MPPC-TDC-SiTCP

 メンバー
  • 小嶋健児 (代表：IMSS KEK)
  • 幸田章宏（IMSS KEK)
  • 李　華 (IMSS KEK)
  • 神田聡太郎（東大院・理研・IPNS KEK）
  • 平石雅俊 (IMSS KEK)
  • 竹下聡史 (IMSS KEK)
  • 岡部博孝 (IMSS KEK)
  • 門野良典（IMSS KEK）
  • 鈴木　聡（CRC KEK）
  • 庄子正剛 (IPNS KEK)
  • 村上　武 (IPNS KEK)
  • 池野正弘 (IPNS KEK)
  • 齊藤正俊 (IPNS KEK)
  • 内田智久 (IPNS KEK)
  • 仲吉一男 (IPNS KEK)
  • 田中真伸 (IPNS KEK)

Users

  • 藤牧拓郎（山梨大院）
  • 佐藤　朗（阪大院）
  • 友野　大（阪大RCNP）
  • 岡田信二（理研）
  • 佐藤将春（理研）
  • 馬　越（理研）
  • 石田武和（大阪府立大）
  • 宍戸寛明（大阪府立大）
  • Glen Marshall（TRIUMF）

OB

  • 松本侑樹（阪大院→　）
  • 宮崎正範 (IMSS KEK→室蘭工大)
  • 山内一宏 (IMSS KEK→佐賀大)
  • 高橋義知（IMSS KEK→VIC)

 

概要

ミュオン崩壊で生じる電子・陽電子をプラスチックシンチレータで検出し、その時間情報をPCで直接取り込める形に成形し出力する、高密度一体型検出器（Kalliope）の開発。Kalliope=KEK Advanced Linear and Logic-board Integrated Optical detectors for Positron and Electron。

オリジナルのPulse-mode版はJ-PARC/MLFのミュオン施設での利用を目的とし、32channel/board・1000hit/channel のメモリ付き、1ns時間分解能で最大65μs(65536ns=2Byte長)の固定時間窓のマルチヒットTDCである。

KalliopeのデジタルボードをNIMモジュール化した32ch汎用デジタルNIMモジュール(NIM-TDC-SiTCP)に発展した。

また、連続ビームミュオン施設のみならず、あらゆる時間構造でのKalliopeTDC利用を視野にDC-modeのファームウェアとDAQを開発した。

機能・特徴

Kalliope : プラスチックシンチレータ(PSc)の発光を、それに埋め込んだ光ファイバー(WLS)で集め、マルチピクセル型アバランシェ光ダイオード（MPPC)で電気信号に変換する。アンプと波高分別器を組み込んだASIC(Volume2012/2014)でデジタルパルスに成形し、時間デジタル変換器(TDC)とマルチヒット保持用メモリを組み込んだFPGAで時間情報をSiTCP TCPパケットに成形して、光イーサネットでPCに送る。パラメータ設定はSiTCP UDPスローコントロールパケットで行う。

公開リソース

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • VOLUME2012系アナログボードパラメータ決定テストベンチ（LabVIEWマクロ。Keithley 2700デジタルマルチメータが必要。）
    • LabVIEWマクロ（LabVIEW version 4 or higher)

 

  • Kalliope Tune Threshold/Bias DAC autotuning program for Volume 2012 and 2014
    • Python code

 

  • 打合せ資料
    • 2012.02.15@208: ASIC version 2012作戦会議（田中／小嶋）

 

図・写真等

Kalliope v2.1 installed model for D1/S1 spectrometer

 

 KalliopeV2.1Photo.jpg

AnalogBoard v4 (Volume2012)とDigitalBoard v3を各２枚ずつで組んだ1検出器ユニット。後にアナログボードをv5 (Volume2014)にアップグレードして、Kalliope v4.1になった。

 D1Detector.jpg

D1/S1分光器にインストールした下流側20台(10ユニット)のKalliope v2.1。S1分光器は2016.06にKalliope v4.1にアップグレード。

Kalliope v1.1 installed model for DΩ-1 spectrometer

 

Kalliopev1.1top.jpg

Kalliopev1.1side.jpg

Kalliopev1.1bottom.jpg

 AnalogBoard v3とDigitalBoard v2で組んだ1検出器ユニット。

 KalliopeOnDOmega1.jpg

DΩ-1上流部にインストールされた6台のKalliope v1.1

Kalliope v1.0 prototype

  
Kalliopev1.0.jpg  

 

アナログボード v5 (VOLUME-2014)

GN1579.jpg

GN-1579-1: ASICをVOLUME-2014に変更。

Voltage AmpからPole-Zero-Cancellationに回路変更。

ボード形状と電源電圧は互換。電流は200mAクラスと、GN-1186-4の３倍以上要求する。DACパラメータには互換性がない。

 

 

 

アナログボード v4 (VOLUME-2012)

GN1186-4.jpg

GN-1186-4: ASICをVOLUME-2012に変更。

ボード形状は互換。DACパラメータに互換性がない。

D1/S1汎用分光器に各40台インストールし、

5T高磁場分光器にはKELコネクタ版(GN-1372-1)を

94台インストールした。

デジタルボード v3

GN1078-3.png 

GN-1078-3: v2と穴の位置だけが違う。アナログボードにあわせて73mm間隔。

 アナログボード v3 (VOLUME-2011) 

GN1186-3.jpg 

GN-1186-3: VOLUME-2011モデル最終版

DΩ-1μSR分光器へ12台インストールされた。

デジタルボード v2

GN1178-2.jpg

GN-1078-2 (BBT-X027-2): 電源コネクタが集合コネクタのタイプ。

DΩ-1μSR分光器へ12台インストールされた。

 

 MPPCフロントエンド基板（アナログボード v1）

uSRAnalog16x21.jpg

GN-1186-1: 最初のモデル。

ASICには16ch Vx10Amp (VOLUME-2011)使用。

16chVx10Amp.jpg

  読み出し基板（デジタルボード v1）

uSRDigital.jpg

GN-1078-1(BBT-X027-1): 電源コネクタが独立ピンのタイプ。

FPGAはSpartan-6 LX100T

DAQプログラム（MacOSX）スクリーンショット

DAQ.png

リンク

KEK ミュオン科学研究施設

KEKハイライト記事（2013.01.24）

発表論文リスト
  1. 幸田章宏、小嶋健児、門野良典、宮崎正範、平石雅俊、田中真伸、池野正弘、内田智久、斉藤正俊、鈴木-山形聡、竹下聡史、"MPPCを用いたμSR検出器の開発" 2010年　日本物理学会秋季分科会（領域10）24aWZ-3
  2. 村上武、幸田章宏、小嶋健児、門野良典、鈴木聡、池野正弘、内田智久、田中真伸、斉藤正俊、宮崎正範、平石雅俊、”J-PARC MUSEのMPPC読み出しシステム開発”　2011年　日本物理学会秋季分科会（領域10）22pJA-12
  3. 小嶋健児、幸田章宏、鈴木　聡、門野良典、宮崎正範、平石雅俊、村上武、斉藤正俊、池野正弘、内田智久、田中真伸、”μSR用MPPCボードの開発”　第4回「Muon科学と加速器研究」RCNP 2012年1月10〜12日　発表資料：pdf
  4. 小嶋健児、幸田章宏、鈴木　聡、門野良典、宮崎正範、平石雅俊、村上武、斉藤正俊、池野正弘、内田智久、田中真伸、”μSR用新型検出器開発”　第３回MLFシンポジウム　東海 2012年1月19〜20日　発表ポスター：pdf
  5. K.M. Kojima "μSR Spectrometer upgrade at J-PARC/MUSE" Muon Science Advisory Committee (MuSAC) 2012, Feb. 17-18, Tokai bldg1-324. pdf