高輝度衝突型加速器実験用エレクトロニクスの開発とパイプライン化に向けた研究

高亮度对撞机实验电子器件的开发和管道开发研究

基本信息

批准号：
14046222
负责人：
田中真伸
金额：
$ 4.61万
依托单位：
The High Energy Accelerator Research Organization
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

B中間子の希崩壊を精度よく測定することにより、現在の標準模型への制限をつけること及び標準模型の検証、が可能なことは予測されているが、この目的達成のためにはKEKBは更に一桁以上ルミノシティーを上げる必要がある。この場合測定器に関する改良点のうち、最大のものは読み出しエレクトロニクスシステムの構築である。この研究の目的はこのような必要性が出てきた中で、どのような鍵となる要素があるか、どのようなシステムが必要かを明確にし、鍵となる要素を製作し、プロトタイプとなる読み出しシステムを完成させることにある。高輝度加速器実験においては、要素開発(LSI開発)とシステム開発は切り離すことはできないため(1)全体のデザインの鍵となるLSIの製作(2)プロトタイプシステムの製作(3)LSI製作とプロトタイプシステムへのフィードバックの3段階を経て開発を行った。このとき下記の2点に絞り議論、開発を行い成果があがっている。A)CMOS技術によるエレクトロニクスのLSI化時間測定用回路に関しては、ADCと組み合わせ汎用ASICのデザインを開始した。波形測定用回路に関しては、1GHzサンプル512nsecのASIC開発がほぼ終了した。広ダイナミックレンジ(16bit)アンプのASIC開発が終了した。多チャンネルフロントエンドエレクトロニクスのプロトタイプの製作が終了した。B)汎用シリアルバス及びネットワークを使用したデータ転送とパイプライン化への適用COPPERシステムと呼ばれる汎用パイプラインDAQプラットフォームを製作し性能評価を行った。特徴は、今までクレート単位で構築されていたシステムを1ボードの上に納まるようにして、並列性を高め、更にPMC規格を用いCPU、データ転送I/Fの汎用性を高めたことである。これにより将来ボード及びシステムの変更なしに、どのような技術にも容易に対応できるようになった。またバスのスピードも仕様ぎりぎりまでの最高性能が出せることも確認した。

预计通过精确测量B介子的罕见衰变，将有可能对当前的标准模型进行限制，并验证标准模型的光度需要提高一个数量级以上。在这种情况下，仪器最大的改进是读出电子系统的构造。本研究的目的是明确需要什么样的关键元件以及需要什么样的系统来应对这一需求，生产关键元件，并开发原型，目标是完成读出系统。在高强度加速器实验中，元件开发（LSI开发）和系统开发是不可分割的，因此（1）LSI的生产是整体设计的关键，（2）原型系统的生产，（3）LSI的生产和原型系统的开发是通过三个阶段的反馈进行的。目前讨论和开发主要集中在以下两点，并取得了成果。 A) 使用 CMOS 技术将电子器件转换为 LSI 关于时间测量电路，我们已经开始设计与 ADC 结合的通用 ASIC。波形测量电路方面，1GHz 512nsec 样品的 ASIC 开发已基本完成。宽动态范围（16位）放大器的ASIC开发已经完成。多通道前端电子产品原型的生产已经完成。 B) 使用通用串行总线和网络进行数据传输和流水线应用我们创建了一个称为 COPPER 系统的通用流水线 DAQ 平台，并评估了其性能。其特点是，以前内置在板条箱中的系统现在可以安装在单板上，从而提高了并行性，并使用 PMC 标准来提高 CPU 和数据传输 I/F 的多功能性。这使得无需更改电路板或系统即可轻松支持未来的任何技术。还证实该总线可以在达到规格极限的速度下实现最大性能。