GROWTH FPGA/高速ADCボード – 2 – 拡張コネクタ

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GROWTH FPGA/高速ADCボードに関する記事の第二回です。

GRWOTH FPGA/ADCボード関連の記事一覧

  1. GROWTH FPGA/高速ADCボードの概要
  2. GROWTH FPGA/高速ADCボードの拡張コネクタ
  3. GROWTH FPGA/高速ADCボードのFPGA書き込み
  4. パルス計測プログラムgrowth_daqのビルドと測定実行

このボードは2×20ピンの拡張コネクタ(2.54mmのソケット)を2個備えています。CN4がドーターカード用、CN5がRaspberry Pi用のコネクタになっています。

GROWTH_FPGA_Board_Function_Map

Raspberry Piはオンボードコンピュータ(搭載計算機)として、計算機・ストレージストレージまでボードと一緒に組み込みたい場合に接続します。ドーターカードは、検出器固有のアンプ回路や高圧電源モジュールを搭載するために利用します。ドーターカード用拡張コネクタには、アンプ出力を高速ADCのアナログ入力に接続するためのピンが用意されているので、ドーターカード上で生成した信号をケーブルを介さずに高速ADCで読み込むことができます。(2.54mmのソケットを利用しているので、アナログ帯域は数十MHzが限度と思われますが、FPGA/ADCボード上のADC用のバッファアンプ周りは、シマフジ電機さんの技術力でもっと高速な信号まで処理できるようになっています。広帯域が必要な場合はLEMOコネクタから直接信号を入力してください)

Raspberry PiのGPIOコネクタに出ているSPI/I2Cはそれぞれ以下のように配線されています(ドータカードのデバイス構成は和田くんのPMT用アンプ・高圧電源ボードを使った場合の例)。

バス接続先接続されているデバイス

SPI FPGA/ADCボード Slow ADC (MCP3208)
Slow DAC (MCP4822)
I2C ドーターカード 128×64ピクセルOLED
温湿度・大気圧計(BME280)

以下、両コネクタのピン配置を示します。

Raspberry Pi用2×20ピンコネクタ(CN5)のピン配置

FPGAボード側はソケットになっていて、Raspberry Piがそのまま接続できます。

  • RasPi-FPGA GPIOはRaspberry PiとFPGA間の汎用GPIO
  • RasPi GPIOはCN6とCN4に配線されたGPIO (ドーターカード上でGPIOとして利用可能)
  • RasPi TXD/RXDは、Raspberry PiのUART信号(FPGAに接続されており、FPGA側にUART IPコアを実装することでUART通信が可能。GROWTH実験の標準のFPGA IPコアでは未使用)
接続先 信号 No No 信号 接続先
未接続 1 2 5V JP1
CN4 28 ピン I2C_SDA 3 4 5V JP1
CN4 27 ピン I2C_SCL 5 6 GND GND
CN4 29 ピン RasPi_GPIO0 7 8 RasPi TXD FPGA K13
GND GND 9 10 RasPi RXD FPGA L13
CN4 30 ピン RasPi_GPIO1 11 12
RasPi-FPGA_GPIO0
FPGA P4
CN4 31 ピン RasPi_GPIO2 13 14 GND
CN4 32 ピン RasPi_GPIO3 15 16
RasPi-FPGA_GPIO1
FPGA T4
未接続 17 18
RasPi-FPGA_GPIO2
FPGA T3
Slow ADC/DAC SPI_MOSI 19 20 GND GND
Slow ADC/DAC SPI_MISO 21 22 RasPi-FPGA_GPIO3 FPGA R3
 

Slow ADC/DAC

SPI_SCLK 23 23 SPI_CE0# Slow ADC/DAC
GND GND 25 26 SPI_CE1# Slow ADC/DAC
未接続 27 28 未接続
Ras Pi GPIO0 CN6 1ピン 29 30 GND GND
Ras Pi GPIO1 CN6 2ピン 31 32 CN6 3ピン Ras Pi GPIO2
Ras Pi GPIO3 CN6 4ピン 33 34 GND GND
Ras Pi GPIO4 CN6 5ピン 35 36 CN6 6ピン Ras Pi GPIO5
Ras Pi LED0 LED7 (青色) 37 38 LED8 (青色) Ras Pi LED1
GND GND 39 40 SW2 Ras Pi Slide Switch

ドーターカード用拡張コネクタ(CN4)のピン配置

接続先 信号 No No 信号 接続先
アナログ入力回路 ADC3_IN 1 2 ADC2_IN アナログ入力回路
アナログ入力回路 ADC1_IN 3 4 ADC0_IN アナログ入力回路
GND 5 6 GND
MCP3208 CH5 Slow_ADC5 7 8 Slow_ADC6 MCP3208 CH6
MCP4822 Vout a
Slow_DAC0 9 10 Slow_ADC7 MCP3208 CH7
GND 11 12 Slow_DAC
MCP4822 Vout b
FPGA L5 FPGA_GPIO0 13 14 GND
FPGA M4 FPGA_GPIO2 15 16 FPGA_GPIO1 FPGA L4
FPGA M1 FPGA_GPIO4 17 18 FPGA_GPIO3 FPGA M2
FPGA N4 FPGA_GPIO6 19 20 FPGA_GPIO5 FPGA M5
FPGA N2 FPGA_GPIO8 21 22 FPGA_GPIO7 FPGA N3
FPGA P5
FPGA_GPIO10
23 24 FPGA_GPIO9 FPGA N1
GND 25 26 GND
CN5 5 ピン I2C_SCL 27 28 I2C_SDA CN5 3ピン
CN5 7 ピン RasPi_GPIO0 29 30 RasPi_GPIO1 CN5 11 ピン
CN5 13ピン RasPi_GPIO2 31 32 RasPi_GPIO3 CN5 15ピン
GND 33 34 GND
電源回路 3.3V 35 36 3.3V 電源回路
電源回路 5V 37 38 5V 電源回路
電源回路 12V 39 40 12V 電源回路