RF:RF-BBADCape

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Introduction

A BBADCape é uma placa no formato cape para a Beagle Bone utilizada para medir sinais analógicos em diversos hardwares nos sistemas RF. Até 4 placas podem ser utilizadas em conjunto.

A comunicação com a BBB é feita através de um protocolo SPI, e tem uma precisão de 12 bits.

É possível adequar o valor dos resistores de entrada (R*, R** e R***) da placa, para adequar a tensão de entrada à tensão suportada pelo ADC.

Os scripts para aquisição dos dados podem ser encontrados no github

General description

A Capa Analogico-Digital foi criada para ser um item que pudesse ser facilmente utilizada em qualquer hardware que contenha uma BeagleBone. Ela conta com 4 entradas que podem ser condicionadas utilizando os divisores resistivos ou utilizando os amplificadores operacionais.

No máximo quatro placas podem ser empilhadas ao mesmo tempo, sendo necessário apenas modificar o número no switch rotatório.

A primeira versão (V3I2) não admite sinais negativos de tensão na entrada, enquanto a versão V3I3 pode ser adequada para medir esse tipo de sinal. Maiores detalhes serão explicados abaixo.

Figure 1: BBB ADC Cape block diagram.

AD7923

O ADC utilizado é o AD7923. Este CI, fabricado pela Analog Devices, dispõe de 4 canais de 12 bits, 200 kSPS, que se comunica através de protocolo SPI.

Este CI tem a capacidade de medir tensões até 2*Vref, onde Vref é uma tensão de referência externa, que, neste caso, tem valor de 2.5V e é fornecida pelo AD1582.

Para a comunicação SPI, os sinais CS', MOSI, MISO e SCLK estão, respectivamente, nos pinos 17, 18, 21 e 22 do conector P9 da BBB.

DCP010512DBP

O CI DCP010512DBP-U é um conversor DCDC que fornece ±12V para o circuito a partir da tensão de 5V que alimenta a Beagle Bone Black.


Figure 2: V3I2 Resistor bridge

Resistive Divider

O AD7923 admite em sua entrada tensões de 0-5V. Para que esse circuito possa ser usado em qualquer hardware, há um divisor resistivo em cada uma das 4 entradas para condicionar as tensões que chegam ao ADC.

V3I2

Na primeira versão fabricada, o divisor resistivo é o mostrado na figura 2. A tensão de saída pode ser encontrada através da equação:

Este circuito é útil para a função proposta, porém é limitado em um aspecto: A tensão de entrada deve ser positiva para que a saída esteja entre 0-5V. Para aumentar a versatilidade dessa placa, o divisor resistivo de entrada foi modificado para o abaixo.

Figure 3: V3I3 Resistor bridge

V3I3

Na segunda versão, o divisor resistivo é o mostrado na figura 3. A tensão de saída pode ser encontrada através da equação:

Onde, nesse circuito, Vcc = 12V.

Essa solução pode ser reduzida à anterior deixando o resistor R* (R1) em aberto, e também pode ser utilizada para a medição de entradas negativas, escolhendo corretamente os resistores.

Por exemplo, podemos medir um sinal que varia entre -12V e 0V utilizando R1 = 900Ω, R2 = 1kΩ e R3 = 1.8kΩ

Este link do gitlab contém a demonstração matemática e também scripts para auxiliar a calcular os resistores.

Versions Control

Table 1: RF-ADCape version control.
Version Date Description
V3I2 First manufacturing
V3I3 Added new resistor on input, input capacitor is now optional, added activation circuit.

The schematic, bill of materials and all other files related to this crate can be found at:
\\centaurus\LNLS\Grupos\RF\Sirius DOC_TEC_RF\Sirius_DOC_TEC_RF\PCB Projects\Released Files\BBB ADC Cape

Devices in use

List of where this board is being used.

Table 2: RF-ADCap devices.
Device Name Device # Board Version Number of Boards Location
RA-RaSIA01:RF-CalSys 002 V3I2 4 Storage Ring A LLRF Rack
RA-RaBO01:RF-LLRFLinPS 001 V3I2 2 Booster LLRF Rack
RA-RaSIA01:RF-LLRFLinPS 002 V3I2 2 Storage Ring A LLRF Rack
RA-RaBO01:RF-LLRFSwPS 001 V3I2 2 Booster LLRF Rack
RA-RaSIA01:RF-LLRFSwPS 002 V3I2 2 Storage Ring A LLRF Rack
RA-RaSIA01:RF-CavPlDrivers 002 V3I2 3 Storage Ring A LLRF Rack
RA-RaBO02:RF-SSASwPS 001 V3I2 2 Booster Interlock Rack
RA-RaSIA02:RF-SSASwPS 002 V3I2 2 Storage Ring A Interlock Rack

Device PVs

There is no PVs associated with this device.

Issues

BBB doesn't initiate (solved)

Descrição: Quando mais de uma placa está empilhada, a BBB não inicia.

Solução temporária: Dessoldando alguns capacitores, a BBB passa a iniciar corretamente.

Solução final: Na versão V3I3 foi adicionado um circuito de ativação que faz com que a BBADCape só inicie após a BBB iniciar por completo.