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先端エレクトロニクスDAQセミナー2017/ 総研大講義「計測と制御」

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お知らせ

受講者の方へ向けて案内メールを送りました。受け取っていない方がいましたら事務局まで連絡ください。(7/24 11:57)

募集人数になりましたので参加募集終了しました(7/12 6:54)

旅費支援希望者の方へ:本日(6/27 14:30)選考結果をメールで通知しました。申し込みした方で結果を受け取っていない方は事務局まで連絡ください。

旅費支援受付終了しました。(2017年6月27日 12:00)。

参加申し込み受付開始しました!(2017年6月21日 09:00)


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4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(2016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:制限はありませんが、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(先着順)
  • 日程:2017年7月31日(月)~8月3日(木) (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 4号館1F セミナーホール 
  • 言語:日本語
  • 申込期間:6月21日から7月23日(日):定員に達した時点で募集終了します
  • 参加費:無料
  • 受講申込方法:
    • 募集人数に達したので、参加募集終了しました
    • 単位取得希望者で単位申請済みの方も上の受講申し込みが必要です
  • 旅費支給:
    • 一般の方(総研大生以外)の旅費支給希望者
      • 予算上限に達したので受付終了しました(2017年6月27日)
      • 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。
      • 募集開始後一週間毎に以下を考慮して支給者を決め結果を通知します(6/27に通知予定)
        • 学部生に対しても旅費支給できます。
        • 学部生、大学院修士課程学生、その他の順で優先して支給します。
        • 予算は限りがあるので先着順とします。
    • 総研大生
      • 申し込みフォームの旅費支給希望欄を「希望しない」を選択して参加申し込みを行う。
        • このページからの受講申し込みをしないと受講できませんので、単位申請とは別に受講申し込みをしてください。
      • 受講申し込み後に下へメールを送る
        • 締め切り:7/14(金)17:00
        • 申込み多数の場合は、選考の上、支援者を決定することがあります
        • 申請先:KEK大学院教育係、kyodo2[アットマーク]mail.kek.jp
        • メール件名:計測と制御、旅費について
        • メール内容:所属と旅費を希望する事を明記
  • 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
  • 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を参照してください(受講者のみ閲覧可)。
    • 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
  • 実行委員:池野正弘、潮田みよ子、内田智久、庄子正剛、千代浩司、濱田英太郎(KEKエレクトロニクスシステムグループ)
  • お問合わせは事務局(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. 7月 31日(月) 13:15-18:30 : 開会挨拶、計測システム概要、アナログ回路導入 (受け付け開始12:45)
  2. 8月 1日(火) 9:00-17:30 : アナログ回路基礎
  3. 8月 2日(水) 9:00-18:30 : 集積回路化、アナログデジタル変換、ノイズとASIC開発
  4. 8月 3日(木) 9:00-18:35 : デジタル回路基礎、半導体の放射線影響、閉会挨拶
時間割こちらから 
懇親会はありません(参加費を低く設定できないため)。

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】

  • 7月31日(月)13:15 - 13:20 総合研究大学院大学 高エネルギー加速器科学研究科長 小川雄二郎

【計測システム概要】

  • 講義日:7月31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:
    • 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
    • ハードウエア概要(内田)
    • ソフトウエア概要(長坂)
  • 講義資料
  • レポート課題(単位取得希望者用)

【アナログ回路準備・基礎】 

  • 講義日:7月31日および8月1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:
    • 回路基礎知識準備(初歩的項目の復習) 
    • 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
  • 参考書
    • 谷口研二、LSI設計のためのCMOSアナログ回路入門、CQ出版
  • 講義資料(最終版に更新しました。8/2 9:50)
  • 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:8月2日
  • 講師: 宮原正也(KEK) 
  • 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
  • 参考書
  • 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:8月2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
  • 参考書
    • B.Razavi、アナログCMOS集積回路の設計(基礎編・応用編)、丸善
  • 講義資料
  • レポート課題(単位取得希望者用)
    • 講義資料2ページ目参照

【デジタル技術基礎】 

  • 講義日:8月3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
  • 参考書(事前に読む必要はありませんが、予習するのであれば読みやすいと感じる書籍を選んで読んでください)
    • 内田智久、Open-It FPGAトレーニングコース事前準備資料(ID不要でダウンロードできます)
    • パターソン&ヘネシー、コンピュータの構成と設計、日経BP社
    • ハリス、ディジタル回路設計とコンピュータアーキテクチャ、翔泳社
    • 渡波 郁、CPUの創りかた、毎日コミュニケーションズ
  • 講義資料
  • 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:8月3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
  • 参考書
    • 「原子力教科書 放射線利用」編著:工藤久明、オーム社
      • 9章「半導体等の放射線耐性」
  • 講義資料
  • レポート課題(単位取得希望者用)

 

【閉会挨拶】

  • 8月3日(木)18:30 - 18:35 総合研究大学院大学 高エネルギー加速器科学研究科副研究科長(素粒子原子核専攻・教授)宇野 彰二

 

単位取得希望者の方へ


出欠確認について

出席を評価項目とするために毎日出欠を確認します。毎日出席簿に氏名を記載するよう通知しますので、通知されたら出席簿に氏名を記載してください。

レポート提出について

3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: 8月20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: 出席点と課題点の比率を1:3として評価します。 


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58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。
 

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2人、満足25人、大変満足 13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 3人、分かり易い 29人、とても分かり易い 10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 0人、思わない 1人、思う 26人、とても思う 14人)
Q4. 開催期間中に懇親会があったら参加しますか? (4択:参加したい 26名、成り行きで決めたい 12名、 参加したくない 3名)
Q5. 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(研究室内、Open-It若手の会、hecforum, Open-It, SPring-8, 総研大, PF、その他)の案内を見て 10名
  • 先生・上司に勧められた/紹介された 16名
  • 知人先輩からの紹介 8名
  • Webで知った 2名
  • 総研大の講義(単位取得)だから 1名
  • 回路、DAQシステムの勉強をするため 2名
  • 未回答 2名
 
Q6. 要望または興味を持ったこと:(自由欄)
【要望】
  • 今回の講義内容になかったソフトウェアや通信に関する講義もあればなお良いと思います。
  • 講義の資料をもう少し早めにアップしていただけるとありがたいと感じました。
  • 本格的に研究の始まる前の、もう少し早い時期に開催していただけるとより効果的であるように感じました。
  • 1日の講義の終了時刻についてなのですが、18時30分に終わった場合、食堂が19時までの営業のため夕食がかなりぎりぎりになってしまいます。したがって講義終了時刻については検討していただければと思います。
  • 昼休みについて 施設の外にご飯を食べに行く場合、1時間ではギリギリになってしまう。講義間の休憩をもう少し短くして昼休みの時間を長くしてほしい。
  • 月曜日から木曜日までの4日間の日程に関して、少しハードに感じました。講師の皆様のご都合がよろしければ、5日間の日程でも良いのではないかと思います。(同様の要望、他1名)
  • 授業は自分にはついていくのが大変だった。見学があったらいい息抜きになったかもしれない。
  • 休憩を少し短くしても良いので、もう少し終了時間を早めてほしいです。最終日に見学などを入れて、早めに終わると良いと思います
  • 前提の知識や知って置いてほしいことなどを事前に知らせて置いてもらえるとなお良かったと思う。(同様の要望、他1名)
  • 懇親会を開催してください。ないとかなり交流が難しいです。(同様の要望、他1名)
  • KEKの施設を見学してみたい。(同様の要望、他1名)
 
【その他、感想など】
  • ノイズ、オペアンプについてはきちんと理解しておかないといけないと思った。
  • 雑音のところが理解できなかった。もう少し基礎的なことからやってほしかった。
  • MOSFETアナログ回路について興味を持ちました。DAQにおいて独自でモジュールを作るという選択肢が増えました。
  • 素核にフォーカスされていたので多少とっつきにくいところがありましたが,DAQの一般論などは興味をもちました。私の専門分野では,ほとんどアナログ回路のみしか勉強する機会がなくDAQそのものはなかったのでとても有意義でした。
  • 自分でFPGAをもちいて回路を組んでみるなどしてデジタル回路の技術を身に着けていこうと思いました。
  • 座学後に,回路実習を行いたい
  • 物理系だとあまり講義などでならうことはないと思われる、長坂先生のソフトウェア工学の話は、あまり聞いたことのない話が多く新鮮でした。これまで小規模な開発が多く、現場で場当たり的な対応が多かったので「ソフトウェア工学」「プロセスモデル」「UML」という分野、用語の存在を知れただけで貴重だったと思います。
  • 今後検出器DAQ開発をするにあたり全体的な構成や状況が知れて大変良かった。特にアナログ回路に関しては普段学ぶこともあまりなく、ノイズの話がとても興味深かった。またデジタル回路は今後特に必要となる部分であり、基礎を学ぶことができて良かった。
  • 内容はとてもわかり易く、エレキに携わる学生には大変ためになるものだと感じています。
  • 電子回路の内側の部分をよく理解することができました。
  • 今まであまり計測機器などに触れたことがなかったので内容がとても難しく感じた。
  • プリアンプなどのアナログ回路の動作についてよく分からずに使っていたが、今回のセミナーでアナログ回路の勉強の取っ掛かりができた。
  • ASICの設計に関して興味をひかれました。講義では実例を示しながらの解説があり、理解しやすいと感じた。
  • 電子工作に関しても洋書をあたってみようかと思った。
  • SPICEについて興味を持った
  • FPGAやUSBのファームウェア開発について興味を持ちました。
  • DAQシステムを設計、より良いものを作る方法について
  • 午後のお茶とお菓子の時間が、受講者がなるべく参加してお互いに親睦を深めたり、講師の方と話ができる場(雰囲気)であればよかったと思います。ただの休憩時間になっていたのが少し残念でした。
  • 電気工学の出身だったこともあり、初めの電子回路に関する講義はよい復習となりました。電子回路の知識がほとんどない参加者にとっては、電子回路の基礎から実際のASICなどの回路の解析へステップアップするのには少しギャップが大きかったのではないかと感じます。
  • 社会人にも関わらず講義に参加させていただき、ありがとうございました。
  • 懇親会を開いていただけたほうが、他の参加者と交流するきっかけができよかったと思います。
  • せっかく外部から来てプロフェッショナルの方が教壇に立つ機会ではありましたが、やったことは自分の大学でもできることだったというのは残念。
  • 電子工作もプログラミングと同じで実際に手を動かさないと身につかないものなのかなという印象を持った。
  • 会場が非常に寒かった
  • 近い分野に携わる学生との交流はもちろん刺激になりますし、そうでない学生と関わることのできる機会としても、このセミナーは大変貴重なものであると感じます。ですので、今回は予算の関係でなかったということですが、参加者の交流の場として、懇親会があると嬉しいと感じました。
  • KEKの宿舎が古く埃っぽくて喘息の発作がでそうになった…
  • 4日間で盛りだくさんの内容だと思います。4日間もやるのならいっそのこと5日(即ち1週間)つかって少し余裕を持ってやってもよいかなと思います。
  • 中日にKEKの見学や、excursionできる時間(つくば山のぼるぐらいの時間とか)があってもよいかと思いました。
  • アナログ回路のことについて勉強したいと思い受講しましたが、わかりやすく説明していただいて勉強になりました。
  • 参考文献を提示してくれ、今後の勉強をする上でとても参考になった。参考文献を参照しつつ理解を深めていきたい。
  • 自分の専攻以外の部分に関してすべてではないが理解することができました。今後の研究に生かしていこうと考えています。
  • 基本的なことがわかりやすくまとめられていて面白かった。特にアナログ回路とデジタル回路そのものの話は今後に役立ちそうだと思った。
  • 仕組みをよくわからないまま実験などをしていたので、改めて勉強になりました。
  • DAQに関して直接に接するチャンスがなく、勉強してみても漠然にどこから何を勉強すればいいかわからなかったが、今回のセミナーでスターティングポイントを掴むに役に立った。
  • 内容のわかりやすさ,レベルがまちまちだと感じた


その他

集合写真(IDが必要です)

参加者学年・職

学部生 6名、修士課程学生 37名(M1:24名, M2:13名)、博士課程学生 7名(D1:3名, D2:3名 ,D3:1名)、博士研究員 3名、技術職員(大学研究機関)1名、教員(大学研究機関)2名、企業 2名

参加者所属機関

東京大学 7筑波大学 6茨城大学 4総合研究大学院大学 3お茶の水女子大学 3東京工業大学 3東海大学 3名古屋大学 3名、京都大学 3神戸大学 3岩手大学 2東北大学 2横浜国立大学 2大阪大学 2佐賀大学 2、山形大学 1理化学研究所 1青山学院大学 1信州大学 1大阪府立大学 1岡山大学 1海外 1名、企業 2名