FPGAを用いたCCDの高速データ処理システムの構築

利用FPGA构建高速CCD数据处理系统

• 批准号: 13874032
• 负责人: 宮田 恵美
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13874032/
• 关键词: X線CCD; FPGA; デジタル信号処理; VHDL; メッシュ実験

X線CCDのデータ処理は大きく2つに分けられる。X線が入射していないときの各画素のゼロレベルを決定するためのダーク処理部、ダークを減算した後のデータを元に、X線イベントを検出するイベント処理部である。我々は初年度、アルテラ社の最新のFPGA(APEX20K)を搭載したデジタルボードを製作した。ボードには外部メモリーとして4MbyteのS-ram、CCDの信号処理のための10MHz ADCを2つ搭載している。我々は、このボードを用いて、ダーク処理部を実装することに成功し、これまでオフラインでCPUを用いて行った処理に比べて1桁以上動作を高速化することに成功した。さらに、イベント処理部分も実装を完了し、CPUに比べて2桁程度高速動作可能であることを実証した。最終年度である今年は、我々がこれまで開発してきたX線の入射位置をCCDの画素よりも高い精度で決定する技術をFPGAに実装した。X線がCCDに吸収されるとある有限の大きさを持つ電子の塊(電荷雲)を生成する。電荷雲は概ねX線のエネルギー(波長)に比例して大きくなる。我々は独自に開発したメッシュ実験と呼ばれる実験手法を用いて、CCD中で生成される電荷雲を精度良く測定することに成功した。電荷雲はCCDの画素に分割されるため、最終的に出力されるイベントパターンと電荷雲形状を比べることで、X線入射位置を画素よりも高い精度で推定することができる。これまでX線入射位置推定のためには、データ取得後オフラインでダーク処理部、通常のイベント処理部を行ったのちに、入射位置の推定を行っていたために、膨大な処理時間を必要としていた。我々はこの処理をFPGAで行うことにより、リアルタイムでX線入射位置を推定することに成功した。イベントの処理部分だけを比べても、これまでの処理速度を3桁も改善することに成功した。

The X-ray CCD is in the middle of the whole operation. The X-ray image is incident, the pixel is the pixel, the pixel is the pixel. In the beginning of the year, the latest FPGA (APEX20K) of the club will be called. The 4Mbyte S-ram, the CCD signal processing, the 10MHz ADC signal processing, the signal processing, the signal processing and the signal processing. We use the software, the science department, the equipment, the CPU, the speed, and the success. It is possible to perform a high-speed operation at a higher speed than that of the CPU when it has been installed. For the most recent year, this year, we are going to change the location of the incident CCD and determine the accuracy of the technology and FPGA equipment. X-ray CCD is required to generate electrical power generation equipment for limited use. In general, the ratio of wave length to wave length is very high. We do this on our own. We do this by using the method of monitoring and CCD to generate an accurate measurement of the accuracy and success of the test. The load CCD picture element divides the signal, the most important output signal, the charge shape ratio, the X-ray incident position, the high precision, the presumption of the precision, the X-ray incidence position, the X-ray incident position, and the X-ray incident position. The X-ray incident position of the vehicle is presumed to be the incident position, and after the X-ray incident position is obtained, it is necessary to expand the operation time, and to expand the operation time. We need to correct the FPGA line to determine the incident position of the X-line. In this part, the speed is improved, and the speed is improved.

项目成果

K.Yoshita, H.Tsunemi, E.Miyata, K.Mori: "The X-ray Structure of the Supernova Remnant 3C 400.2"Publication of the Astronomical Society of Japan. 53. 93-98 (2001)

K.Yoshita、H.Tsunemi、E.Miyata、K.Mori：“超新星遗迹 3C 400.2 的 X 射线结构”日本天文学会出版物。

E.Miyata et al.: "Fast and Flexible CCD-driver system using fast DAC and FPGA"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 459. 157-164 (2001)

E.Miyata 等人：“使用快速 DAC 和 FPGA 的快速灵活的 CCD 驱动器系统”物理研究中的核仪器和方法 A. 459. 157-164 (2001)

E.Miyata, H.Tsunemi B.Aschenbach: "Chandra X-ray observatory Study of the Vela Shrapnel-A"Astrophysical Journal Letter. 559. 45-48 (2001)

E.Miyata、H.Tsunemi B.Aschenbach：“钱德拉 X 射线天文台对船帆弹片-A 的研究”天体物理学杂志信件。

K.Mori, M.Shouho, H.Katayama, S.Kitamoto, H.Tsunemi.K.Havashida.E.Miyata: "Measurement of the response characteristics around K absorption edges of dead-layer material of a charge-coupled device"Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. 4592.

K.Mori、M.Shouho、H.Katayama、S.Kitamoto、H.Tsunemi.K.Havashida.E.Miyata：“电荷耦合器件死层材料 K 吸收边缘周围响应特性的测量”

E.Miyata et al.: "Mesh experiment for Back-illuminated CCDs in Improvement of the Position Resolution"Nuclear Instruments and Methods. (in press). (2003)

E.Miyata 等人：“提高位置分辨率的背照式 CCD 网格实验”核仪器和方法。