核パルス分光システム向けFPGAベース自動デジタル極ゼロキャンセル:リアルタイム減衰定数推定と適応チューニング
FPGA-Based Automatic Digital Pole–Zero Cancellation for Nuclear Pulse Spectroscopy Systems: Real-Time Decay Constant Estimation and Adaptive Tuning
高計数率環境下における放射線センサーシステムの性能低下は、チャージセンシティブプリアンプ(CSA)のアナログ出力に見られる長い指数関数的テールに起因する。この問題を解決するため、本研究ではFPGAベースの自動デジタル極ゼロキャンセル(PZC)アルゴリズムを提案する。このアルゴリズムは、プリアンプの減衰時定数をオンラインで推定し、PZCフィルタをリアルタイムで自動調整する。高速デジタルパルス取得とFPGAファームウェアを組み合わせることで、堅牢なベースライン復元、パルス逆畳み込み、およびエネルギー分解能の向上が実現される。高純度ゲルマニウム(HPGe)検出器と60Coガンマ線源を用いた実験検証では、提案手法がほぼ最適なテールキャンセルと正確なパルス振幅の回復を達成した。手動チューニングと比較して、適応型アプローチは優れたベースライン安定性と1332.5 keVピークで約6.8%向上したエネルギー分解能をもたらし、調整時間を数分から数秒に短縮した。
- FPGAベースの自動デジタル極ゼロキャンセル(PZC)アルゴリズムを提案し、プリアンプの減衰時定数をオンライン推定してPZCフィルタをリアルタイム自動調整する手法を実現した。
- 高純度ゲルマニウム(HPGe)検出器と60Coガンマ線源による実験検証で、手動チューニング比で1332.5 keVピークのエネルギー分解能が約6.8%向上し、調整時間を数分から数秒に短縮した。
FPGAベースの適応型デジタル信号処理で放射線計測の分解能と調整工数を改善する研究。センサ前端の信号処理をソフト/ファームウェア側で最適化する流れは、計測・医療・核セキュリティ向けのFPGA/ADC需要に波及しうる。ただし現段階は学術検証(HPGe検出器+60Co線源)であり、商用製品化や企業の収益への直接影響は未確認。投資判断では、こうした適応型PZCが汎用FPGA/DSP IPとして展開されるか、計測機器ベンダーの差別化要素になるかを追跡したい。