低消費電力1GHz波形記憶集積回路の開発研究

低功耗1GHz波形存储集成电路的研发

基本信息

批准号：
16028219
负责人：
田中真伸
金额：
$ 1.66万
依托单位：
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：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-16028219/
关键词：
高速アナログメモリ 1GHz 波形記憶

项目摘要

本研究では素粒子実験で使用される高速動作が可能な波形記憶集積回路に関しての低消費電力、高速動作、大容量化、高精度化に関する研究開発を行う。光電子増倍管などを使用した放射線検出器は時間情報とアナログ情報を抽出する事が要求され、波形記録を行えば同時に2つの情報が得られ、かつ粒子崩壊チェーンなどの付帯情報も測定できるメリットを持つ。しかし、上記の回路を製作した場合、現状では低消費電力、高実装密度、高速度、大記憶容量の要求を全てを満足するものが存在せず問題であった。この研究終了後上記特徴を持った集積回路をドリフトチェンバー読み出し用及びK中間子、μ粒子崩壊観測用などの加速器実験に対して容易に適用できるようにする。製作したものは2種類で、それぞれ高速用と高精度用に分かれている。内部回路は遅延がコントロールされている遅延回路とそれによって動作するアナログメモリに別れており、遅延回路を1nsecにコントロールすることで等価的に入力アナログ信号を1GHzでサンプルしたことを実現している。今回アナログメモリの段数を増やすためにいくつかの問題が出てくるのはわかっているためこれについての対策も講じている。ひとつは入力容量の低減であり、もうひとつはアナログメモリのメモリごとの電圧オフセットばらつきの低減である。これらを回路構成とレイアウトに注意を払うことで多段のアナログメモリを製作しどちらが性能が出るかを評価し回路構成決定し、性能を確認できた。またノイズを低減するためのレイアウト技術も蓄積された。

本研究将对用于粒子实验的高速运行的波形存储集成电路进行低功耗、高速运行、大容量、高精度的研究和开发。需要使用光电倍增管等辐射探测器来提取时间信息和模拟信息，通过记录波形，可以同时获得两种信息，还可以测量粒子衰变链等附加信息。然而，在制造上述电路时，目前还没有一种电路能够同时满足低功耗、高封装密度、高速度和大存储容量的要求，这是一个问题。这项研究完成后，我们将能够轻松地将具有上述特性的集成电路应用于加速器实验，例如漂移室读出以及kaon和μ粒子衰变的观察。制造了两种类型，一种用于高速，一种用于高精度。内部电路分为延迟受到控制的延迟电路和由延迟电路操作的模拟存储器，通过将延迟电路控制到1ns，可以等效地以1GHz对输入模拟信号进行采样。我们意识到增加模拟内存级数会导致一些问题，因此我们正在采取措施解决这些问题。一是减少输入电容，二是减少从存储器到模拟存储器的电压偏移的变化。通过关注它们的电路配置和布局，我们能够制造多级模拟存储器，评估哪一种会产生更好的性能，确定电路配置并确认性能。降低噪声的布局技术也已积累起来。