プログラム可能な論理回路を用いた宇宙線観測装置の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13740151
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: さこ 隆志 名古屋大学, 太陽地球環境研究所, 助手 (90324368)
• Keywords: 宇宙線 / 太陽中性子 / 太陽フレア / FPGA・CPLD

Research Abstract

13年度はSPARTAN XCS10XLPC84チップを用いて以下の試験を行った。主に、本チップの性能が宇宙線実験の要求に耐えうるかどうかの試験である。
1、ノートパソコン上で論理回路を設計し、これを自作基板上に配置したSPARTANチップに書き込む。この試験はXILINX社のソフトウェアFoundationと専用ダウンロードケーブルMultiLINXを用いることによって達成された。
2、チップが必要な計数率に耐えられるかどうか、チップ上に作成したカウンターで試験を行った。パルス発生器で周期信号を送ったところ、チップは10MHzの入力にも正しく応答していることが確認できた。10MHzは我々の扱っている実験にとっては十分な性能である。
3、宇宙線実験では信号到来時間も重要な情報である。チップ内の回路を通した時、不規則な遅れが生じないか試験を行った。我々が太陽中性子望遠鏡で使用している3から4段の論理ゲートを通した後の信号遅延を測定したところ、常に12nsecという一定の遅れが見られた。信号遅延が一定であること、またその遅れが12nsecであることは、宇宙線実験に用いる回路として十分な性能である。
4、宇宙線実験では意図的に信号を遅らせる必要もある。チップ内部の8MHz発振器を用いて信号遅延回路を作成した。その結果、1周期分125nsecの精度で信号遅延を行えることがわかった。この値は太陽中性子望遠鏡にとって十分な性能である。これ以上の精度は外部発振器を利用することによって実現できる。
5、太陽中性子望遠鏡に使用する方向測定回路をチップ上に作成し、消費電力を測定したところ、約5mWであった。通常の回路では数100mWから数Wattであるので、低消費電力化に大きな期待がもてることがわかった。
14年度はMexicoに設置予定の太陽中性子望遠鏡のための方向測定回路を実際に作成する。基本性能は13年度の試験で実証済みであるため、大きな困難は予想されない。