超高頻度トリガシステムのデッドタイムレス化の研究

• 研究課題/領域番号: 22340068
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 素粒子・原子核・宇宙線・宇宙物理
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 中尾 幹彦 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80290857)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2014年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2012年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2011年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円); 2010年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
• キーワード: トリガシステム / データ収集システム / シリアル通信プロトコル / FPGA / Bファクトリー / Belle II / 素粒子実験物理 / 大規模データ収集システム / 高速シリアルデータ通信 / 素粒子実験 / 高速シリアルデータ転送 / 高速シリアル転送プロトコル / 国際研究者交流(ドイツ) / B-ファクトリー / データ収集 / トリガ分配 / シリアルデータ転送

研究成果の概要

本研究では 30 kHz の超高頻度で起きる事象のトリガを約 1,000 個の読み出し機器に可能な限り遅延なく分配し、パイプライン方式で読み出されるデータが帯域幅を越えない仕組みを保ちつつデッドタイムを十分無視できる程度に小さくする方法を考案した。このトリガ分配を効率良く行なうためのシリアル通信プロトコルを新たに設計し、またプロトコルを FPGA の論理回路として実装するための回路モジュール FTSW を製作した。このシステムはポアソン分布の疑似トリガによる試験やビームや宇宙線を用いた検出器の動作試験で検証され、間もなく開始される Belle II 実験の主要な構成要素として使用される。

研究成果

• [雑誌論文] Minimizing Dead Time of the Belle II Data Acquisition System With Pipelined Trigger Flow Control (2013)
  • 著者名/発表者名: Mikihiko Nakao, Cholong Lim, Markus Friedl, Tomohisa Uchida
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Nuclear Science 巻: 60 号: 5 ページ: 3729-3734
  • DOI: 10.1109/tns.2013.2264727
  • 査読あり
• [雑誌論文] Timing Distribution for the Belle II Data Acquisition System (2012)
  • 著者名/発表者名: Mikihiko Nakao
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 7 号: 01 ページ: C01028-C01028
  • DOI: 10.1088/1748-0221/7/01/c01028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Data Acquisition System for Belle II (2010)
  • 著者名/発表者名: M.Nakao, 他
  • 雑誌名: Journal of Instrumentation 巻: 5
  • 査読あり
• [学会発表] Multi-purpose Trigger Timing Distribution System for a Small Test Setup (2014)
  • 著者名/発表者名: Mikihiko Nakao
  • 学会等名: 19th IEEE Real-time Conference
  • 発表場所: 奈良(日本)
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-30
• [学会発表] Non-Stop Data Acquisition System for the Belle II Experiment (2014)
  • 著者名/発表者名: Mikihiko Nakao, Soh. Y. Suzuki, Ryosuke Itoh, Satoru Yamada, Takeo Higuchi, Tomoyuki Konno
  • 学会等名: 19th IEEE Real-time Conference
  • 発表場所: 奈良(日本)
  • 年月日: 2014-05-26 – 2014-05-30
• [学会発表] Belle2Link: a Unified High Speed Data Collection with Slow Control in Belle II Experiment (2012)
  • 著者名/発表者名: Mikihiko Nakao
  • 学会等名: 18th IEEE Realtime Conference 2012
  • 発表場所: 米国、バークレー
• [学会発表] Minimizing Dead Time of the Belle II Data Acquisition System with Pipelined Trigger Flow Control (2012)
  • 著者名/発表者名: Mikihiko Nakao
  • 学会等名: 18th IEEE Realtime Conference 2012
  • 発表場所: 米国、バークレー
• [学会発表] Timing Distribution for the Belle II Data Acquisition System (2011)
  • 著者名/発表者名: 中尾幹彦
  • 学会等名: Topical Workshop on Electronics for Particle Physics
  • 発表場所: ウィーン工科大学い(オーストリア)
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] Data Acquisition System for Belle II (2010)
  • 著者名/発表者名: 中尾幹彦
  • 学会等名: Topical Workshop on Electronics for Particle Physics
  • 発表場所: RWTHアーヘン大学(ドイツ)
  • 年月日: 2010-09-22