнок 13. Розділ схеми, що показує роз’єми введення/виведення 2.54 мм версії QFN80

Роз'єм для налагодження

Малюнок 14. Розділ схеми, на якому показано додатковий з’єднувач JST для налагодження SWD

Для налагодження на чіпі ви можете підключитися до інтерфейсу SWD RP2350. Два контакти, SWD і SWCLK, доступні на 2.54-міліметровому роз’ємі J3, що дозволяє легко під’єднати вибраний вами датчик налагодження. На додаток до цього я включив додатковий заголовок JST, який дозволяє легко підключатися до Raspberry Pi Debug Probe. Вам не потрібно використовувати це, якщо ви збираєтеся налагоджувати програмне забезпечення, вистачить роз’ємів 2.54 мм, але я вважаю, що це зручніше. Я вибрав горизонтальний роз’єм, головним чином тому, що мені подобається його зовнішній вигляд, навіть якщо він не на краю плати, але доступні вертикальні, хоча з дещо іншою площею.

кнопки
Дизайн Minimal тепер містить не одну, а дві кнопки, тоді як у версії RP240 їх не було. Один призначений для вибору завантаження через USB, як ми обговорювали раніше, а другий — це кнопка «скидання», підключена до контакту RUN. Жоден із них не є суворо необхідним (хоча кнопку BOOTSEL потрібно було б замінити заголовком або подібним, якщо потрібен режим завантаження через USB), і її можна видалити, якщо місце або вартість викликають занепокоєння, але вони, безсумнівно, роблять використання RP2350 набагато зручнішим. більш приємний досвід.

Додаток A: Повна схема - версія RP2350A

Малюнок 15. Повна схема мінімального дизайну для RP2350A

Додаток B: Повна схема - версія RP2350B

Малюнок 16. Повна схема мінімального дизайну для RP2350B

Додаток H: Історія випуску документації

8 серпня 2024 року
Початковий випуск.

i Raspberry Pi
Raspberry Pi є торговою маркою Raspberry Pi Ltd
Raspberry Pi Ltd

Документи / Ресурси

Мікроконтролер Raspberry Pi SC1631 Raspberry [pdfІнструкція з експлуатації
Мікроконтролер SC1631 Raspberry, SC1631, мікроконтролер Raspberry, мікроконтролер

Список літератури

Посібник користувача

Мікроконтролер Raspberry Pi SC1631 Raspberry

Інструкція з використання продукту