Spresenseハードウェアドキュメント

Spresenseのメインボードを拡張ボードと組み合わせず単独で使用する際には、４隅にミニスペーサを設置すると便利です。
ミニスペーサとそれを基板に固定するネジには、ネジ径2mm、長さ3mm以上の樹脂製のものが使用できます。
これらはメインボードの製品パッケージには付属しておりませんので、別途ご用意ください。

下記に使用可能な樹脂製のミニスペーサとネジの例を示します。

Spresenseはメインボードに専用のAdd-onボードを装着することが可能です。

Add-onボードを装着、取り外しする際には、Spresenseメインボードのピンソケットに対して必ず垂直方向にゆっくりと装着 または取り外しを行ってください。

Spresense LTE拡張ボードのピンヘッダCN9のI/O電圧は、CN2に挿すジャンパ位置を変更することによって5Vと3.3Vを切り換えることができます。 出荷状態では5Vに設定されています。

Spresenseは下図に示す、メインボードあるいはLTE拡張ボード上のピンソケットにジャンパワイヤを接続する方法などで 外部機器を接続することが可能です。

各ピンが有する機能は、ほかのSpresenseボードのものと合わせて一覧表としてまとめ、ハードウェア設計資料に掲載しています。

Spresenseに搭載されているCXD5602GGの各ピンは複数の機能を有しています。

SpresenseメインボードとLTE拡張ボードを組み合わせたときの電源系統図を下記に示します。

Spresenseに外部機器を接続して電源をSpresenseの電源用ピンから供給する場合には、図中に示した最大出力電流値を超えないようにしてください。

LTE通信を行う場合には、LTEモジュールだけで最大1.2Aの電流を消費します。 メインボードとLTE拡張ボードのmicroUSBから供給できる電流の合計が1.5A程度となるように電源を接続してください。 確実なLTE通信を行うためには、Spresense LTE拡張ボードのmicroUSBから1.5A以上供給できるようにしてください。

SpresenseメインボードとLTE拡張ボードを組み合わせて、microUSB端子から電源を供給してからCXD5602が起動するまでの 各電源とリセットのシーケンスチャートを下図に示します。

図中の"boot"はArduino IDEおよびSpresense SDK上で起動直後にCXD5602の1つのGPIOピンをHighに設定して出力されるまで の時間を示しています。

Spresenseでは以下の方法によってシステムにリセットを掛けることができます。

システムリセットが掛かった場合には、電源を管理するLSIのCXD5247や各電源LSIから 一瞬給電が停止しますので、LTE拡張ボードやAdd-onボードに外部回路を接続して使用している際には注意が必要です。

メインボードのJP2の1番ピンのリセット信号（XRST_PIN_1.8V）はシステムリセットの状態を出力します。システムリセットが掛かっている状態はLow、それ以外の状態では High(1.8V)を出力します。この信号を使用することでAdd-onボードなどにセンシングプロセッサCXD5602と同じタイミングでリセットを掛けることが可能です。

CXD5602は非常に低消費電力なプロセッサのため、ポートのI/O電流値は最大で6mA程度となります。

SpresenseではメインボードとLTE拡張ボードにそれぞれI2C接続に使用できる端子が１系統用意されています(LTE拡張ボードはPWM2、PWM3と排他使用になります）。

インターフェース電圧はメインボードが1.8V、LTE拡張ボードが5Vまたは3.3Vになります。
通信速度は最大で400kbpsとなります。

メインボードとLTE拡張ボードのI2Cは別系統となります。

メインボードのI2C（I2C0)は4.7kΩで1.8Vに、LTE拡張ボードのI2C(I2C1)はレベルシフタを経由して1KΩで5Vまたは3.3Vに、それぞれ基板上でプルアップされています。

SpresenseではLTE拡張ボードを使用する際には、メインボードにフロー制御付きのUART接続に使用できる端子が１系統用意されています。

インターフェース電圧は1.8V、通信速度は最大で1.8432Mbpsとなります。

SpresenseではメインボードとLTE拡張ボードにそれぞれSPI接続に使用できる端子が１系統ずつ用意されています。

両ボードのSPIはマスターモードでのみ使用が可能です。

インターフェース電圧はメインボードが1.8V、LTE拡張ボードが5Vまたは3.3Vになります。
通信速度はメインボードが最大で13Mbps、LTE拡張ボードが最大で6.5Mbpsとなります。

メインボードとLTE拡張ボードはそれぞれ別系統のSPIを使用しますので、同時に使用可能です。

SpresenseではLTE拡張ボードにPWM出力に使用できる端子が４系統用意されています（うち２系統はI2Cと排他使用となります）。

インターフェース電圧は5Vまたは3.3Vになります。
周波数は最大で6.5MHz、分解能は15ビットとなります。

CXD5602はSDIO規格に準拠した1.8Vの 4bit（または1bit）SDモード対応インターフェースを持ち、SpresenseではLTE拡張ボードにレベルシフタを使用して3.3Vに電圧を変換してmicroSDカードが使用できるようになっています。

SpresenseのSDIOの最大データ転送速度は21MB/sとなります。

SpresenseではLTE拡張ボードのデジタルピン入出力に下記の構造のようなレベルシフタを使用して、自動的方向の切り換えと電圧変換を行っています。

このレベルシフタはピンソケット側が1kΩで5Vまたは3.3Vに常にプルアップされています。

したがってピンソケットに接続する回路が低いインピーダンスを持つ回路である場合には、CPUの検出する閾値が変動してしまう事から正しく論理を検出できなくなります。

この場合には下図のように、入出力方向が変化しない信号に関しては、ピンソケットと接続する回路の間に片方向のバッファを挿入するのが良い方法です。

Spresenseはメインボード上に2系統(SEN_AIN4、SEN_AIN5)、LTE拡張ボードに2系統（SEN_AIN0、SEN_AIN1)のA/D変換器(ADC)を備えています。

SEN_AIN4とSEN_AIN5のLPADC (Low Power ADC)に比して、SEN_AIN0とSEN_AIN1のHPADC(High Performance ADC)は高速にA/D変換することが可能なピンとなります。 電源電圧や温度データなどDC電圧をA/D変換する場合は、0Vからフルレンジを使ってA/D変換できるLPADCの使用を推奨します。

下表に各ADCピンの仕様を示します。

アナログピン番号へのCXD5602のピン（回路図上の名称）の割り当てとメインボードへの入力電圧範囲に注意してください。

LTE拡張ボード上ではCXD5602のADCピンには抵抗分割によって電圧を変換して入力しています。 LTE拡張ボードのアナログピンに5.0Vを印加した場合、下記に示す回路によってSEN_AIN0とSEN_AIN1のHPADCは1.4Vに減圧されて入力されます。

ADCのリファレンス電圧はメインボード上のCXD5247が生成する0.7Vを使用します。

ADCピンにインピーダンスを持つ回路を接続する場合、たとえば可変抵抗器を経由して印加電圧を変化させてADCの動作確認を行う際などには、 可変抵抗器の抵抗値と上記分圧回路の抵抗値によってCXD5247のADCピンに入力される電圧が決定されます。

Spresenseのメインボードで消費する最大電流値は500mAで、メインボードおよび拡張ボード上のmicroUSB端子より電源を供給した場合には例え500mAより多くの電流が供給できる機能があった場合でも、メインボードへは500mAまでしか供給できません。この500mAにはAdd-onボードへの供給電流を含みます。

Add-onボードを設計する際に使用するデバイスの消費する電流値が多い場合にはメインボードのCN1に日本圧着端子製造製のPHコネクタ（S2B-PH-K-S）をマウントし、ここに十分な電流を供給できる 3.6V～4.4V(＝動作推奨電圧。最大絶対定格電圧は5.5V)の電源を接続することにより、メインボードのEXT_VDD（JP2の3番ピン）からの供給電流値を増やすことができます。その際、EXT_VDD端子の電圧は接続した電源の 電圧とほぼ等しい電圧が出力されます。

上記はメインボードへのはんだ付け作業が必要です。ここでの作業は小型部品のはんだ付けやボードの改造を伴います。適切なスキル及び機材をもっている方のみ実施するように注意してください。

またこの場合には、microUSB端子から電源を供給しなくともSpresenseシステムに電源が入ります。メインボードで消費する最大電流値の500mAと拡張ボードで消費する 電流の合計を供給することも可能となります。

SpresenseはLTE拡張ボード上に搭載された2.54mmピッチのピンヘッダにアナログマイクを最大で２チャンネル、またはデジタルマイクを最大で４チャンネル接続することが可能です。

出荷時はアナログマイクの設定になっています。デジタルマイクを使用するにはLTE拡張ボードへのはんだ付け作業が必要です。 ここでの作業は小型部品のはんだ付けや基板の改造を伴います。適切なスキル及び機材をもっている方のみ実施するように注意してください。

Spresenseはメインボード上に搭載されたCXD5247にステレオD級出力アンプを搭載しており、これを利用して２台のスピーカーを駆動することが可能です。

ただし、メインボード単体ではCXD5247のD級アンプに3.3V電源が供給されないため、スピーカーはご使用できません。

スピーカーを使用するためにはメインボードのボードtoボードコネクタCN4の1番ピンおよび3番ピンに低ノイズの3.3V電源を供給する必要があります。ご使用のスピーカーに応じて十分な電流値を供給してください。

LTE拡張ボードと組み合わせてご使用する場合には、この3.3V電源は供給されるように設計されています。

メインボードは出荷時はLTE拡張ボードのヘッドホン出力に合わせた設定になっています。スピーカーを使用するにはメインボード上のチップ部品の載せ替えはんだ付け作業と、LTE拡張ボードへのはんだ付け作業が必要です。 ここでの作業は小型部品のはんだ付けや基板の改造を伴いますので、適切なスキル及び機材をもっている方のみ実施するように注意してください。

SpresenseではCoreSight 10または20のコネクタに接続することによって、Cortex-M シリーズ SWD 対応のJTAGデバッガを使用することが可能です。

この機能を使用するためには拡張ボードへのはんだ付け作業が必要です。小型部品のはんだ付けや基板の改造を伴いますので、適切なスキル及び機材をもっている方のみ実施するように注意してください。

拡張ボードのCN8にCoreSight 10または20用のピンヘッダをはんだ付けしてください。

使用するCoreSightのケーブルによってはKEYの箇所の穴が埋められているものがあります。 はんだ付けする前に、あらかじめ下図のKEYにあたる箇所のピンをラジオペンチなどを使用して抜いてください。

下記に使用可能なピンヘッダの例を示します。

Spresense LTE拡張ボードと同時に、メインボードのピンソケットやLTE拡張ボードのピンヘッダに外部接続機器や基板を接続して使用する場合、 LTEアンテナとそれらの接続用ケーブルが近接してしまうとケーブルにLTEの電波がかぶってしまい動作が不安定となる場合があります。

このような場合には接続するケーブルとしてシールド付きケーブルを使用すると状況が改善することがあります。 家庭用アルミ箔をケーブルに巻いてみるだけでも場合によっては改善することがあります。

Spresense カメラボードに付属の接続用ケーブルはシールド付きケーブルですが、このようなシールド付きケーブルを使用しても まだ動作が不安定な場合には、下記のシールドシートでケーブルを包むと状況が改善することがあります。