2019 Fiscal Year Research-status Report
ダイレクトRFによる超伝導リードアウト―CMB観測メガピクセル時代に向けて
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18K13568
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
鈴木 惇也 京都大学, 理学研究科, 特定研究員 (90795014)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 超伝導検出器 / リードアウト / FPGA / ダイレクトRF |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、直接 RF 信号を取り扱える最新鋭の電子回路技術を応用して超伝導検出器のリードアウトを単純化・高性能化することである。超伝導検出器は数GHzに共振周波数を持つマイクロ波共振器によって多重化することが主流となりつつあり、従来のシステムは高周波での読み出しを達成するために複数の部品を組み合わせて構成されていた。本研究では、共振器の周波数に直接アクセスできる最新鋭のアナログ-デジタル変換器を用いて、大幅なコストダウンと高性能化を目指す。
本年度は高速サンプリング可能なアナログ-デジタル変換器の試験を行い、性能を検証した。本研究で取り扱うデバイスの読み出しは、超伝導共振器の共振周波数に合致する周波数の信号を送り込み、戻ってきた信号の元からの変化を見ることで行う。読み出し装置にはデータ送信と受信の機構が必要となり、前年度は送信側についての研究を行った。それを受けて本年度は、受信側の装置について性能評価を行った。
また、デジタル信号の処理についても開発を進めた。近年の読み出しシステムでは一対の信号線で 1000 個以上にも及ぶ素子の多重化読み出しを行うため、その処理速度が問題となる。通常の CPU を用いた演算では処理速度・通信速度ともに間に合わないため、取得した信号をホストへと転送する前に、 FPGA などでデジタル信号処理を施す。今年度は FPGA で行う処理を記述する、ファームウェアの開発を行った。具体的には、信号を周波数ごとに分解するフーリエ変換部分の設計や、変換後の信号から必要部分を抜き出す部分の開発を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
当初の予定ではアナログ-デジタル変換を行う部分とデジタル信号処理を行う部分が分離した読み出しシステムを考えていたが、研究の開始後にそれらを統合してひとつのチップにまとめた部品が発表された。この部品を利用することでシステムをさらに簡略化することができる。
この製品は目下開発が進められている所であり、本研究で直接利用できる評価ボードは本年度３月にようやく発売となった。この発売を待っていたため、当初の計画よりもシステムの開発が遅れている。
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| Strategy for Future Research Activity |
高速アナログ-デジタル変換とデジタル信号処理部を統合したプロセッサを持つボードを調達し、ダイレクト RF システムの実証を行う。当初の計画ではデジタル信号処理を行うボードにつけて用いるアナログ-デジタル変換チップを載せた拡張ボードを作成する予定だったが、必要なくなったためファームウェアの開発に注力できる。本年度開発したファームウェアを応用して信号処理部分を作成し、実際に超伝導素子を用いた試験を行う。
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| Causes of Carryover |
ダイレクト RF 技術の最新の動向を踏まえ、当初の計画を変更して AD 変換とデジタル信号処理を統合したチップを採用することにした。利用を予定している統合チップを持つ評価ボードの発売が本年度の３月であったため、本年度内の納入が間に合わなかった。
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Research Products
(2 results)
