Developer World Spresense
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目次

1. ハードウェアガイド(LTE拡張ボード)

1.1. メインボードでのミニスペーサーの使用について

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。

金属製のスペーサとネジを使用した場合には、GNSSの受信性能に著しい悪影響を及ぼします。かならず樹脂製のものをご使用ください。

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。

製造会社 ミニスペーサ ネジ

廣杉計器

AS-2003

PC-0203

1.2. LTE拡張ボードのピンソケットの動作電圧設定について

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。

HW voltage level in LTE ja
CN2の挿し位置を変更する場合には必ずSpresenseの電源を切った状態で行ってください。電源を入れた状態で変更した場合、Spresenseを破壊する恐れがあります。
LTE拡張ボードに接続するセンサーなどの外付け基板の動作電圧と同じ電圧になるように設定して下さい。設定を誤った場合、接続した基板を破壊する恐れがあります。

1.3. リセット機能の使用方法

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。

  • メインボード上のSW2を押下

  • シリアルモニターなどによるUART接続(DTR信号トリガ)

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。

1.4. CXD5602のI/O電流値について

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。

1.5. I2Cの使用方法

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。

メインボードでは4.7kΩで1.8Vにプルアップされていますが、LTE拡張ボードではプルアップされていません。 I2Cとして使用する際には、必要に応じて1~4.7KΩ程度の抵抗でプルアップしてください。

1.6. UARTの使用方法

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。

1.7. SPIの使用方法

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。

1.8. PWMの使用方法

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。

1.9. SDIOの使用方法

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。

1.10. LTE拡張基板でのデジタル信号(UART/SPI/PWM/GPIO)使用上の注意

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。

HW LVS1 ja

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。

HW LVS2 ja

1.11. メインボードに対する外部電源の供給方法

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7V)の安定化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安定化電源の 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。

ここに記載のはんだ作業を行った場合には、いかなる場合であっても製品保証の対象外となります。ご自身の責任において実施してください。
HW power supply ja

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。

メインボードのPHコネクタ(CN1)から電源を供給した場合でも、メインボードおよび拡張ボードのmicroUSBコネクタから電源を供給しても問題ありません。 ただしEXT_VDD端子の電圧出力の下限値は約4Vとなります。

1.12. マイクの使用方法

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。

ここに記載のはんだ作業を行った場合には、いかなる場合であっても製品保証の対象外となります。ご自身の責任において実施してください。

1.12.1. マイクチャンネルの配置

LTE拡張ボード上のマイクチャンネルの配置を下図に示します。

A,Bがアナログマイクのチャンネルを示し、同色のD01, D23が対応するデジタルマイクのチャンネルを示します。

アナログマイクまたはデジタルマイクの入力設定を各チャンネルごとに別々に設定しますと十分な入力音質性能が得られない場合があります。 すべてのチャンネルをアナログマイクまたはデジタルマイク入力に設定することを推奨します。

HW Mic placement LTE ja

1.12.2. アナログマイクからデジタルマイク入力への切り替え方法

アナログマイクからデジタルマイク入力に切り換えるためには下記の2つの手順が必要です。

  • R22を取り外し、R26に0Ωをマウント(またはジャンパ線などでショートする)。

  • R16(D01チャンネル)とR17(D23チャンネル)に0Ωをマウント(またはジャンパ線などでショートする)。

HW Mic mode Switch LTE ja

1.12.3. アナログマイクの接続方法

1.12.3.1. ダイナミックマイク

CN6のマイクの接続ピンヘッダには、2つのアナログマイク入力(MICA、MIICB)端子があります。 これらの端子はコンデンサによってACカップリングされています。 アナログマイクを使用する場合、ノイズを最小限に抑えるために、マイクのGNDは、CN6のGNDをご使用ください。

1.12.3.2. エレクトレットマイク

Spresenseでは基準電圧2.0Vのコンデンサベースの2線式エレクトレットマイクを接続することができます。CN6ピンヘッダのマイク入力端子には2.0Vの バイアス電圧が負荷抵抗2.2kΩで印加されています。

下記に使用できるエレクトレットマイクの例を示します。以下のマイクの負荷抵抗の推奨値は2.2kΩとなります。

製造会社 品名

CUI

CMC-5044PF-A

PUI

POM-3535P-3-R

Soberton

EM-6022P

1.12.3.3. アナログMEMSマイク

アナログMEMSマイクを接続する場合、マイクの電源ピンに対しCN6ピンヘッダのマイクバイアス端子を接続してください。 バイアス端子からマイクに2.0Vの電源電圧が供給されます。

下記に使用できるアナログMEMSマイクの例を示します。

製造会社 品名

Knowles

SPU0414HR5H-SB

Knowles

SPH1642HT5H-1

1.12.4. デジタルマイクの接続方法

デジタルマイクを接続する際の推奨接続方法を下記に示します。 各マイクチャンネルの3ピン(DMIC, DCLK, GND)の組み合わせと1.8V電源に対し、デジタルマイクの左右切り替え信号(LR_SEL)の極性を一方をLOW、もう一方をHIGHとすることで、2個のデジタル・シリコンMEMSマイクの接続が可能です。 1.8Vの電源はAチャンネルとBチャンネルのMIC_BIAS端子より供給することができますので、分岐してご使用ください。

HW Mic digital

下記に使用できるデジタル・シリコンMEMSマイクの例を示します。

製造会社 品名

Knowles

SPH0641LU4H-1

Knowles

SPM0423HD4H-WB

Infineon

IM69D130

1.13. スピーカーの使用方法

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。

ここに記載のはんだ作業を行った場合には、いかなる場合であっても製品保証の対象外となります。ご自身の責任において実施してください。

1.13.1. メインボードの作業

CXD5602のD級出力を平滑化する部品を以下の指示にしたがって交換してください。

  • R15, 16, 17, 18 → 15uH/220mA(2012) [下図オレンジ色の枠を付けた部品]
       インダクタに変更します。
       太陽誘電 BRL2012T150M を推奨します。

  • C45, 46, 47, 48 → 0.47uF(1005) [下図緑色の枠を付けた部品]

HW Speaker Main
この変更を行った場合、LTE拡張ボードのヘッドホン出力は使用しないでください。

1.13.2. LTE拡張ボードの作業

CN4, 5にスピーカー接続用の2.54mmピッチのピンヘッダをはんだ付けしてください(またはスピーカー用コードを直接はんだ 付けしてください)

Spresenseボードは、左右のスピーカーを独立して動かすように設計されています。左右のマイナス側を一緒に接続しないように注意してください。
HW Speaker LTE

1.14. JTAGデバッガの使用方法

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。

ここに記載のはんだ作業を行った場合には、いかなる場合であっても製品保証の対象外となります。ご自身の責任において実施してください。

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。

HW SWD LTE ja

下記に使用可能なピンヘッダの例を示します。

製造会社 ピンヘッダ(10極) ピンヘッダ(20極)

廣杉計器

PSM-720153-05

PSM-720153-10

Samtec

FTS-105-01-L-DV-TR

FTS-110-01-L-DV-TR

HARWIN

M50-3600542

M50-3601042

日本コネクト工業

IKHSM28-D10G-H1.5

IKHSM28-D20G-H1.5

1.15. GNSS用外部アンテナの使用方法

Spresenseはメインボード上にGNSS用チップアンテナを搭載しておりそのままの状態で位置測位が可能ですが、より高性能の位置測位が行えるようにuFL接続タイプの外部アンテナを接続しての測位も可能です。

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。

ここに記載のはんだ作業を行った場合には、いかなる場合であっても製品保証の対象外となります。ご自身の責任において実施してください。

外部GNSSアンテナを使用するためには以下の作業が必要です。

  • 下図のCN3にuFLコネクタをマウントしてください。

HW gnss cn3

 下記に使用可能なuFLコネクタの例を示します。

製造会社 品名

ヒロセ電機

U.FL-R-SMT-1

  • 使用するアンテナの種類に応じて、メインボード上のチップ抵抗を下表のように変更して下さい。
    下表で"OPEN"は該当する箇所に部品がマウントされていないことを、"CLOSE"は0Ω抵抗またはワイヤなどでショートされていることを示します。 各抵抗のサイズは1005です。

使用する
アンテナ

R29

R31

R33

R30

R32

備考

チップ
(オンボード)

CLOSE

OPEN

CLOSE

OPEN

CLOSE

出荷状態

パッシブ
(外部接続)

OPEN

CLOSE

OPEN

OPEN

CLOSE

アクティブ
(外部接続)

CLOSE

OPEN

CLOSE

CLOSE

OPEN

HW gnss setting