現在位置: ホーム 教育・連携 2016 先端エレクトロニクスDAQセミナー 先端エレクトロニクスDAQセミナー2016/ 総研大講義「計測と制御」

先端エレクトロニクスDAQセミナー2016/ 総研大講義「計測と制御」

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事前申し込み締め切りました。申し込んでいない方で参加ご希望の方は当日直接会場までお越しください。(2016年8月29日 8:37)

旅費予算上限に達したので旅費支援募集終了しました(2016年7月29日 8:47)

参加申し込み受付開始しました!(2016年7月25日 9:00)

目的・趣旨

理学実験系修士課程学生を主な対象に実験・観測システムに用いられるエレクトロニクス技術の基礎を習得するためのセミナーです。主な対象を修士課程学生としていますが、どなたでも参加する事ができます。

高品質の実験・観測データを得るためには計測装置に関する知識が必要不可欠ですが、研究の専門化が進むことで専門外の計測装置技術について学ぶ機会が減っています。現在の実験・観測で用いられる装置には高度なエレクトロニクス技術が採用され、その技術は年々高度になっています。そこで、計測装置に用いられているエレクトニクス技術の基礎を習得する技術セミナーを企画しました。それぞれの専門分野の講師の講義により検出器(センサー)信号処理からASIC技術, FPGA技術, 計算機でのデータ処理までの基礎を5日間で学ぶことができる内容です。

エレクトロニクス技術に興味を持つ若手の方やこれから実験・観測を始める多くの方々の参加をお願いいたします。

昨年(2015年)のWebページはこちら


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

講義内容はエレクトロニクス技術について学んだことがない物理系修士課程学生を対象に行います。半導体物性など物理系学生が学部で学ぶ内容を既知としていますが、他の事は仮定していませんので他の専攻の方も問題なく受講可能です。

実験・観測対象が変わると計測システムも変わりますが、その骨格をなす基礎技術や概念は同じです。加速器科学・天文・生物など広い分野の方々にも違和感なく学んでいただける内容です。

本セミナーは総合研究大学院大学の公開講義「計測と制御」として開催します。単位取得を希望する総研大生は事前に手続きをお願いします。単位取得のためには全講義の受講とレポート提出が必要です。本講義は他大学開放となっておりますので他大学での単位取得が可能な場合があります。総研大の公開講義の単位を認めてもらえるかどうかを事前に所属大学事務(学務課等)に確認し、所属大学を通じて特別聴講学生として履修申請を行ってください。

  • 対象者:制限していませんが、物理系学部生・大学院修士課程学生を想定した講義内容に設定しています。
  • 募集人数:60人
  • 日程:2016年9月5日(月)~9月9日(金) (開始および終了時刻は各講義の詳細を参照してください)
  • 場所:高エネルギー加速器研究機構 つくばキャンパス 小林ホール (研究本館1階)
  • 言語:日本語
  • 申込期間:7月25日から8月28日(日)
  • 参加費:無料
  • 受講申込方法:
    • 事前参加参加申し終了しました。当日参加もできますので直接会場へお越しください。
  • 旅費支給:
    • 総研大旅費利用承認済の方
      • 申請不要です。申し込みフォームの旅費支給希望欄は「希望しない」で申し込みしてください。
    • 一般の方(総研大旅費利用承認済み以外)の旅費支給希望者
      • 予算上限に達したので旅費支援募集終了しました(2016/7/29 8:47)。
      • 申込フォームの旅費支給希望欄「希望する」を選択して申し込みしてください。但し、予算は限りがあるので先着順とします。支給希望者には申し込み後に別途支給の可不可をメールで連絡します。
        • 本年度から学部生に対しても旅費支給できるようになりました
        • 学部生、大学院修士課程学生、その他の順で優先します
        • 旅費手続き手順は結果通知メールでお知らせします。
  • 宿舎:
    • KEKつくばキャンパスの宿舎を利用する事ができます(関東圏から参加する方も宿舎を利用することができます)。
    • 宿舎についての情報はこちらをご覧ください
    • KEK宿舎の手続き手順
      • 一般(総研大旅費利用承認者以外)はこちら
      • 総研大旅費利用承認者はこちら
  • 懇親会
    • 開催2日目の9/6(火)18:30から懇親会を会場前のホワイエで開催予定です。
    • 参加費は学生1,000円、学生以外3,000円を予定しています。
    • 参加を希望する方は申込時に「懇親会に参加する」を選択してください。
  • 開催期間中の無線LAN利用
    • ゲスト用無線LANの接続方法はこちらから(閲覧にはID・パスワードが必要です)。
    • ゲスト用無線LANはKEK宿舎などKEK各施設内で利用できます。
    • 端末との相性により接続できない事もあるので確実にネットワークに接続したい方は各自別途用意してください。
  • 主催:Open-It、総合研究大学院大学
  • 後援:KEK加速器科学総合支援事業、KEKエレクトロニクスシステムグループ
  • お問合わせはosc-mgrs[アットマーク]ml.post.kek.jpまで。問い合わせをする場合は件名に「DAQセミナー」を含めてください。

 


日程

  1. 9月 5日(月) 13:30-18:00 : 開会挨拶、計測システム概要、アナログ回路基礎 (受け付け開始13:00)
  2. 9月 6日(火) 10:00-18:00 : アナログ回路基礎、集積回路化、アナログデジタル変換(18:30- 懇親会 希望者のみ)
  3. 9月 7日(水) 10:00-18:00 : ノイズとASIC開発、デジタル回路基礎
  4. 9月 8日(木) 10:00-18:00 : デジタル回路基礎、半導体の放射線影響、データ収集ソフトウエア技術
  5. 9月 9日(金) 10:00-12:30 : ネットワーク技術、閉会挨拶

時間割はこちらから 

講義内容 


各講義時間の詳細については「日程」の時間割を参照してください。

資料等を閲覧するためには受講者に配布するIDが必要です。講義資料は変更される可能性が高いので講義後に最終版をダウンロードしてください。

【開会挨拶】

  • 9月5日(月)13:30 - 13:40
  • 宇野彰二(総合研究大学院大学 高エネルギー加速器研究科副科長)

【計測システム概要】

  • 講義日:9月5日
  • 講師:長坂康史(広島工業大学)、内田智久(Open-It / KEKエレクトロニクスシステムグループ)
  • 概要:導入として物理実験計測で用いられる計測システムを概説する。
  • 内容:
    • 全体概要(内田)
    • システム概要(長坂)
      • 実例をまじえたデータ収集システムの概観
      • データ収集システムの役割
      • データ収集システムの設計
      • 現実世界におけるシステム開発に起因する制約
      • 記録すべきもの
      • 記録媒体、記録方法の選定
  • 講義資料
  • レポート課題(単位取得希望者用)

【アナログ回路基礎】 

  • 講義日:9月5日および6日
  • 講師:房安貴弘(佐賀大学)
  • 概要:検出器やセンサーが出力するアナログ信号を処理する電子回路について概説する。
  • 内容:
    •  トランジスタの基礎
    • MOSFETによる増幅回路
    • オペアンプとコンパレータ
    • 放射線検出器用回路
  • 講義資料
  • レポート課題(単位取得希望者用)

【アナログ・デジタル変換技術】 

  • 講義日:9月6日
  • 講師: 宮原正也(東京工業大学) 
  • 概要: 現代の計測システムはコンピュータでデータ解析する為、検出器が出力するアナログ信号をデジタル信号へ変換する必要がある。本講義でアナログ信号をデジタル信号へ変換する回路技術を概説する。
  • 内容:
    •  ADCの基本機能
      • 量子化(ビット数、サンプリングレート、参照電圧等)
      • サンプリング定理
    • ADCの性能表現
    • ADCの主要な変換方法
      • 変換アーキテクチャの概要とトレンド
    • 性能とアプリケーションの関係
    • ADCの設計例
    • 最近の研究紹介
  • 講義資料
  • レポート課題(単位取得希望者用)

【ノイズとASIC開発】 

  • 講義日:9月7日
  • 講師: 池田博一(JAXA ISAS / 総研大)
  • 概要: より良い測定データを取得するためには可能な限りノイズを削減し検出器やセンサーが出力する信号がノイズに汚染されれないようにしなければいけない。検出器信号を処理する回路が出力するノイズが生成される原因やノイズの伝搬、実際のASICで回路がどのように実装されているのかを概説する。
  • 内容:
    •  センサーの等価回路
    • 雑音源
    • フロントエンド回路の役割
    • プレアンプ回路
    • 整形増幅器
    • 雑音の評価方法
    • フロントエンド回路の設計例
  • 講義資料
  • レポート課題(単位取得希望者用)

【デジタル技術基礎】 

  • 講義日:9月7日および8日
  • 講師: 内田智久(Open-It / KEKエレクトロニクスシステムグループ)
  • 概要: 微細化技術の発展により電子回路の集積化が進んだ結果、計測システム内でデジタル回路が使われる範囲は拡大している。デジタル回路とデータ伝送の基礎を概説する。
  • 内容:
    • デジタル技術概要
    • 計測システムとデジタル技術
    • 実装技術
    • デジタル回路入門
    • デジタル・データ通信
    • FPGA入門
  • 講義資料(9/8更新)
  • レポート課題(単位取得希望者用)

【半導体の放射線影響 】 

  • 講義日:9月8日
  • 講師: 小野田忍(量研機構/高崎研)
  • 概要: 半導体素子の微細化などにより日常使用する機器でも放射線影響が無視できなくなっている。本講義では放射線が半導体回路に与える影響をトランジスタ・レベルで何が起きているかを概説する。
  • 内容:
    • 放射線環境
    • 放射線影響の種類
      • トータルドーズ効果
      • はじき出し損傷効果
      • シングルイベント効果
    • ガンマ線の放射線影響
    • 電子・陽子線の放射線影響
    • イオン・中性子の放射線影響
    • 最近の研究紹介
  • 講義資料

【ソフトウエア技術】 

  • 講義日:9月8日
  • 講師: 千代浩司(KEKエレクトロニクスシステムグループ)
  • 概要: データ収集、データ処理など計算機は計測システムに必要不可欠な存在である。計算機の動作を決めるソフトウエア技術について概説する。
  • 内容:
    • データ収集システムの実装
    • 実験装置からのデータの読み取り方法(PC上のバス、ネットワークなど)
    • PC上でのデータの内部表現
    • データの記録方法(内部表現(バイナリ)のまま記録、テキストになおして記録)
    • システムの制御(スタート、ストップ、ポーズ、レジューム)
    • 状態(停止状態、走行状態、一時停止状態)および状態遷移
    • 状態遷移のための入力インターフェイス
    • データ収集が正常に遂行されているかどうか判断できるようにするためのモニターシステム
    • 多チャンネルの読みだし方法
  • 講義資料
  • レポート課題(単位取得希望者用)

【通信ネットワーク技術】 

  • 講義日:9月9日
  • 講師: 千代浩司(KEKエレクトロニクスシステムグループ)
  • 概要: 現代の計測システムは高い汎用性を持つ高速ネットワーク技術を多用している。本講義ではインターネットの普及により発展したTCP/IPを中心にネットワーク通信について概説する。
  • 内容:
    • 通信プロトコル
    • 通信プロトコル・アーキテクチャ
    • インターネット層とトランスポート層
    • ソケット通信
    • インターネットの標準
  • 講義資料
  • レポート課題(単位取得希望者用)

【閉会挨拶】

  • 9月9日(金)12:20 - 12:30
  • 田中真伸(KEKエレクトロニクスシステムグループ・グループリーダー)

 

単位取得希望者の方へ


レポート提出について

4つの課題を選択してレポートを提出してください。 (課題内容は各講義終了後にWebに掲載します、閲覧には別途告知するIDが必要です)。

各講義毎に課題があります。選択した課題のみ提出してください。課題が複数の小問で構成されている場合は全ての小問を提出して一つの課題です。課題毎にファイルを分けてください

レポートは電子ファイルとして提出してください。手書きのレポートをスキャンしたファイルも可

以下の提出先へメールで送ってください。

  • 宛先: osc-mgrs[アットマーク]ml.post.kek.jp
  • 件名: 計測と制御レポート
  • 提出期限: 9月18日(日)

不明な点などがある場合も上記宛先まで問い合わせてください。

補足: 出席点と課題点は1:4とします。 


アンケート

参加者の皆さん下のアンケートにご協力ください。

アンケートはこちらから(IDが必要です)

アンケート結果:回答数41/参加者47名

参加者の皆様、アンケートにご協力いただきありがとうございました。
来年は以下を検討改善する予定です。
  • 開催時期を7月下旬へ移動
    • 9月は学会などを含めて行事が多いので7月下旬に開催する
  • 休憩を長くする、1コマの時間を変更する可能性あり
    • 1コマ120分でも良いから休憩を長くしたほうが良いとの意見があったので、短くすることも含めて検討する
  • 実習については担当の先生と相談する。
    • 例えば、全員参加を前提ではなく、興味ある人に予め必要なソフトウエアをインストールしてもらい、講義を受けながら試せるようにするなど検討する

以下回答内容のまとめ

Q1. 講義全体の満足度(4択:不満足 1人、普通 3人、満足28人、大変満足 9人)
Q2. 説明は分かり易かったですか?(4択:とても分かり難い 0人、分かり難い 7人、分かり易い 29人、とても分かり易い 5人)
Q3. 後輩に勧めたいと思いますか?(4択:まったく思わない 1人、思わない 1人、思う 28人、とても思う 11人)
Q4. 参加した経緯を教えてください(自由欄)
  • メーリングリスト(Open-It若手の会、hecforum, Open-It, SPring-8, 総研大)の案内を見て 7名
  • 研究室内メーリングリストの案内を見て 3名
  • 先生に勧められた/紹介された 13名
  • 知人先輩からの紹介 2名
  • Webで知った 2名
  • 単位取得のため 1名
  • FPGA等を使う予定があるので 2名
  • スキルアップのきっかけになると思った 2名
  • DAQに興味があったから 2名
  • 自分の研究テーマと被っていたため 1名
 
Q5. 要望または興味を持ったこと:(自由欄)
【要望】
  • 休憩を伸ばして欲しい。特にコーヒー休憩は20分くらいにして欲しい。 他10名 
  • ソフトウエアなどでは実習を入れてほしかった。 他4名
  • 概要は予習教材としてあれば十分なようにも思えました
  • 講義資料の配布、参考文献の紹介、ツール(ソフトウェア)の紹介は復習や今後理解を深めていく上でとても参考になりますのでぜひとも来年度以降も参考文献の紹介等を行ってください。
  • 高エネルギー加速器セミナーと時期が重なってしまいました。難しいかもしれませんが、来年度以降は時期をずらして頂けますと、両方を聴講したい
  • 講義時間外でもできる演習問題や、役に立つ資料などがもっと掲示されていると良かったと思います。
  • 近年のトレンドを押さえて欲しかった
  • 名札のサイズが大きかったので小さくしてほしい
  • 講義内容の難易度に各先生方で差を感じたので揃えてほしい
  • 個人的ではあるが、FPGAに関してもう少し時間を増やしてほしい
  • 全般的に前提知識がなくても十分理解できる内容だったと思うが、前提とする知識をあらかじめ提示していただけると助かる。
  • 講義を聴く前に最低限ここまで知っていて欲しい、この本・資料に目を通していると講義をよく理解できるといった情報が欲しかった。
  • もう少し早くテキストをアップしてもらえたら良かった。
  • 前提知識が少なかったので細かい話は理解できませんでした。over viewをもう少し増やしで欲しいです
 
【その他、感想など】
  • 導入を話していただきよかったのですが、もう少し具体例などがあればもっと理解が深まったかと思います。
  • セミナーの本来の趣旨は物理学者を目指す学生の教育のためであるとは思いますが各大学の技術職員の目にも触れるような形で開催をアナウンスされれば受講生の多様性も数も共に増加するのではないかと思います。
  • 全部を理解するのは難しいと感じましたが、少なくともその分野の話題に乗れていけるようになったので非常にためになった。
  • ソケットプログラミングやTCP/IPなど必要に迫られて勉強しなければならなかったのですが、一部理解の助けになりました。"
  • 実物で小さいdesign実験を試し、初心者として印象的にするがいいと思います。
  • 宇宙太陽電池の話がとても興味深かった。
  • 回路を始めたのは今年からなので今回色々細かいことを教えていただけてよかったです。
  • 池田先生のお話を聞いて、ノイズについて数式で計算して理解しようと思いました。
  • FPGAなど検出器全体の話がなんとなくわかってよかったです。
  • 全体的に難しくて理解できなかったのですが勉強になりました。
  • アナログ回路基礎の講義は大変丁寧で、ものすごく勉強になりました。また、とても興味が湧きました。
  • アナログ回路、AD変換、デジタル回路と一通り説明してもらえてとても良かったからこのまま続けて欲しいと思った。
  • ノイズの講義のレベルが少し高かった感じがする。
  • 質問も丁寧に答えていただきありがたかった。
  • 基本的に面白い話が多かったので、120分でも良いと思った。
  • 今までエレクトロニクスについては一切学んだことがなかったが、今回のセミナーを聞いて一通り概要をつかみ、自分で勉強できる状態になり、エレクトロニクス技術にかなり興味を持った。
  • 全般的に充実の内容だったが,デジタル回路・FPGA関連の講義が特に興味深かった。後輩にも勧めようと思います。
  • まったく学んだことのない内容でしたので難しいところもありましたが,大変よかったと思います。
  • 実際に使ってみたい
  • 最先端の技術の紹介は聞いていて面白かった、アナログ回路についてはつめこみ過ぎの感じがしたが、逆に十分に理解できなかった部分は後で勉強したいと思った。
  • 電子工学の出身者が聞くととても有意義な内容だと思った。一緒に理学系の出身者も受講したが難しすぎたようだ。
  • アナログ回路で、素子レベルからの特性を考慮して使用する方法に興味が湧いた。素子レベルを熟知している先生から聞く内容と、大学の授業で聞く内容は全く異なり、今回の内容は素子レベルから動作がイメージでき、色々な回路を見て理解したいと感じた。
  • アンケートの項目,もう少したくさんあってもみんな書いてくれると思います
  • 授業では,検出器から解析まで全て自分の手で作るという原理原則を強く学び,その知識を有していることの価値を強く実感しました.大変勉強になりました.また機会があれば是非,勉強に来たいです.
  • アナログ、デジタル回路の基礎のあたりが特に興味を持つことができ自分でも勉強して理解できるようになりたいと思えた。
  • 難易度は少し高かったが、その分有意義な受講であった。来年度も参加し、受講できなかった部分や、受講できたが内容を理解しきれなかった部分を受講したい。

  


その他

集合写真(IDが必要です)

総研大関連情報

  • 参加者数 46名(学生40名+その他6名)
    • 総研大生 7名(高エネルギー加速器科学研究科 6名 + 核融合科学専攻 1名)
    • 単位取得希望者数
      • 総研大生 7名
      • 他大学 2名