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RP2040-Chip

Der Dual-Core-Mikrocontroller Cortex-M0+ von Raspberry Pi als nackter Chip im QFN-56. Er braucht QSPI-Flash, einen Quarz mit 12 MHz, 3.3 V und ein paar Kondensatoren; die Kernversorgung mit 1.1 V ist eingebaut.

Was er macht#

Der Chip auf dem Raspberry Pi Pico: zwei Kerne Cortex-M0+ mit 133 MHz, 264 KB RAM, 30 GPIOs (4 davon ADC-Eingänge), USB 1.1 als Device oder Host und PIO-Zustandsmaschinen. Er hat keinen Flash eingebaut: das Programm liegt in einem externen QSPI-Flash. Eine Platine mit nacktem RP2040 ist günstiger als ein Modul und hat deine eigene Form, aber die Zusatzschaltung entwirfst du selbst.

Was er braucht#

  • 3.3 V an IOVDD (Pins 1, 10, 22, 33, 42, 49), USB_VDD (48), ADC_AVDD (43) und VREG_VIN (44); 100 nF pro IOVDD-Pin, direkt daran.
  • Kern 1.1 V aus dem eingebauten Regler: VREG_VOUT (45) an beide DVDD-Pins (23, 50), 1 µF an VREG_VIN und an VREG_VOUT, 100 nF an DVDD.
  • QSPI-Flash an den sechs QSPI-Pins (51-56), kurz und direkt.
  • Quarz mit 12 MHz an XIN/XOUT (20, 21) mit der Schaltung aus dem Guide (siehe Quarz).
  • USB: USB_DP (47) und USB_DM (46) über je 27 Ω, nah am Chip; die Pull-ups sind eingebaut.
  • TESTEN (19) an GND, das freiliegende Pad (57) mit Vias an GND.
  • RUN (26): der Reset-Eingang hat einen internen Pull-up; ein Taster nach GND setzt den Chip zurück.
  • BOOTSEL: ein Taster, der QSPI_SS beim Start über 1 kΩ nach GND zieht, lässt den Chip als USB-Laufwerk starten (eine Datei .uf2 darauf ziehen).
Beispielschaltung: Die Quarzschaltung aus dem Design-Guide von Raspberry Pi: ABM8-272-T3, 15 pF auf jeder Seite, 1 kΩ von XOUT.
Die Quarzschaltung aus dem Design-Guide von Raspberry Pi: ABM8-272-T3, 15 pF auf jeder Seite, 1 kΩ von XOUT. Öffne das Beispiel rp2040_crystal von dieser Seite in PCB Canvas: „In meinen Schaltplan einfügen“.

Layout#

  • 0.4 mm Raster: die Pads sind 0.2 mm breit mit 0.2 mm dazwischen. Leiterbahnen von 0.127 mm mit 0.127 mm Abstand (JLCPCBs Standardregel für 2 Lagen) bringen jedes Pad heraus; breitere Versorgungsbahnen brauchen nahe am Chip eine schmalere Klasse (0.25 mm reichen für 3.3 V locker).
  • Setze die Abblockkondensatoren in die Ecken des Chips und lass entlang jeder Pinreihe einen Kanal von etwa 2 mm frei, damit die Signale herauskommen.
  • Das freiliegende Pad ist von den Pins eingezäunt: verbinde es mit Vias im Pad mit der Masse-Fläche unten.
  • Ein QFN-56 von Hand zu löten ist schwer; lass JLCPCB ihn bestücken.

Stolperfallen#

  • Kein Flash, kein Boot: mit leerem oder fehlendem Flash erscheint der Chip nur als BOOTSEL-USB-Laufwerk.
  • Falsche Quarzkondensatoren (Teile mit 20 pF und Kondensatoren mit 15 pF oder umgekehrt) ergeben USB, das an manchen Rechnern läuft und an anderen nicht.
  • DVDD ist 1.1 V: nie mit 3.3 V verbinden.

Quellen: Raspberry Pi Hardware design with RP2040 (Beispiel für ein minimales Design) und RP2040 Datasheet (Pinlage und Pinbeschreibung).

Footprint#

QFN-56 7 × 7 mm, 0.4 mm Raster, 3.2 mm freiliegendes Pad (C2040, Extended-Teil). Maschinelle Bestückung empfohlen.