ミューオン飛跡測定用時間測定集積回路の開発と研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11207203
• 研究機関: 高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 新井 康夫 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (90167990)
• 研究分担者: 江村 恒夫 東京農工大学, 工学部, 教授 (40015053) ; 大須賀 鬨雄 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教授 (20168925) ; 尾高 茂 高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助手 (20160880)
• キーワード: 時間測定 / 集積回路 / TDC / ミューオン検出器 / 放射線耐性 / PLL回路

研究概要

アトラス実験のミューオン飛跡検出器は、超電導空芯トロイド電磁石中に置かれた約40万本のドリフトチューブよりなり、陽子・陽子衝突反応で生成されるミューオンの運動量と位置を単独で精密に測定することが出来る。この検出器の性能を充分に引きだす為には、300psという高時間分解能を持った時間測定集積回路(TDC : Time to Digital Converter)が必要とされる。本研究では、このTDCチップを最先端ゲートアレイプロセス(CMOS 0.3μm)を使用して開発している。このチップは、約120万個のトランジスターを含み、ひとつのチップに24チャンネルの入力を持ち、不感時間なしに入力パルスの立ち上がり・立ち下がり時間を測定することが出来る。
平成13年度は、前年度に開発した量産プロトタイプチップ(AMT-2)の性能試験をまず行った。このTDCは、内部に複雑なデータ処理回路を持つが、これらの回路が目的通り働くことが各種試験により確認された。また、世界各地で製作が始まっている検出器に装着して試験するため、100個のチップがボストン大学に送られ、読み出し回路基板に実装されまもなく試験が始まろうとしている。
また、放射線耐性を調べるため、2回にわたり東北大学サイクロトロンRIセンターで陽子照射実験を行った。これらの結果の一部は2001年9月のスエーデン・ストックホルムでの"Workshop on Electronics for LHC Experiments"で報告した。

研究成果

• [文献書誌] Y.Arai, Y.Kurumisawa, T.Emura: "Development and a SEU Test of a TDC LSI for the ATLAS Muon Detector"Proceedings of the 7th Workshop on Electronics for LHC Experiments. CERN 2001-005. 185-189 (2001)
• [文献書誌] Y.Arai: "Multi-Hit Time-to-Digital Converter VLSI for High-Energy Physics Experiments"Proceedings of the Asia and South Pacific Design Automation Conference 2001. 5-6 (2001)
• [文献書誌] Y.Arai, T.Emura: "Development of a 24 ch TDC LSI for the ATLAS Muon Detector"Proceedings of the 6th Workshop on Electronics for LHC Experiments. CERN/LHC/2000-041. 471-475 (2000)
• [文献書誌] Y.Arai: "Development of Frontend Electronics and TDC LSI for the ATLAS MDT"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A. Vol.453. 365-371 (2000)
• [文献書誌] Y.Arai: "Performance and Irradiation Tests of the 0.3 mm CMOS TDC for the ATLAS MDT"Proceedings of the Fifth Workshop on Electronics for LHC Experiments. CERN/LHC C/99-33. 462-466 (1999)