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先端エレクトロニクスDAQセミナー2012@京都大学

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ASICとは

Application Specific Integrated Circuit(ASIC)は特定用途集積回路の名前のとおりユーザーの仕様に応じて製作される集積回路で、放射線検出器の読みだしシステムで多用されています。以前は開発コストが高かったのですが、現在ではシャトルサービスと呼ばれる方法により安価に試作ができるようになってきています。現在では通常の電子回路基板を製作するくらいの金額で試作できるものもあります。

FPGAとは

Field Programmable Gate Arrays (FPGA)はユーザーがプログラム可能な論理(デジタル)集積回路です。近年、放射線検出器の読みだしシステムで多用されています。一つのFPGAに搭載できる回路規模は非常に大きくなっておりユーザーが希望する信号処理の多くは1チップに搭載できるようになりました。例えば、CPUを組み込みLinux OSシステムを動作させる事ができる程の回路規模を1チップに実装する事ができます。


概要

近年特定用途向け集積回路ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Arrays)は今や先端の加速器制御等の外部機器制御及び測定器システム開発には欠かせないものとなっており、皆さんもその名前を耳にすることがあると思います。これらの開発には関連する多数の技術が含まれており、この状況下では使う為に最低限何を知っていれば良いのか、何を準備すれば良いのかを知る為に膨大な時間が掛かってしまいます。この様な問題を軽減しASIC,FPGAを実験に取り入れることが出来るよう本セミナーを企画しました。またこのセミナーの後に開催されるいくつかの実習コースを受けることでこれらの技術を身につけることができます。

  • 対象者:大学院学生(学部4年生可)、若手研究者
  • 募集人数:50人
  • 日程:2012年7月23日(月)~7月27日(金)10:00-17:00(講義毎に開始時刻が変わりますので注意してください)
  • 場所:京都大学 理学研究科 物理学教室 第4講義室(5階 525号室)
  • 言語:日本語
  • 申込:6月1日(開始)〜6月30日(締切)
  • 旅費補助:希望者は申込時に明記してください。但し、限りがあるので全員に支給できない場合は、申込み先着順とします。学部生の方には旅費補助ができませんので、ご了承ください。 旅費希望の方は、できるだけ早い申し込みをお願いします。
  • 申込方法: (申し込みは締め切りました) ここから必要事項を記入し申し込んでください。
  • 宿舎:各自手配をお願いします。期間中、基礎物理学研究所北白川学舎には空室がありません。
  • 主催:京都大学
  • 後援:Open-It(オープンソースコンソシアム), KEK加速器科学総合支援事業
  • 講師:味村周平(大坂大学)、内田智久(KEK)、 坂本宏(東京大学)、 千代浩司(KEK)、田中真伸(KEK)、 長坂康史(広島工業大学)、房安貴弘(長崎総合科学大学)、 藤井啓文(KEK)
  • 世話人:窪秀利(京都大学)、新山雅之(京都大学)、南野彰宏(京都大学)
  • お問合わせはこちらまで

日程

  1. 7月23日:初心者用計測システム入門、講師 田中真伸
  2. 7月24日:デジタル回路、FPGA入門、講師 坂本宏、内田智久
  3. 7月25日:CMOSプロセス、エレクトロニクス入門、講師 房安貴弘
  4. 7月26日:データ収集システム入門(1日) 講師 味村周平、長坂康史、千代浩司、藤井啓文
  5. 7月27日:ASIC製作、FPGA製作の実際 座長及び講師 田中真伸、池田博一、及び過去の受講者の方々

目的

このセミナーにおいてはアナログ/デジタル回路設計、ノイズ、半導体プロセス、FPGA、データ収集システムおよびソフトウエアの知識になじんでいただき、開発にあたって必要となる基礎知識の習得を目指します。

受講前に復習して欲しい事

限られた時間内に効率良く且活発な議論をするために下記の点に注意しセミナーに参加してください。

  • ただ漠然と知識を習得するというのでなく、このセミナーを受けてその知識を何に生かしたいかの目的を明確に持つこと

 


内容 (予定ですので変更されることがあります)


1日目(7/23) 10:30-16:30 :初心者用計測システム入門

予備知識:電圧、電流、電圧源、電流源、抵抗、コンデンサなどの言葉の意味が理解できること。オペアンプの動作が理解できていることが望ましい。

期待される効果:2日目以降の講義の理解に助けになる情報をあらかじめ得ることができます。

内容:アナログデジタルおよびソフトウエア技術が計測機器のどの部分に使用されているかを概説します。計測システムの構成等についてトップダウン方式で見ていきます。始めにシステム全体機能ブロックで分離しネットワークおよびソフトウエアを含む機能を概説します。そののち機能ブロックを細分化し最終的にトランジスタまで概説します。ただしこの講義ではトランジスタの詳細な動作について解説はしません。

スモールサイズテキスト ラージサイズ1,2,3,4,5(受講者対象、ID/パスワード入力が必要です)

アンケート入り(受講者対象、ID/パスワード入力が必要です)

講義風景写真(ID/パスワード入力が必要です)


2日目(7/24) 10:00-16:30 :FPGA、デジタル回路入門

予備知識: 2進/16進数表現 AND/OR/NOTゲート動作、 Dフリップ・フロップ動作について理解している事が望ましい

期待される効果:デジタル回路の基礎の理解。デジタル設計を始めるにあたり最低限必要な知識の習得

内容:ブール代数から最近のFPGA技術動向まで概観します。

  • ブール代数
  • 組み合わせ回路と順序回路
  • 半導体メモリ
  • PLD
  • 同期回路
  • ハードウエア記述言語と論理合成
  • 集積回路技術
  • CPU
  • FPGAの応用と技術動向

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3日目(7/25) 10:00-16:30 :CMOSプロセス、エレクトロニクス入門

予備知識:電圧、電流、電圧源、電流源、抵抗、コンデンサなどの言葉の意味が理解できること。学部で習う程度の電気回路、半導体物理の知識

期待される効果:CMOS回路設計の初歩的な理解を得ることができ、放射線検出器のフロントエンド回路向けに開発されるASICの中身がどのようになっていて、どんな原理で動いているのかが理解・説明できるようになります。

内容:現在主流となっているCMOSプロセスによるLSI回路設計の基本を学びます。MOSトランジスタの基本特性から始め、基本的な回路構成を解説します。また、放射線検出器用のフロントエンド回路構成、ADCやTDCの仕組みについて紹介します。

以下を閲覧するためにはID/パスワード入力が必要です。


4日目(7/26) 10:00-16:30 :データ収集システム入門

  • データ収集システムの概論 (120 min. - 10:00-12:00) 藤井啓文 (KEK)

    達成目標: データ収集システムソフトウェアとは何か、また、実験における役割やその重要性を知り、システムの選択ができるようになる。

    内容: データ収集システム、特にソフトウェアを中心にその概要を説明する。

    テキスト(受講者対象、ID/パスワード入力が必要です)
  • データ収集システムの実際 ( 60 min. - 13:00-14:00) 味村周平 (大坂大学)

達成目標: 実際のデータ収集システムの例を知ることで、実験規模とそのシステムの関係について理解し、自らが関係するだろう実験ではどのような規模のシステム構築をする必要があるかを考えることができるようになる。

内容: 実際の実験におけるデータ収集システムについて解説する。

テキスト(受講者対象、ID/パスワード入力が必要です)

  • データ収集システムの実装 ( 45 min. - 14:00 - 14:45) 千代浩司 (KEK)

到達目標: DAQ-Middlewareの概要について理解する。DAQ-MiddlewareについてはDAQ-Middleware ホームページも参照。

テキスト(受講者対象、ID/パスワード入力が必要です)

内容: DAQ-Middlewareの概要解説を行う。

  • データ収集システムの開発 ( 90 min. - 15:00 -16:30) 長坂康史 (広島工業大学)

    達成目標: データ収集システムを利用するだけでなくシステム開発の道筋が理解できるようになる。

    内容: データ収集システムを開発するという立場で概観し、必要となる知識とその方法について説明する。

    テキスト(受講者対象、ID/パスワード入力が必要です

 

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5日目(7/27): 10:30-15:30 開発の実際について

予備知識:4日目までの講義を聴いていること

期待される効果:開発の実際がよりわかりやすく且実行に移し易いものになる

内容:過去の装置開発経験者(学生、スタッフ等)に話をしてもらいながら、過去の失敗談も含め話をおこないそれに対し講師がコメント等をいれ実際にどうすればよかったか、皆さんがこれからASICを製作するにあたって注意すべき点、有用な情報等を明らかにしていきます。

  • フロントエンドエレクトロニクス概論 ( 90 min. 10:30 - 12:00 ) 田中真伸/池田博一(KEK)
    フロントエンド回路の定数設定
    フロントエンド回路の雑音解析
  • 休憩(60 min. 12:00 - 13:00)
  • 経験者の方々による体験談(座長:田中真伸) 以下のプログラムは予定ですので変更になることがあります
    • 13:00-13:20 FPGA回路開発 (小嶋 KEK)
      • 資料(ID/パスワード入力が必要です)
    • 13:20-13:40 ソフトウエア開発 (鈴木 KEK)
      • 資料(ID/パスワード入力が必要です)
    • 13:40-14:00 FPGA回路開発(今野 京都大)
      • 資料(ID/パスワード入力が必要です)
    • 14:00-14:20 休憩
    • 14:20-14:40 FPGA回路開発(本多 東北大)
      • 資料(ID/パスワード入力が必要です)
    • 14:40-15:00 PCB開発(戸村 東京大ICRR)
      • 資料(ID/パスワード入力が必要です)
    • 15:00-15:20 ASIC開発(水谷 京都大)
  • 終了

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