树莓派5磁吸背夹扩展坞设计需求书（DRD）v3.0
- 总体需求 项目 规格 产品形态 背夹式磁吸扩展坞，与树莓派5底部磁吸对接 连接方式 磁吸触点阵列，支持热插拔，单手插拔 固定方式 钕铁硼磁铁定位，无机械导向柱 目标用户 电子爱好者DIY
- 功能需求 2.1 核心功能 功能 要求 供电 内置锂聚合物软包电池，3.7V单节，通过磁吸触点向树莓派5供电（5V/3A） 存储扩展 M.2 2230 NVMe SSD插槽（卧式，横向放置） 显示扩展 固定屏幕（非触摸），MIPI DSI接口 摄像头 不做 GPIO扩展 侧面引出2×5排针（2.54mm），包含I2C/SPI/UART/电源/常用GPIO 调试接口 侧面排针即调试接口，无需拆机 2.2 磁吸接口安全需求 要求 说明 分级触点 三级长度：GND（最长）→ 电源（中等）→ 数据（最短） 时序保护 插入时地线先通、电源次之、数据最后；拔出时相反 电气隔离 电源稳定前，数据信号保持高阻态 防呆设计 磁铁极性布局，防止反接
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3. 性能需求
项目 指标
电池容量 锂聚合物软包，按需配置
续航时间 典型负载≥3小时
充电方式 通过树莓派USB-C或扩展坞独立充电口
SSD速度 PCIe 2.0 x1，顺序读≥400MB/s
磁吸保持力 单手可拔，正常使用不脱落
插拔寿命 ≥1000次
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4. 接口需求
4.1 磁吸触点
级别 功能 时序
L1 GND 最先接触/最后断开
L2 VBAT（3.7V电池） 第二接触/第二断开
L3 PCIe差分对/MIPI DSI/I2C/UART/DETECT 最后接触/最先断开
4.2 侧面GPIO排针
- 两侧各2×5排针（2.54mm间距）
- 包含：3.3V/5V/GND/I2C/SPI/UART/PWM/常用GPIO
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5. 结构需求
项目 要求
屏幕 固定不可翻折，非触摸，MIPI DSI接口
电池 锂聚合物软包，可拆卸更换
SSD M.2 2230，可拆卸
外壳 支持3D打印或CNC加工
散热 被动散热，SSD贴导热垫接触外壳
组装 螺丝固定，可维护设计
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6. 电气安全需求
- 锂电池保护：过充/过放/过流/短路保护
- 电源缓启动：软启动抑制浪涌
- TVS保护：触点入口ESD保护
- 防反接：理想二极管或MOS管方案
- 隔离：电源地与信号地单点连接
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7. 可制造性需求（DIY友好）
项目 要求
PCB 4层板，JLC可打样
器件 标准封装，立创商城/淘宝可采购
外壳 支持3D打印或简易CNC
工具 常规电烙铁、热风枪、万用表即可完成
调试 侧面排针可接逻辑分析仪/串口工具
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8. 排除项
功能 原因
屏幕翻折 增加机械复杂度
双摄像头 空间与复杂度控制
M.2 2280 SSD 与紧凑目标冲突
触摸屏 降低成本，非必需
主动散热 被动散热足够
机械导向柱 纯磁吸更简洁
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9. 验收标准
测试项 通过标准
机械 磁吸稳固，侧面排针可插拔
电源 5V输出稳定，3A带载正常，续航达标
存储 SSD识别正常，读写速度达标
显示 屏幕点亮，无闪烁
信号 PCIe/MIPI无丢包，GPIO通断正常
安全 带电插拔无损坏，电池保护功能正常