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