カスタムMPPCの光子到来時刻計測システム

概要

MPPCを用いて可視領域の天文観測を行う。1光子が検出できることによる高感度化に加え、既存の天文観測素子（CCD、CMOS）よりも光子到来時刻を高い精度で計測できるため、高速変動天体の観測的研究を飛躍的に進展させる。MPPCのパルス毎にタイムスタンプを付与し、デッドタイムフリーで光子計数を行う。有感セルを独立に読み出す改造をしたMPPCを採用することで、ダークカウントを激減させ、天体観測に使える雑音レベルが実現できている。将来的にはアレイ可して一定の視野を確保した検出器を構成する。

1. DIPパッケージに封入された16チャネルセンサの読み出し用のフロントエンド基板を製作した。バイアス電圧生成と制御用DAC、コンパレータとしきい値設定用のDACのそれぞれが、外部からのSPIによって制御される。しきい値を超えたヒットタイミングパルスをLVCMOSで後段に出力する。

また並行して、この基板の後段に接続するArtix-7評価ボードのHDLを開発した。外付けのGNSS受信モジュールから出力される10 MHzクロックをシステムクロックとして受ける前提の設計になっている。SiTCPによりHVとコンパレータしきい値の設定を行い、GNSSモジュールからのNMEAセンテンスをUARTでレジスタに回収する。前段のフロントエンドから来るヒットパルスに100 nsの分解能でタイムスタンプをつける。DAQ開始後からの相対時刻をピクセル番号とともにイベントデータとして出力する。

メンバー

中森健之, Nakamori Takeshi(代表:山形大学・教授)
佐藤杏樹（山形大学、M2）
佐藤知宙（山形大学、M2）
佐藤凜（山形大学、修了）
大内優雅（山形大学、修了）
荻原理沙（山形大学、修了）
上野一樹（大阪大学）
庄子正剛（KEK）

機能・特徴

高速アンプとコンパレータ、GNSSと連動したタイムスタンプの付与、SiTCPによるデータ転送とスローコントロール

公開予定リソース

公開予定リソースのリストを追加してください。

図・写真等

アンプ・コンパレータ基板