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先端エレクトロニクスDAQセミナー

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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 Prgrammable 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 IntegratedCircuit)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:30人程度

    受講決定者には後ほどメールで情報をお知らせいたします。

  • 日程:2011年7月25日(月)~7月29日(金)10:00-17:00 (ただし初日と最終日は時間の予定が変更になる可能性があります)
  • 場所:高エネルギー加速器研究機構(KEK) 小林ホール(変更されましたのでご注意ください)
  • 申込方法:申込ページで必要事項を記入し申し込んでください。(申込の受け付けは終了しました)
  • 申込:5月25日(開始)〜6月30日(締切)(宿舎が必要な方は早めに申し込んでください)
  • 旅費:必要な方は要相談、こちら
  • 主催:Open-It(オープンソースコンソシアム)
  • 後援:KEK加速科学総合支援事業
  • 講師:池田博一(JAXA)、内田智久(KEK)、 房安貴弘(長崎総合科学大学)、藤井啓文(KEK)、 長坂康史(広島工業大学)、千代浩司(KEK)、 大下英敏(KEK)、田中真伸(KEK)
  • お問合わせはこちらまで

日程

  1. 7月25日:初心者用計測システム入門(1日)講師 田中真伸 (開始時間:10時〜)
  2. 7月26日:CMOSプロセス、エレクトロニクス入門(1日)講師 房安貴弘(開始時間:10時〜)
  3. 7月27日:デジタル回路、FPGA入門(1日)講師 内田智久(開始時間:10時〜)
  4. 7月28日:データ収集システム入門(1日) 講師 長坂康史、千代浩司、藤井啓文、大下英敏(開始時間:10時〜)
  5. 7月29日:ASIC製作、FPGA製作の実際 座長及び講師 池田博一、及び過去の受講者の方々(開始時間:10時30分〜)

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

1日目(7/25):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。

2日目(7/26):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。

3日目(7/27):FPGA、デジタル回路入門

予備知識:以下の事を理解している事。 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

期待される効果:デジタル回路の特徴の理解。 簡単な回路動作が理解できるようになる。 回路学習を自習できるようになる。

内容:デジタル信号はアナログ信号と異なり一つの信号線で2値しか表現できません。しかしデジタル回路の長所により様々な電気製品がデジタル化されています。何故デジタル化されるのか、そこから講義を始めます。その後にデジタル回路の動作解説を感覚的に説明します。教科書などに書かれている真理値表を示すだけで動作解説を終わらせず、ゲート動作の気持ちを伝えることを目指します。

4日目(7/28):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)
  • 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。

  • データ収集システムの実際 ( 45 min. - 13:00-13:45)

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。

  • データ収集システムの開発 ( 90 min. - 14:00 -15:30)
  • 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。

  • データ収集システムの実装 ( 45 min. - 15:45 - 16:30)
  • 達成目標: DAQ-Middlewareの概要について理解する。DAQ-Middlewareについては DAQ-Middleware home page も参照。

    内容: DAQ-Middlewareの概要解説を行う。

5日目(7/29):ASIC製作の実際について

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:ASIC製作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ASIC製作経験者(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 ) 池田博一(JAXA)
    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
    フロントエンド回路における大信号の取り扱い
  • 休憩(60 min. 12:00 - 13:00)
  • 以下集積回路製作の実際(座長:池田博一)
  • ワイドダイナミックレンジアンプ( 30min. 13:00 - 13:30 ) 片寄祐作(横浜国大)
  • 波形記録回路とウィルキンソンADC( 30min. 13:30 - 14:00 ) 阿部利徳・王佳寅(東大)
  • トランジスタの低温測定とTPC-FE( 30min. 14:00 - 14:30 ) 高木雄太(横浜国大)
  • カロリーメータ用ASIC(ASICトレーニングコースと今後)( 14:30 - 15:00 ) 林真一(東大)
  • 休憩(10min. 15:00 - 15:10 )
  • ADCデザインの勘所 (15:10 - 15:40 ) 房安貴弘(長崎総合科学大学)
  • BiCMOS ASIC デザインの勘所 ( 15:40 - 16:10 ) 島崎昇一(KEK)
  • 終了
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