Diseño de hardware con el RP2040

Al lanzar su nuevo microcontrolador RP2040, la fundación Raspberry Pi publicó una guía para diseñar nuevos productos, con los requisitos mínimos y algunos consejos útiles, empleando su chip. En esta entrada, te resumimos algunos de los puntos más relevantes de esta guía y te facilitamos el acceso a los recursos más útiles para que tú también puedas diseñar tu propio proyecto con el RP2040.

El sistema mínimo

Para desarrollar tu primer sistema, la fundación Raspberry Pi facilitó un proyecto usando KiCAD. Con él puedes implementar una tarjeta funcional con los elementos necesarios para hacer funcionar el microcontrolador. Entre ellos se encuentran, la etapa de alimentación, el almacenamiento de la memoria flash, el cristal para el oscilador y los puertos GPIO.

Modelo 3D del sistema mínimo, se puede observar a simple vista cada sección mencionada. Vía: Raspberry Pi Foundation

Algunos de los elementos que se pueden apreciar en el proyecto son un regulador de voltaje y sus capacitores, una memoría Flash, el cristal de cuarzo para el oscilador y los headers para los puertos GPIO. La guía de diseño hace mucho énfasis en la colocación y uso de los capacitores de desacople adecuados. Para esta PCB las reglas de diseño no fueron demasiado estrictas para abaratar su fabricación y se uso un diseño doble cara con todos los componentes de un lado de la tarjeta.

Diagrama esquemático para el sistema mínimo. Algunos componentes, como la memoria flash o la fuente de alimentación se pueden reemplazar por unos más adecuados al diseño. Vía: Raspberry Pi Foundation.

Tarjeta de pruebas para VGA, SD y Audio

Otro de los enfoques de diseño que se pueden elegir es el de usar la Raspberry Pi Pico como base para desarrollar un proyecto más grande. Como contiene elementos que pueden ser útiles, como la fuente de alimentación y el puerto USB, el diseñador se puede enfocar en cubrir los periféricos restantes del sistema. Como muestra de los periféricos que se pueden conectar al RP2040, la guía muestra otro ejemplo con puerto VGA, tarjeta microSD, interfaz de audio analógica y digital, y botones. El archivo también fue diseñado con KiCAd y se puede encontrar aquí.

Este diseño emplea 4 capas, por lo que su manufactura es mucho más compleja. Vía: Raspberry Pi Foundation.

Notas de diseño

  • Emplear la Raspberry Pi Pico limita los pines GPIO a los que se pueden acceder si solo se usara el RP2040
  • Es importante tomar en cuenta las impedancias de la tarjeta, dependiendo de cuantas capas se usen y la forma de las vías
  • Usando la Pico se puede optar por distintas formas de alimentar la tarjeta
  • Se debe desactivar la modalidad de bajo consumo en la fuente de alimentación de la Pico para evitar el ruido en aplicaciones de audio o video
  • Hay que cuidar geometría de las pistas de cobre para señales de alta velocidad, de modo que no generen inductores y afecten la integridad de los datos

Estas son algunas notas tomadas de la guía de diseño de hardware con el RP2040. Esperamos que te sean de utilidad estos archivos para desarrollar tu propio hardware.

Referencias:

Hardware design with RP2040

RP2040 – Datasheet

Vía: Raspberry Pi Foundation