Signalverarbeitung mit FPGAs für Detektoren
FPGA based detector signal processing

Modul PH2101

Diese Modulbeschreibung enthält neben den eigentlichen Beschreibungen der Inhalte, Lernergebnisse, Lehr- und Lernmethoden und Prüfungsformen auch Verweise auf die aktuellen Lehrveranstaltungen und Termine für die Modulprüfung in den jeweiligen Abschnitten.

Modulversion vom WS 2021/2 (aktuell)

Von dieser Modulbeschreibung gibt es historische Versionen. Eine Modulbeschreibung ist immer so lange gültig, bis sie von einer neuen abgelöst wird.

Ob die Lehrveranstaltungen des Moduls in einem spezifischen Semester angeboten werden, finden Sie im Abschnitt Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise unten.

verfügbare Modulversionen
WS 2021/2SS 2021WS 2020/1SS 2020WS 2019/20SS 2019WS 2018/9SS 2018WS 2017/8WS 2015/6SS 2011

Basisdaten

PH2101 ist ein Semestermodul in Englisch auf Master-Niveau das in jedem Semester angeboten wird.

Das Modul ist Bestandteil der folgenden Kataloge in den Studienangeboten der Physik.

  • Spezifischer Spezialfachkatalog Kern-, Teilchen- und Astrophysik
  • Spezifischer Spezialfachkatalog Applied and Engineering Physics
  • Fokussierungsrichtung Biosensorik im M.Sc. Biomedical Engineering and Medical Physics
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Physik der kondensierten Materie
  • Komplementärer Spezialfachkatalog Biophysik

Soweit nicht beim Export in einen fachfremden Studiengang ein anderer studentischer Arbeitsaufwand ("Workload") festgelegt wurde, ist der Umfang der folgenden Tabelle zu entnehmen.

GesamtaufwandPräsenzveranstaltungenUmfang (ECTS)
150 h 60 h 5 CP

Inhaltlich verantwortlich für das Modul PH2101 ist Stephan Paul.

Inhalte, Lernergebnisse und Voraussetzungen

Inhalt

Detector data acquisition and online signal processing with programmable logic / field programmable gate arrays (FPGAs).

  • Introduction to the FPGA design process (modeling, simulation, synthesis, Xilinx design tools)
  • Introduction to the VHDL hardware description language (modularity, concurrent/sequential statements, synchronous/asynchronous logic)
  • Electronic design with VHDL and FPGAs (pipelined data processing, data flow control, counters, state machines)
  • Signal processing basics (signal sampling, FFT, digital filters)
  • Detector readout concepts (analog pipeline ASICs, sampling ADCs)
  • Debug and measurement equipment (oscilloscope, logic analyzer)
  • Design of a data acquisition system based on Xilinx FPGAs for a particle detector. (frontend ASIC configuration and readout, signal baseline correction, trigger decision, amplitude detection, ...)

Lernergebnisse

After successful completion of the module the students are able to

  • understand how FPGAs are built up
  • create FPGA projects
  • code in VHDL

Voraussetzungen

No preconditions in addition to the requirements for the Master’s program in Physics.

Lehrveranstaltungen, Lern- und Lehrmethoden und Literaturhinweise

Lehrveranstaltungen und Termine

Lern- und Lehrmethoden

The module is divided into a lecture part and a laboratory course (exercise). The basic theory is covered by the lecture which can be applied immediately to the design software in the laboratory part. The different tasks for the final data acquisition project are shared between the students. The Xilinx FPGA design software is also available for installation on student laptops.

Medienformen

Blackboard, exercises and examples, lecture notes

Literatur

  • P.A. Simpson: FPGA Design, Spinger, (2010)
  • P. J. Ashenden: The Student’s Guide to VHDL, Morgan Kaufmann, (2008)
  • P. J. Ashenden: The Designer’s Guide to VHDL, Morgan Kaufmann, (2008)
  • W.R. Leo: Techniques for Nuclear and Particle Physics experiments, Springer, (1994)

Modulprüfung

Beschreibung der Prüfungs- und Studienleistungen

There will be an oral exam of 25 minutes duration. Therein the achievement of the competencies given in section learning outcome is tested exemplarily at least to the given cognition level using comprehension questions and sample calculations.

For example an assignment in the exam might be:

  • What is an FPGA?
  • Waht components are inside an FPGA?
  • What is CDC?

In the exam no learning aids are permitted.

There will be a bonus (one intermediate stepping of "0,3" to the better grade) on passed module exams (4,3 is not upgraded to 4,0). The bonus is applicable to the exam period directly following the lecture period (not to the exam repetition) and subject to the condition that the student passes the mid-term of accomplishing a laboratory assignment.

Wiederholbarkeit

Eine Wiederholungsmöglichkeit wird am Semesterende angeboten. Eine Wiederholungsmöglichkeit wird im Folgesemester angeboten.

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