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先端エレクトロニクスDAQセミナー2018/ 総研大講義「計測と制御」

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お知らせ

定員に達したので参加者募集を締め切りました。多くの申し込みありがとうございました。(2018年7月3日 9:00)

旅費支援希望者の方へ結果をお伝えするメールを送りました。参加申し込み時に旅費希望したにもかかわらず結果通知メールを受け取っていない方は事務局まで連絡ください。(2018年6月29日 11:37)

現在の参加申し込み者数は48名(残12名)です。(2018年6月29日 9:00)

予算上限に達したので旅費支援募集終了しました。数多くの応募ありがとうございました。本日午後、応募者に通知・手続き案内メールを送ります(2018年6月29日 9:00)

旅費支援希望者多数のため6/28日までの希望者で一度締め切り、支援者を決定します。追加募集の可能性もありますが早めの申し込みをお願いします。(2018年6月27日 15:21)

参加申し込み受付開始しました!(2018年6月26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(2017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。

  • 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30日(月)~8月3日(金) (開始および終了時刻は時間割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26日(火)から7月22日(日):定員に達した時点で募集終了します
  • 参加費:無料 
  • 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)、KEK大学院教育係
  • お問合わせは事務局(osc-mgrs[アットマーク]ml.post.kek.jp)まで。件名に「DAQセミナー」を含めてください。 


日程

  • 7月 30日(月)9:15-18:05 : 開会挨拶、計測システム概要、ソフトウエア技術、アナログ回路導入 (受け付け開始8:45)
    • 18:20- 懇親会(希望者のみ)
  • 7月 31日(火)9:15-16:50 : アナログ回路基礎
  • 8月 1日(水)9:15-16:50 : アナログデジタル変換、ノイズとASIC開発
  • 8月 2日(木)9:15-15:00 : 集積回路化、デジタル回路基礎
    • 15:25- 施設見学:SuperKEKB + Belle II(希望者のみ)
  • 8月 3日(金)9:15-12:30:デジタル回路基礎
    • 13:25- 施設見学:PF + Linac(希望者のみ)

時間割こちら(PDFファイル) 

 

申し込み 

注意事項を読み手続きを進めてください。

  • 注意事項
    • 参加資格:制限ありません。学生はもちろん社会人も参加できます。
      • 講義内容は物理系学部生・大学院修士課程学生向けに構成されています。
    • 総研大生の方への注意
      • 履修申請に加えてこのページから申し込みが必要です
    • 参加費:無料
    • 総研大単位取得希望者
      • 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」として開催しますので他大学での単位として認定される場合があります。
      • 単位取得希望の方は事前に所属大学事務(学務課等)に総研大の公開講義の単位が認定されるか確認し、その後、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。
      • 履修申請する場合でも本ページからの参加申し込みが必要です。
      • 単位取得のためには全講義の受講と後日レポート提出を行い評価を受ける必要があります。
    • 旅費支給
      • 予算上限に達したので、旅費支援募集終了しました。(2018年6月29日 9:00)
      • 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。
        • 共同利用支援システムからの旅費申請は指示されるまで行わないでください。
      • 一定期間毎に以下を考慮して支給者を決め結果を通知します(最初の結果は6/29通知予定)
      • 学部生に対しても旅費支給できます。
      • 予算に限りがあるため、先着順かつ、学部生、大学院修士課程学生、その他の順に優先して支給し、予算上限に達した時点で募集終了します。
      • 旅費はKEK旅費規定に従って支給されます。
        • 規定についての詳細はKEKユーザーズオフィス(http://www2.kek.jp/usersoffice/)に問い合わせてください。
    • KEKつくばキャンパス宿舎:
      • KEKつくばキャンパスの宿舎を利用する方は以下を読み各自申し込みをしてください。
      • 首都圏から参加する方も利用できます。
      • 宿舎についての情報は(http://www2.kek.jp/uskek/visiting/dormitory.html)をご覧ください
      • KEK宿舎の手続き手順
        • 総研大生と一般(総研大生でない方)で手続き方法が異なります。
        • 総研大生
          •  最初に受講申請する事。受講申請する前は宿舎予約できません
          • 下のページの手順に従い手続きを進めてください。
          • 手続説明のページはここから
        • 一般(総研大旅費利用承認者以外)
          • 最初に受講申請する事。受講申請する前は宿舎予約できません。
          • 下のページの手順に従い手続きを進めてください。
          • 手続説明のページはここから
          • 旅費申請は結果通知メールが届いた後に申請してください。
    • 開催期間中の無線LAN利用
      • 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。接続方法などは後日連絡します。
      • 端末との相性により接続できない事もあるので注意してください。確実にネットワークに接続したい方は別途各自で用意してください。
    • 施設見学
      • 8/2(木)と8/3(金)に施設見学を予定しています。
        • 8/2(木)15:25 - 17:30、Super KEKB加速器およびB-factory実験施設
        • 8/3(金)13:25 - 15:30、LinacおよびPF施設
      • 参加を希望する方は申込時に参加希望日毎に「施設見学に参加する」を選択してください
      • 当日申し込みによる参加はできません放射線管理区域に入るために事前手続きが必要なため)。
      • 参加者は開始時間までにセミナー会場(4号館セミナーホール)に集合してください。
    • 懇親会
      • 初日7/30(月)18:20から懇親会を会場と同じ建物内の4号館3階輪講室1(345)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。

 

 募集定員に達したので参加申し込みは終了しました。(2018年7月4日 9:00)

 

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後日受講者に配布する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。
【注意】KEKつくばキャンパス停電のため8/3(金)15:00から8/6(月)10:00頃までWebページ閲覧や資料ダウンロードができませんので注意してください。
 

【開会挨拶】

  • 7月30日(月)9:15 - 9:20 高エネルギー加速器研究機構 理事 岡田安弘

 

【計測システム概要】

  • 講義日:7月30日(月)
  • 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
    • システム概要
    • ハードウエア概要
    • ソフトウエア概要
  • レポート課題(単位取得希望者用)
    • システム概要

 

【ソフトウエア技術】

  • 講義日:7月30日(月)
  • 講師:長坂康史(広島工業大学)
  • 概要:物理実験計測で用いられるソフトウエア技術を概説する。
  • 内容:
    • データ収集システムの設計(モデリング)
      • モデリング言語 UML (Unified Modeling Language) の概要
      • UML を用いたシステム設計
    • データ収集システムの実装1(ネットワーク技術)
      • TCP/IPプロトコルの概要
      • コンピュータのアドレス
      • ネットワークユーティリティ
    • データ収集システムの実装2(ネットワークプログラミング)
      • ソケット通信の概要
      • ネットワークプログラミング(クライアント)
      • ネットワークプログラミング(サーバ)
    • データ収集システムの実装3(DAQシステムフレームワーク)
      • DAQ-Middleware の概要
  • 講義資料
    • データ収集システムの設計
    • データ収集システムの実装1
    • データ収集システムの実装2
    • データ収集システムの実装3
  • レポート課題(単位取得希望者用)
    •  ソフトウエア技術

 

【アナログ回路準備・基礎】 

  • 講義日:7月30日(月)および31日(火)
  • 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)
    • アナログ回路準備
    • アナログ回路基礎1
    • アナログ回路基礎2
  • レポート課題(単位取得希望者用)
    • アナログ回路基礎

 

【アナログ・デジタル変換技術】 

  • 講義日:8月1日(水)および2日(木)
  • 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
    • アナログデジタル変換技術
  • 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

 

【ノイズとASIC開発】 

  • 講義日:8月1日(水)
  • 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
    • 雑音の解析的取り扱い
    • 解析的な手法からSPICEによる評価手法へ
    • 雑音の測定・時間計測と雑音
    • フロントエンド回路の設計事例
    • 低雑音化に向けた設計技術
  • 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
    • ノイズとASIC開発
  • レポート課題(単位取得希望者用)
    • ノイズとASIC開発(講義資料に掲載)

 

【デジタル技術基礎】 

  • 講義日:8月2日(木)および3日(金)
  • 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
    • デジタル技術基礎1
    • デジタル技術基礎2
    • デジタル技術基礎3
    • デジタル技術基礎4
  • レポート課題(単位取得希望者用)
    • デジタル技術基礎

 

【閉会挨拶】

  • 8月3日(金)12:25 - 12:30 総合研究大学院大学 高エネルギー加速器科学研究科 研究科長(KEK物質構造科学研究所・教授)神山 崇

 

単位取得希望者の方へ


出欠確認について

受講姿勢評価のために毎日出欠を確認します。会場で出席簿に氏名を記載するよう通知しますので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、閲覧には別途連絡する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19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: 受講姿勢と課題点の比率を2:3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)