Raspberry Pi SC1631 Raspberry mikrokontroller használati utasítás

1. fejezet: Bevezetés
Az RP2350 sorozat az RP2040 sorozathoz képest eltérő csomag opciókat kínál. Az RP2350A és RP2354A QFN-60 csomagban érkezik belső flash tároló nélkül, illetve belső flash tárolóval, míg az RP2354B és RP2350B QFN-80 csomagban érkezik flash tárolóval és anélkül.

2. fejezet: Hatalom
Az RP2350 sorozat új, chipen belüli kapcsolóval rendelkeziktage szabályozó öt tűvel. Ennek a szabályozónak a működéséhez külső alkatrészekre van szükség, de nagyobb teljesítmény-hatékonyságot biztosít nagyobb terhelési áramok mellett, mint az RP2040 sorozat lineáris szabályozója. Ügyeljen az analóg áramkört tápláló VREG_AVDD érintkező zajérzékenységére.

Gyakran Ismételt Kérdések (GYIK)

K: Mi a fő különbség az RP2350A és az RP2350B között?
V: A fő különbség a belső flash tároló meglétében rejlik. Az RP2350A nem rendelkezik belső flash tárolóval, míg az RP2350B igen.
K: Hány tűt tesz a voltagAz RP2350 sorozat szabályozója rendelkezik?
V: A köttagAz RP2350 sorozat szabályozója öt érintkezős.

Hardvertervezés RP2350 segítségével RP2350 mikrokontrollerek használata kártyák és termékek készítéséhez

Záradék

Ez a dokumentáció a Creative Commons Nevezd meg! – NoDerivatives 4.0 International (CC BY-ND) licence alá tartozik. építési dátum: 2024-08-08 építési verzió: c0acc5b-clean
Jogi nyilatkozat

A RASPBERRY PI TERMÉKEKRE VONATKOZÓ MŰSZAKI ÉS MEGBÍZHATÓSÁGI ADATOKAT (AZ ADATLAPOKAT BELEÉRTVE), MINT IDŐRŐL IDŐRE MÓDOSÍTOTTAK („FORRÁSOK”) A RASPBERRY PI LTD („RPL”) „AHOGY VAN”, ÉS BÁRMILYEN KIFEJEZETT, KIFEJEZETT, KIFEJEZETT VAGY KIVÉTELEZETT NEM SZÁLLÍTJA. AZ ELADHATÓSÁGRA ÉS AZ EGY CÉLRA VALÓ ALKALMASSÁGRA VONATKOZÓ VÉLEMEZTETI GARANCIÁT VISSZA TAGADJA. AZ ALKALMAZANDÓ TÖRVÉNY ÁLTAL ENGEDÉLYEZETT MAXIMÁLIS MÉRTÉKÉBEN az RPL SEMMILYEN ESETÉN NEM VÁLLAL FELELŐSSÉGET SEMMILYEN KÖZVETLEN, KÖZVETETT, VÉLETLEN, KÜLÖNLEGES, KÖVETKEZMÉNYES VAGY KÖVETKEZMÉNYES KÁROKÉRT (BELEÉRTVE A SZOLGÁLTATÁS FELHASZNÁLÁSÁT, DE NEM KORLÁTOZOTT, AZ , ADATOK Vagy nyereség; vagy üzleti megszakítás) mindazonáltal okozott, és a felelősségvállalás bármely elmélete, akár a szigorú felelősség, akár a károkozás (beleértve a gondatlanságot is). ILYEN KÁROKRÓL.
Az RPL fenntartja a jogot, hogy bármikor és további értesítés nélkül bármilyen fejlesztést, fejlesztést, javítást vagy bármilyen más módosítást végrehajtson az ERŐFORRÁSOK vagy az azokban leírt termékeken.
A FORRÁSOK megfelelő szintű tervezési ismeretekkel rendelkező, képzett felhasználóknak szólnak. A felhasználók kizárólagos felelősséget vállalnak a FORRÁSOK kiválasztásáért és használatáért, valamint az azokban leírt termékek bármely alkalmazásáért. A Felhasználó vállalja, hogy kártalanítja és mentesíti az RPL-t minden felelősséggel, költséggel, kárral vagy egyéb veszteséggel szemben, amely az ERŐFORRÁSOK használatából ered.

Az RPL engedélyt ad a felhasználóknak arra, hogy a FORRÁSOKAT kizárólag a Raspberry Pi termékekkel együtt használják. A FORRÁSOK minden egyéb felhasználása tilos. Nem adunk engedélyt semmilyen más RPL-re vagy más harmadik fél szellemi tulajdonjogára.
MAGAS KOCKÁZATOS TEVÉKENYSÉGEK. A Raspberry Pi termékeket nem tervezték, gyártják vagy nem olyan veszélyes környezetben történő használatra tervezték, amelyek meghibásodásmentes működést igényelnek, például nukleáris létesítmények, repülőgép-navigációs vagy kommunikációs rendszerek, légiforgalmi irányítás, fegyverrendszerek vagy biztonságkritikus alkalmazások (beleértve az életfenntartást is) rendszerek és egyéb orvosi eszközök), amelyekben a termékek meghibásodása közvetlenül halálhoz, személyi sérüléshez vagy súlyos fizikai vagy környezeti károsodáshoz vezethet („Nagy kockázatú tevékenységek”). Az RPL kifejezetten elhárít minden kifejezett vagy hallgatólagos garanciát a magas kockázatú tevékenységekre való alkalmasságra vonatkozóan, és nem vállal felelősséget a Raspberry Pi termékek magas kockázatú tevékenységekben való használatáért vagy beillesztéséért.

A Raspberry Pi termékek az RPL szabványos feltételeinek hatálya alá tartoznak. Az ERŐFORRÁSOK RPL általi biztosítása nem bővíti vagy más módon nem módosítja az RPL Általános Feltételeit, beleértve, de nem kizárólagosan a bennük kifejezett felelősség- és garanciákat.

1. fejezet Bevezetés

1. ábra: KiCad 3D renderelés az RP2350A Minimális tervezés plample

Amikor először bemutattuk a Raspberry Pi RP2040-et, kiadtunk egy „minimális” dizájnt is.ample és a kísérő útmutató Hardvertervezés az RP2040-nel, amely remélhetőleg elmagyarázza, hogyan használható az RP2040 egy egyszerű áramköri lapon, és miért került sor a különféle komponensválasztásokra. Az RP235x sorozat érkezésével itt az ideje, hogy felülvizsgáljuk az eredeti RP2040 Minimal dizájnt, és frissítsük, hogy figyelembe vegyék az új funkciókat, valamint az egyes csomagváltozatokat; az RP2350A a QFN-60 csomaggal és az RP2350B, amely egy QFN-80. Ezek a tervek ismét Kicad (7.0) formátumúak, és letölthetők (https://datasheets.raspberrypi.com/rp2350/Minimal-KiCAD.zip).

A Minimal Board
Az eredeti Minimal kártya egy egyszerű referencia-kialakításra tett kísérletet, az RP2040 futtatásához szükséges külső komponensek minimális mennyiségét használva, és továbbra is az összes IO szabadon hozzáférhető és hozzáférhető. Ez lényegében egy tápforrásból (egy 5 V-tól 3.3 V-ig terjedő lineáris szabályozó), kristályoszcillátorból, flash memóriából és IO-csatlakozókból (mikro USB aljzat és GPIO fejlécek) állt. Az új RP235x sorozatú Minimal lapok nagyrészt ugyanazok, de az új hardver miatt néhány változtatás szükséges. Ezen túlmenően, és annak ellenére, hogy némileg ellenkezik a dizájn minimális jellegével, hozzáadtam néhány gombot a rendszerindításhoz és a futtatáshoz, valamint egy külön SWD-fejlécet, ami ezúttal egy kevésbé frusztráló hibakeresési élményt jelent. A dizájnokhoz szigorúan véve nincs szükség ezekre a gombokra, a jelzések továbbra is elérhetők a fejléceken, és kihagyhatók, ha Ön különösen költség- vagy helytudatos vagy mazochista hajlamú.

RP2040 vs RP235x sorozat
A legszembetűnőbb változás a csomagokban van. Míg az RP2040 egy 7x7 mm-es QFN-56, az RP235x sorozat jelenleg négy különböző tagból áll. Két eszköz ugyanazon a QFN-60 csomagon osztozik; az RP2350A, amely nem tartalmaz belső flash tárolót, és az RP2354A, amelyik igen. Hasonlóképpen, a QFN-80 is kétféle ízben kapható; az RP2354B vakuval, és az RP2350B anélkül. A QFN-60 eszközöknek és az eredeti RP2040-nek közös az örökségetage.

Mindegyikük 30 GPIO-val rendelkezik, amelyek közül négy szintén az ADC-re csatlakozik, és mérete 7x7 mm. Ennek ellenére az RP2350A nem helyettesíti az RP2040-et, mivel mindegyik tűk száma eltérő. Ezzel szemben a QFN-80 lapkák immár 48 GPIO-val rendelkeznek, és ebből nyolc már ADC-képes. Emiatt van most két Minimal táblánk; egy a 60 tűs eszközökhöz, egy pedig a 80-ashoz. Ezeket a Minimal kártyákat elsősorban a belső vaku nélküli alkatrészekhez (RP2350) tervezték, azonban a kialakítások könnyen használhatók a belső vakukkal (RP2354) egyszerűen az alaplapi vaku elhagyásával memóriát, vagy akár másodlagos flash-eszközként használva (erről később). Kevés különbség van a két tábla között, azon kívül, hogy a QFN-80 változat hosszabb fejlécsorokkal rendelkezik az extra GPIO befogadására, ezért a tábla nagyobb.

A csomagon kívül a legnagyobb kártyaszintű különbséget az RP235x sorozat és az RP2040 között a tápegységek jelentik. Az RP235x sorozat néhány új tápcsatlakozóval és egy másik belső szabályozóval rendelkezik. Az RP100 2040 mA-es lineáris szabályozóját 200 mA-es kapcsolószabályzóra cserélték, és mint ilyen, nagyon specifikus áramkört igényel, és nem kevés gondot kell fordítani az elrendezésre. Erősen ajánlott, hogy szorosan kövesse elrendezéseinket és alkatrészeinket; már átestünk azon a fájdalmon, hogy többször is meg kell ismételnünk a tervezést, így remélhetőleg nem kell.

2. ábra: KiCad 3D renderelés az RP2350B Minimális tervezés plample

A Tervezés
A Minimal design szándéka plampAz a lényeg, hogy az RP235x sorozatból egy pár egyszerű lapot készítsünk, amelyek olcsón és könnyen előállíthatók legyenek, szükségtelenül egzotikus PCB technológiák alkalmazása nélkül. A Minimal táblák ezért 2 rétegű kialakításúak, olyan alkatrészeket használnak, amelyeknek általánosan elérhetőnek kell lenniük, és mindegyiket a tábla felső oldalára kell felszerelni. Bár jó lenne nagy, kézzel forrasztható komponenseket használni, a QFN chipek kis osztása (0.4 mm) azt jelenti, hogy néhány 0402 (1005 metrikus) passzív komponens használata elkerülhetetlen, ha az összes GPIO-t használni akarjuk. Míg a 0402-es alkatrészek kézi forrasztása nem túl nagy kihívás egy tisztességes forrasztópákával, a QFN-ek forrasztása speciális felszerelés nélkül szinte lehetetlen.

A következő néhány részben megpróbálom elmagyarázni, mire való a kiegészítő áramkör, és remélhetőleg hogyan hoztuk meg a választott döntéseket. Mivel valójában két különálló dizájnról fogok beszélni, mindegyik csomagmérethez egyet, igyekeztem a lehető legegyszerűbben tartani a dolgokat. Amennyire lehetséges, a két tábla összes komponens-hivatkozása azonos, tehát ha U1-re, R1-re stb. utalok, akkor ez mindkét táblára egyformán vonatkozik. Nyilvánvaló kivétel, ha az alkatrész csak az egyik lapon van (minden esetben ez lesz a nagyobb 80 tűs változaton), akkor a kérdéses alkatrész csak a QFN-80 kivitelben lesz; plample, az R13 csak ezen a táblán jelenik meg.

2. fejezet Teljesítmény

Az RP235x sorozat és az RP2040 tápegységei ezúttal némileg eltérnek egymástól, bár a legegyszerűbb konfigurációban továbbra is két tápra van szükség, 3.3 V-ra és 1.1 V-ra. Az RP235x sorozat egyidejűleg áramigényesebb, mivel nagyobb a teljesítménye, és takarékosabb is (alacsony fogyasztású állapotban), mint elődje, így az RP2040 lineáris szabályozóját kapcsolószabályozóval frissítették. Ez nagyobb energiahatékonyságot tesz lehetővé nagyobb áramerősség mellett (akár 200 mA a korábbi 100 mA-hez képest).

Új on-chip voltage szabályozó

3. ábra A belső szabályozó áramkört bemutató vázlatos szakasz

Az RP2040 lineáris szabályozójának két érintkezője, egy 3.3 V-os bemenete és egy 1.1 V-os kimenete volt a chip DVDD-jének ellátásához. Ezúttal az RP235x sorozat szabályozója öt érintkezős, és néhány külső alkatrészre van szüksége a működéséhez. Bár ez egy kicsit visszalépésnek tűnik a használhatóság szempontjából, a kapcsolószabályzónak megvan az előnyetage, hogy nagyobb terhelési áram mellett energiahatékonyabb legyen.

Ahogy a neve is sugallja, a szabályozó gyorsan be- és kikapcsol egy belső tranzisztort, amely a 3.3 V-os bemenetet köti össze.tage (VREG_VIN) a VREG_LX lábra, és egy induktor (L1) és egy kimeneti kondenzátor (C7) segítségével egyenáramú kimeneti vol.tage amely a bemenetről le lett csökkentve. A VREG_FB érintkező figyeli a kimeneti voltage, és beállítja a kapcsolási ciklus be/ki arányát, hogy biztosítsa a szükséges voltage karbantartva van. Mivel a nagy áramokat VREG_VIN-ről VREG_LX-re kapcsolják, a bemenethez közel nagy kondenzátor (C6) kell, így nem rontjuk túl a 3.3 V-os tápot. Ha már ezekről a nagy kapcsolási áramokról beszélünk, a szabályozóhoz tartozik egy saját, VREG_PGND földelő csatlakozás is. Hasonlóan a VREG_VIN és a VREG_LX esetében ennek a kapcsolatnak az elrendezése kritikus, és bár a VREG_PGND-nek csatlakoznia kell a fő GND-hez, ezt úgy kell megtenni, hogy az összes nagy kapcsolóáram közvetlenül a PGND érintkezőhöz térjen vissza anélkül, hogy megzavarná a többi csatlakozást. a GND túl sok.

Az utolsó érintkező a VREG_AVDD, amely a szabályozón belüli analóg áramkört látja el, és ez nagyon érzékeny a zajra.

4. ábra. A szabályozó PCB elrendezését bemutató vázlatos rész

A szabályozó elrendezése a minimális kártyákon szorosan tükrözi a Raspberry Pi Pico 2-ét. Nagyon sok munkát végeztek ennek az áramkörnek a megtervezésén, és a PCB számos iterációjára volt szükség ahhoz, hogy a lehető legjobb legyen. tud. Miközben ezeket az alkatrészeket többféleképpen elhelyezheti, és a szabályozót mégis „működni” (azaz kimeneti térfogatottage nagyjából a megfelelő szinten, elég jó a kód futtatásához), azt találtuk, hogy a szabályozónkat pontosan a megfelelő módon kell kezelni, hogy boldog legyen, és boldog alatt azt értem, hogy a megfelelő kimeneti térfogatot állítsuk elő.tage terhelési áramviszonyok között.
Az ezzel kapcsolatos kísérleteink során némileg csalódottan jutottunk eszünkbe, hogy a fizika kényelmetlen világát nem mindig lehet figyelmen kívül hagyni. Mi, mérnökök, nagyrészt pontosan ezt próbáljuk megtenni; az összetevők egyszerűsítése, a (gyakran) jelentéktelen fizikai tulajdonságok figyelmen kívül hagyása, és ehelyett arra a tulajdonságra összpontosítva, amely érdekli. Pl.ampEgy egyszerű ellenállásnak nem csak ellenállása van, hanem induktivitása is stb. Esetünkben (újra) fedeztük fel, hogy az induktorokhoz mágneses mező tartozik, és ami fontos, hogy a tekercs irányától függően sugároznak. fel van tekerve, és az áram áramlásának iránya. Arra is emlékeztettünk, hogy a „teljesen” árnyékolt induktor nem azt jelenti, amit gondol. A mágneses tér nagymértékben csillapodik, de néhányan még mindig megszöknek. Azt találtuk, hogy a szabályozó teljesítménye nagymértékben javítható, ha az induktort „megfelelően” fordítjuk.
Kiderült, hogy a „rossz irányba” induktorból kibocsátott mágneses mező zavarja a szabályozó kimeneti kondenzátorát (C7), ami viszont felborítja az RP2350 vezérlő áramkörét. Az induktor megfelelő tájolása, valamint az itt használt precíz elrendezés és alkatrész-kiválasztás mellett ez a probléma megszűnik. Kétségtelenül lesznek más elrendezések, komponensek stb., amelyek bármilyen irányban működhetnek induktorral, de valószínűleg sokkal több PCB helyet fognak igénybe venni ehhez. Azért hoztuk létre ezt az ajánlott elrendezést, hogy megtakarítsuk az embereket a sok mérnöki munkaórától, amelyet ennek a kompakt és jól működő megoldásnak a fejlesztésével és finomításával töltöttünk.
Pontosabban, odáig megyünk, hogy azt mondjuk, ha úgy dönt, hogy nem használja az exünketample, akkor ezt saját felelősségére teszi. Hasonlóan az RP2040-hez és a kristályáramkörhöz, ahol ragaszkodunk (jó, erősen javasoljuk), hogy egy adott alkatrészt használjon (ezt a dokumentum kristály részében ismét megtesszük).
Ezeknek a kis induktoroknak az irányultságát nagyjából általánosan figyelmen kívül hagyják, a tekercs tekercsének orientációjára nem lehet következtetni, és véletlenszerűen oszlanak el a komponensek tekercsében. A nagyobb tekercsházméreteken gyakran találkozhatunk polaritásjelzéssel, azonban az általunk választott 0806-os (2016-os metrikus) tokméretben nem találtunk megfelelőt. Ebből a célból az Abraconnal dolgoztunk egy 3.3 μH-s alkatrész elkészítésében, amelyen egy pont jelzi a polaritást, és ami fontos, hogy egy orsóra kerüljön, mindegyik ugyanúgy igazítva. A TBD-ket a terjesztők elérhetővé teszik (vagy hamarosan) a nagyközönség számára is elérhetővé teszik. Mint korábban említettük, a VREG_AVDD táp nagyon érzékeny a zajra, ezért szűrni kell. Azt találtuk, hogy mivel a VREG_AVDD csak 200 μA körül vesz fel, egy 33 Ω és 4.7 μF RC szűrő megfelelő.
Összefoglalva tehát a felhasznált összetevők a következők lesznek…
- C6, C7 és C9 – 4.7 μF (0402, 1005 metrikus)
- L1 – Abracon TBD (0806, 2016-os metrika)
- R3 – 33Ω (0402, 1005 metrikus)
Az RP2350 adatlapja részletesebben tárgyalja a szabályozó elrendezési javaslatait, lásd: Külső összetevők és PCB elrendezési követelmények.

Bemeneti ellátás

Ennél a kialakításnál a bemeneti tápcsatlakozás egy Micro-USB csatlakozó 5 V-os VBUS tűjén keresztül történik (az 1. ábrán J5 jelöléssel). Ez egy elterjedt módszer az elektronikus eszközök táplálására, és itt van értelme, mivel az RP2350 rendelkezik USB-funkcióval, amelyet ennek a csatlakozónak az adattüskéihez fogunk vezetékezni. Mivel ehhez a kialakításhoz csak 3.3V-ra van szükségünk (az 1.1V-os táp a belsőből jön), csökkenteni kell a bejövő 5V-os USB-tápellátást, ebben az esetben egy másik, külső Volt segítségével.tage szabályozó, ebben az esetben egy lineáris szabályozó (más néven Low Drop Out szabályozó, vagy LDO). Korábban a hatékony kapcsolási szabályozó használatának erényeit magasztalva, itt is bölcs választás lehet egyet használni, de én az egyszerűség mellett döntöttem. Először is, az LDO használata szinte mindig könnyebb. Nincs szükség számításokra ahhoz, hogy kitaláljuk, mekkora induktort érdemes használni, vagy mekkora a kimeneti kondenzátor, és az elrendezés is általában sokkal egyszerűbb. Másodszor, itt nem az utolsó csepp hatalom megmentése a cél; ha lenne, komolyan fontolóra venném a kapcsolási szabályozó használatát, és találsz egy exetampHarmadszor pedig egyszerűen „kölcsönkérhetem” azt az áramkört, amelyet korábban a Minimal kártya RP2-es verzióján használtam. Az itt választott NCP2040 (U1117) fix 2 V-os kimenettel rendelkezik, széles körben elérhető, és akár 3.3 A áramot is képes biztosítani, ami a legtöbb kialakításhoz bőven elég lesz. Ha megnézzük az NCP1 adatlapját, az elmondja, hogy ennek az eszköznek a bemenetén 1117 μF-os kondenzátor szükséges, a kimeneten pedig egy másik (C10 és C1).

Lecsatoló kondenzátorok

6. ábra. Az RP2350 tápegység bemeneteit bemutató vázlatos rész, voltage szabályozó és leválasztó kondenzátorok

A tápegység kialakításának másik szempontja az RP2350-hez szükséges leválasztó kondenzátorok. Ezek két alapvető funkciót látnak el. Először is kiszűrik a tápfeszültség zaját, másodszor pedig helyi töltést biztosítanak, amelyet az RP2350 belsejében lévő áramkörök rövid időn belül felhasználhatnak. Ez megakadályozza, hogy a voltage szintje a közvetlen közelében ne csökkenjen túlságosan, amikor az aktuális kereslet hirtelen megnő. Emiatt fontos, hogy a leválasztást a tápcsapok közelében helyezzék el. Általában 100 nF-os kondenzátor használatát javasoljuk csatlakozónként, azonban néhány esetben eltérünk ettől a szabálytól.

7. ábra: Az RP2350 útválasztását és szétválasztását bemutató elrendezés szakasza

Először is, ahhoz, hogy elegendő hely álljon rendelkezésre ahhoz, hogy az összes chip tüskéjét ki lehessen vezetni, távol a készüléktől, kompromisszumot kell kötnünk a felhasználható leválasztó kondenzátorok mennyiségével. Ebben a kialakításban az RP53A 54-as és 2350-es érintkezője (RP68B 69-as és 2350-es érintkezője) egyetlen kondenzátoron osztozik (C12 a 7. és 6. ábrán), mivel nincs sok hely az eszköz azon az oldalán, és az alkatrészek és a szabályozó elrendezése élvez elsőbbséget.
Ez a helyhiány némileg leküzdhető lenne, ha bonyolultabb/drágább technológiát alkalmaznánk, például kisebb alkatrészeket, vagy egy négyrétegű PCB-t, amelynek felső és alsó részei is vannak. Ez egy tervezési kompromisszum; Csökkentettük a bonyolultságot és a költségeket a kisebb leválasztási kapacitás és a chiptől az optimálisnál valamivel távolabb eső kondenzátorok rovására (ez növeli az induktivitást). Ez azzal a hatással járhat, hogy korlátozza azt a maximális sebességet, amelyen a konstrukció működhet, mivel a voltagA tápegység túl zajossá válhat, és a minimálisan megengedett térfogat alá eshettage; de a legtöbb alkalmazás esetében ennek a kompromisszumnak elfogadhatónak kell lennie.

A másik eltérés a 100nF szabálytól, hogy tovább tudjuk javítani a voltage szabályozó teljesítménye; C4.7-hez javasoljuk a 10 μF használatát, amelyet a chip másik oldalán helyeznek el a szabályozótól.

3. fejezet Flash memória

Elsődleges vaku

8. ábra. Az elsődleges flash memória és az USB_BOOT áramkör vázlatos szakasza

Ahhoz, hogy olyan programkódot tudjunk tárolni, amelyről az RP2350 indítható és futhat, flash memóriát kell használnunk, pontosabban egy négyes SPI flash memóriát. Az itt kiválasztott eszköz egy W25Q128JVS eszköz (U3 a 8. ábrán), amely egy 128 Mbit-es chip (16 MB). Ez a legnagyobb memóriaméret, amelyet az RP2350 támogat. Ha az adott alkalmazás nem igényel annyi tárhelyet, akkor helyette egy kisebb, olcsóbb memória használható.
Mivel ez az adatbusz meglehetősen magas frekvenciájú és rendszeresen használatban van, az RP2350 QSPI érintkezőit közvetlenül a vakuhoz kell kötni, rövid csatlakozásokkal a jel integritásának megőrzése és a környező áramkörök áthallás csökkentése érdekében. Az áthallás az, ahol az egyik áramköri hálózaton lévő jelek nem kívánt hangerőt indukálhatnaktages a szomszédos áramkörön, ami hibákat okozhat.

A QSPI_SS jel egy speciális eset. Közvetlenül a vakuhoz van kötve, de van rá két ellenállás is (na jó négy, de erre majd később). Az első (R1) egy felhúzás a 3.3 V-os tápra. A flash memória megköveteli, hogy a chip-választó bemenet azonos térfogatú legyentage saját 3.3 V-os tápcsatlakozójaként, amikor a készülék be van kapcsolva, ellenkező esetben nem működik megfelelően. Amikor az RP2350 be van kapcsolva, a QSPI_SS tűje automatikusan alapértelmezés szerint felhúzható lesz, de a bekapcsolás során van egy rövid idő, amikor a QSPI_SS érintkező állapota nem garantálható. A felhúzó ellenállás biztosítja, hogy ez a követelmény mindig teljesüljön. Az R1 a kapcsolási rajzon DNF-ként (Do Not Fit) van jelölve, mivel azt tapasztaltuk, hogy ennél a bizonyos flash eszköznél felesleges a külső felhúzás. Ha azonban más vakut használunk, akkor fontossá válhat, hogy ide 10kΩ-os ellenállást tudjunk behelyezni, ezért minden esetre mellékeltük.
A második ellenállás (R6) egy 1kΩ-os ellenállás, amely egy „USB_BOOT” feliratú nyomógombhoz (SW1) kapcsolódik. Ennek az az oka, hogy a QSPI_SS tűt „indítópántként” használják; Az RP2350 ellenőrzi ennek az I/O-nak az értékét a rendszerindítási folyamat során, és ha azt logikai 0-nak találja, akkor az RP2350 visszatér BOOTSEL módba, ahol az RP2350 USB háttértárként jelenik meg, és a kód közvetlenül másolható. hozzá. Ha egyszerűen megnyomjuk a gombot, a QSPI_SS tűt a földre húzzuk, és ha ezt követően az eszközt újraindítjuk (pl. a RUN pin átkapcsolásával), az RP2350 újraindul BOOTSEL módban ahelyett, hogy megpróbálná futtatni a vaku tartalmát. Ezeket az R2 és R6 ellenállásokat (R9 és R10 is) a flash chip közelében kell elhelyezni, így kerüljük a további rézsávok hosszúságát, amely befolyásolhatja a jelet.
A fentiek mindegyike kifejezetten az RP2350-re vonatkozik, amely nem rendelkezik belső vakuval. Természetesen az RP2354-es készülékek belső 2MB-os flash memóriával rendelkeznek, így a külső U3-as memória nem szükséges, így az U3 nyugodtan kivehető a kapcsolási rajzból, vagy egyszerűen elhagyható. Mindkét esetben továbbra is szeretnénk az USB_BOOT kapcsolót a QSPI_SS-hez csatlakoztatva tartani, hogy továbbra is be tudjunk lépni az USB rendszerindítási módba.

Másodlagos vaku vagy PSRAM

Az RP235x sorozat mostantól egy második memóriaeszközt is támogat, amely ugyanazokat a QSPI érintkezőket használja, és egy GPIO biztosítja a további chip kiválasztását. Tehát, ha RP2354-et használunk (amelyben van belső vaku), akkor használhatjuk az U3-at másodlagos vakuként, vagy akár PSRAM eszközre is cserélhetjük. Ennek érdekében le kell választanunk a QSPI_SS-t az U3-ról, és ehelyett egy megfelelő GPIO-hoz kell csatlakoztatnunk. A legközelebbi chipszelektáló GPIO (XIP_CS1n) a GPIO0, így az R0-ből eltávolítva a 10Ω-ot, és az R9-re illesztve a chipen lévő vaku mellett az U3-at is elérhetjük. Az advan teljes átvétele érdekébentagEbből a funkcióból, ahol két külső memóriaeszközzel rendelkezünk, így a vaku nélküli RP2350 alkatrészek is hasznosak lehetnek, a két Minimal kártya közül a nagyobb, az RP2350B esetében, tartalmaz egy opcionális alapterületet (U4) egy további memóriachiphez.

9. ábra. Az opcionális másodlagos memóriaeszközt bemutató vázlatos rész

Ennek az eszköznek a használatához nyilvánvalóan be kell töltenie, valamint az R11-et (0Ω) és az R13-at (10KΩ). Az R11 hozzáadása összeköti a GPIO0-t (a XIP_CS1n jelet) a második memória chip kiválasztásával. A chipválasztó tű felhúzására ezúttal mindenképpen szükség van, ugyanis a GPIO0 alapértelmezett állapotát bekapcsoláskor alacsonyra kell húzni, ami miatt a flash eszközünk meghibásodna. A C22-re az U4 helyi tápegység-leválasztásához is szükség lenne.

Támogatott flash chipek
A kezdeti villanáspróba szekvencia, amelyet az alsó használ a második s kivonásáratage flash-ből 03h soros olvasási parancsot használ, 24 bites címzéssel és körülbelül 1 MHz-es soros órajellel. Az óra polaritása és az órafázis négy kombinációja között ismételten végigfut, és keres egy érvényes másodpercet.tage CRC32 ellenőrző összeg.
Ahogy a második sztagAz e ezután szabadon beállíthatja a helyben történő végrehajtást ugyanazzal a 03h soros olvasási paranccsal, az RP2350 pedig gyorsítótárazott flash-végrehajtást tud végrehajtani bármely olyan chippel, amely támogatja a 03h soros olvasást 24 bites címzéssel, amely magában foglalja a legtöbb 25 sorozatos flash eszközt is. . Az SDK egy example second stage ha CPOL=0 CPHA=0, at https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_generic_03h.S. Az alul található rutinokkal történő flash programozás támogatásához az eszköznek a következő parancsokra is válaszolnia kell:

02h 256 bájtos oldalas program
05h állapotregiszter olvasása
06h beállítja az írás engedélyező reteszt

20 óra 4kB szektortörlés

Az RP2350 a kettős SPI és QSPI hozzáférési módok széles választékát is támogatja. Plample, https://github.com/raspberrypi/pico-sdk/blob/master/src/rp2350/boot_stage2/boot2_w25q080.S konfigurálja a Winbond W25Q sorozatú eszközt négy-IO-s folyamatos olvasási módra, ahol az RP2350 négy-IO-címeket küld (parancselőtag nélkül), a vaku pedig quad-IO-adatokkal válaszol.

Bizonyos óvatosságra van szükség a flash XIP módoknál, amikor a flash eszköz nem reagál a szabványos soros parancsokra, mint például a fent említett Winbond folyamatos olvasási mód. Ez problémákat okozhat, ha az RP2350 alaphelyzetbe áll, de a vaku nincs bekapcsolva, mert a vaku ekkor nem reagál a rendszerindító vakupróba-szekvenciájára. A 03h soros olvasás kiadása előtt a rendszerindító mindig kiadja a következő rögzített szekvenciát, amely a legjobb szekvencia az XIP leállításához számos flash-eszközön:

CSn=1, IO[3:0]=4'b0000 (lehúzással a versengés elkerülése érdekében), kiad ×32 óra
CSn=0, IO[3:0]=4'b1111 (felhúzással a versengés elkerülése érdekében), probléma ×32 óra
CSn=1

CSn=0, MOSI=1'b1 (alacsony Z hajtás, minden egyéb I/O Hi-Z), probléma × 16 óra

Ha a választott eszköz nem reagál erre a szekvenciára, amikor folyamatos olvasási módban van, akkor olyan állapotban kell tartani, hogy minden átvitel előtt soros parancs szerepel, különben az RP2350 nem fog tudni helyreállni egy belső visszaállítást követően.
A QSPI-vel kapcsolatos további részletekért lásd a QSPI memória interfész (QMI) részt az RP2350 adatlapon.

4. fejezet Kristályoszcillátor

10. ábra A kristályoszcillátort és a terhelőkondenzátorokat bemutató vázlatos metszet

Szigorúan véve az RP2350 valójában nem igényel külső órajelforrást, mivel saját belső oszcillátorral rendelkezik. Azonban, mivel ennek a belső oszcillátornak a frekvenciája nincs jól definiálva vagy szabályozva, chipenként változó, valamint eltérő tápfeszültséggeltages és hőmérséklet esetén javasolt stabil külső frekvenciaforrás használata. A pontos frekvenciákra támaszkodó alkalmazások nem lehetségesek külső frekvenciaforrás nélkül, az USB az első számú példaample.
Külső frekvenciaforrást kétféleképpen lehet biztosítani: vagy úgy, hogy egy órajelforrást CMOS kimenettel (IOVDD vol.tage) a XIN tűbe, vagy egy 12MHz-es kristály segítségével
XIN és XOUT. Itt a kristály használata a preferált megoldás, mivel mindkettő viszonylag olcsó és nagyon pontos.

A kiválasztott kristály ehhez a kialakításhoz egy ABM8-272-T3 (Y1 a 10. ábrán). Ez ugyanaz a 12 MHz-es kristály, mint a Raspberry Pi Pico és a Raspberry Pi Pico 2 esetében. Erősen javasoljuk ennek a kristálynak a használatát a hozzá tartozó áramkörrel együtt, hogy az óra minden körülmények között gyorsan induljon anélkül, hogy maga a kristály károsodik. A kristály 30 ppm frekvencia tűréssel rendelkezik, ami a legtöbb alkalmazáshoz elég jó. A +/-30 ppm frekvencia tűrése mellett 50 Ω maximális ESR és 10 pF terhelési kapacitása van, mindkettő hatással volt a kísérő komponensek kiválasztására.
Ahhoz, hogy egy kristály a kívánt frekvencián oszcilláljon, a gyártó megadja az ehhez szükséges terhelési kapacitást, és ebben az esetben ez 10pF. Ezt a terhelési kapacitást úgy érik el, hogy két azonos értékű kondenzátort helyeznek a kristály mindkét oldalán a földre (C3 és C4). A kristály szempontjából view, ezek a kondenzátorok sorba vannak kötve a két kapcsa közé. Az alapvető áramkör-elmélet azt mondja, hogy ezek együttesen (C3*C4)/(C3+C4) kapacitást adnak, és mivel C3=C4, akkor ez egyszerűen C3/2. Ebben az example, mi 15pF-os kondenzátorokat használtunk, tehát a sorozatkombináció 7.5pF. Ezen a szándékos terhelési kapacitáson túl hozzá kell adnunk a nem szándékos többletkapacitást, vagyis a parazita kapacitást is, amit az RP2350 PCB sávjaiból, valamint XIN és XOUT érintkezőiből kapunk. Ehhez 3 pF értéket veszünk fel, és mivel ez a kapacitás párhuzamos a C3-mal és a C4-gyel, egyszerűen összeadjuk, hogy 10.5 pF teljes terhelési kapacitást kapjunk, ami elég közel van a 10 pF célértékhez. Amint látja, a PCB-nyomok parazita kapacitása egy tényező, ezért kicsiben kell tartani őket, hogy ne zavarjuk fel a kristályt, és ne akadályozzuk meg a szándék szerinti oszcillációt. Törekedjen arra, hogy az elrendezés a lehető legrövidebb legyen.
A második szempont a kristály maximális ESR (ekvivalens soros ellenállása). Maximum 50Ω-os eszközt választottunk, mivel azt találtuk, hogy ez az 1kΩ-os soros ellenállással (R2) együtt jó érték, hogy megakadályozzuk a kristály túlhajtását és károsodását IOVDD használatakor. 3.3V szint. Ha azonban az IOVDD kisebb, mint 3.3 V, akkor az XIN/XOUT érintkezők meghajtóárama csökken, és azt tapasztaljuk, hogy a ampa kristály fényereje alacsonyabb, vagy egyáltalán nem oszcillál. Ebben az esetben a soros ellenállás kisebb értékét kell használni. Az itt bemutatott kristályáramkörtől való bármilyen eltérés vagy a 3.3 V-tól eltérő IOVDD szint kiterjedt tesztelést igényel annak biztosítása érdekében, hogy a kristály minden körülmények között oszcilláljon, és elég gyorsan induljon el ahhoz, hogy ne okozzon problémát az alkalmazásban.

Ajánlott kristály

Az RP2350-et használó eredeti tervekhez az Abracon ABM8-272-T3 használatát javasoljuk. Plample, a minimál kialakítás mellett plample, lásd a Pico 2 tábla vázlatát a Raspberry Pi Pico 2 adatlap B függelékében és a Pico 2 tervét files.
A legjobb teljesítmény és stabilitás érdekében a tipikus üzemi hőmérsékleti tartományokban használja az Abracon ABM8-272-T3-at. Az ABM8-272-T3 közvetlenül az Abracontól vagy egy hivatalos viszonteladótól szerezhető be. A Pico 2-t kifejezetten az ABM8-272-T3-hoz hangolták, amely a következő specifikációkkal rendelkezik:

Még akkor is, ha hasonló specifikációjú kristályt használ, az áramkört több hőmérséklet-tartományon kell tesztelnie a stabilitás biztosítása érdekében.
A kristályoszcillátort az IOVDD voltage. Ennek eredményeként az Abracon kristály és az a bizonyos dampAz ellenállás 3.3 V-os működésre van hangolva. Ha más IO voltage, újra kell hangolnia.
A kristályparaméterek bármilyen változása a kristályáramkörhöz csatlakoztatott bármely komponens instabilitását kockáztatja.

Ha nem tudja beszerezni az ajánlott kristályt közvetlenül az Abracontól vagy egy viszonteladótól, lépjen kapcsolatba Applications@raspberrypi.com.

5. fejezet IO-k

USB
11. ábra. Az RP2350 USB érintkezőit és a sorozat lezárását bemutató vázlatos rész

Az RP2350 két érintkezőt kínál teljes sebességű (FS) vagy alacsony sebességű (LS) USB-hez, akár gazdagépként, akár eszközként, a használt szoftvertől függően. Amint azt már megbeszéltük, az RP2350 USB-háttértárként is indítható, így ezeknek a tűknek az USB-csatlakozóhoz történő csatlakoztatása (J1 az 5. ábrán) ésszerű. Az RP2350 USB_DP és USB_DM érintkezői nem igényelnek további felhúzásokat vagy lehúzásokat (a sebesség, az FS vagy LS jelzésére, vagy arra, hogy gazdagépről vagy eszközről van szó), mivel ezek be vannak építve az I/O-kba. Ezekhez az I/O-khoz azonban 27 Ω-os soros lezáró ellenállásra van szükség (R7 és R8 a 11. ábrán), amelyeket a chip közelében kell elhelyezni, hogy megfeleljenek az USB impedancia specifikációjának.
Annak ellenére, hogy az RP2350 a teljes sebességű adatátviteli sebességre korlátozódik (12 Mbps), meg kell próbálnunk ügyelni arra, hogy az átviteli vonalak (a chipet a csatlakozóval összekötő rézpályák) karakterisztikus impedanciája közel legyen a
USB specifikáció 90Ω (különbözetben mérve). Egy ilyen 1 mm vastag lapon, ha 0.8 mm széles sávokat használunk USB_DP és USB_DM-en, 0.15 mm-es hézaggal, 90 Ω körüli differenciális karakterisztikus impedanciát kell kapnunk. Ez annak biztosítására szolgál, hogy a jelek a lehető legtisztábban haladjanak végig ezeken az átviteli vonalakon, minimalizálva a térfogatottage visszaverődések, amelyek csökkenthetik a jel integritását. Ahhoz, hogy ezek a távvezetékek megfelelően működjenek, meg kell győződnünk arról, hogy közvetlenül ezek alatt a vezetékek alatt van egy föld. Szilárd, megszakítás nélküli őrölt réz terület, amely a pálya teljes hosszában húzódik. Ennél a kialakításnál az alsó rézréteg szinte teljes egésze a földnek van szentelve, és különös gondot fordítottak arra, hogy az USB-sávok csak a földön haladjanak át. Ha 1 mm-nél vastagabb PCB-t választ, akkor két lehetőségünk van. Újratervezhetjük az USB átviteli vonalakat, hogy kiegyenlítsük a pálya és az alatta lévő talaj közötti nagyobb távolságot (ami fizikai lehetetlenség lehet), vagy figyelmen kívül hagyhatjuk, és reméljük a legjobbat. Az USB FS meglehetősen elnéző lehet, de a futásteljesítmény változhat. Valószínűleg sok alkalmazásban működik, de valószínűleg nem lesz kompatibilis az USB szabvánnyal.

I/O fejlécek

12. ábra: A QFN2.54 verzió 60 mm-es I/O fejléceit bemutató vázlatos rész

A már említett USB-csatlakozó mellett van egy pár kétsoros 2.54 mm-es fejléc (a 2. ábrán J3 és J12), a kártya mindkét oldalán egy-egy, amelyre az I/O többi része is csatlakoztatva van. Az RP30A-n 2350 GPIO található, míg az RP48B-n 2350 GPIO, így a Minimal kártya ezen verzióján a fejlécek nagyobbak, hogy lehetővé tegyék az extra tűket (lásd a 13. ábrát).
Mivel ez egy általános célú kialakítás, különösebb alkalmazás nélkül, az I/O-t a felhasználó kívánsága szerint csatlakoztathatóvá tették. Az egyes fejléceken lévő érintkezők belső sora az I/O-k, a külső sor pedig mind a földhöz van kötve. Jó gyakorlat sok földelést beépíteni az I/O csatlakozókon. Ez segít fenntartani az alacsony impedanciájú földelést, és sok potenciális visszatérési utat biztosít az áramok számára
I/O csatlakozások. Ez azért fontos, hogy minimalizáljuk az elektromágneses interferenciát, amelyet a gyorsan váltakozó jelek visszatérő áramai okozhatnak, amelyek hosszú, hurkolt utakat vesznek igénybe az áramkör befejezéséhez.

Mindkét fejléc ugyanazon a 2.54 mm-es rácson található, ami megkönnyíti a kártya csatlakoztatását más dolgokhoz, például kenyérsütőtáblákhoz. Érdemes lehet megfontolni, hogy a kétsoros fejléc helyett csak egysoros fejlécet szereljen fel, mellőzve a földcsatlakozások külső sorát, hogy kényelmesebb legyen a kenyérsütőtáblához illeszteni.

13. ábra: A QFN2.54 verzió 80 mm-es I/O fejléceit bemutató vázlatos rész

Hibakeresési csatlakozó

14. ábra: Az SWD hibakereséshez használható opcionális JST-csatlakozót bemutató vázlatos rész

A chipen belüli hibakereséshez érdemes lehet csatlakozni az RP2350 SWD interfészéhez. A két érintkező, az SWD és az SWCLK, elérhető a 2.54 mm-es J3 fejlécen, hogy lehetővé tegyék a választott hibakereső szonda egyszerű csatlakoztatását. Ezen kívül beépítettem egy opcionális JST-fejlécet, amely lehetővé teszi a könnyű csatlakozást a Raspberry Pi Debug Probe-hoz. Ezt nem kell használnia, a 2.54 mm-es fejlécek is elegendőek, ha szándékában áll a szoftver hibakeresése, de szerintem kényelmesebb. Vízszintes csatlakozót választottam, leginkább azért, mert tetszik a kinézete, még ha nem is a tábla szélén van, de függőlegesek is kaphatók, igaz, kicsit más alapterülettel.

Gombok
A Minimal dizájn most már nem egy, hanem két gombot tartalmaz, ahol az RP240-es verzióban egy sem. Az egyik az USB rendszerindítás kiválasztására szolgál, amint azt korábban tárgyaltuk, de a második egy „reset” gomb, amely a RUN érintkezőhöz van csatlakoztatva. Ezek egyike sem feltétlenül szükséges (bár a BOOTSEL gombot fejlécre vagy hasonlóra kell cserélni, ha USB-indítási módra van szükség), és eltávolítható, ha a hely vagy a költség aggodalomra ad okot, de az RP2350 használatát minden bizonnyal messzire vezetik. kellemesebb élmény.

A. függelék: Teljes kapcsolási rajz -RP2350A verzió

15. ábra: Az RP2350A minimális kialakításának teljes vázlata

B. függelék: Teljes kapcsolási rajz -RP2350B verzió

16. ábra: Az RP2350B minimális tervezésének teljes vázlata

H. függelék: A dokumentáció kiadásának előzményei

8. augusztus 2024
Kezdeti kiadás.

én Raspberry Pi
A Raspberry Pi a Raspberry Pi Ltd. védjegye
Raspberry Pi Kft

Dokumentumok / Források

Raspberry Pi SC1631 Raspberry mikrokontroller [pdf] Használati utasítás
SC1631 Raspberry mikrokontroller, SC1631, Raspberry mikrokontroller, mikrokontroller

Hivatkozások

Felhasználói kézikönyv

Raspberry Pi SC1631 Raspberry mikrokontroller

A termék használati útmutatója