TCSPC & 拡張性マルチチャンネルイベントタイマー MultiHarp 160

MultiHarp 160
拡張性のあるマルチチャンネルイベントタイマーと & TCSPCユニット

5 ps の基本解像度を持つ最大 64 の独立した入力チャンネル
16 チャネルの拡張ユニットを介して拡張可能
共通の同期チャネル (最大 1.2 GHz の同期レート)
非常に短いデッドタイム (650 ps)、チャネル全体でデッドタイムなし
FPGA リンクを介したデータストリームへのハードウェアアクセス
White Rabit対応機器
カスタムプログラミング用のドライバーとデモコード

MultiHarp 160は、プラグアンドプレイのイベントタイマーおよび時間相関単一光子計数（TCSPC）ユニットとして設計されており、多数の高速かつ正確なタイミングチャンネルを必要とするアプリケーションに最適です。MultiHarp 160の高い品質と信頼性は、当社独自の5年保証に反映されています。

最大64入力チャンネルまでの拡張性

入力チャンネルの数は必要に応じて拡張できます: 本体 (MultiHarp 160 M) は16チャンネルを提供し、最大3つの拡張ユニット (MultiHarp 160 X) で拡張が可能です。各拡張ユニットは、イベントタイマーに16チャンネルを追加し、16、32、48または64の同期入力チャンネルを選択できます。またMultiHarp 160 M は、16 ～ 64 のすべての入力チャネルのタイミング基準として同期チャネルも備えています。この同期チャンネルは、最大1.2GHzの周期的な同期レートをサポートしています。すべての入力チャネルからのデータは、USB 3.0 インターフェイス経由でアクセス可能な単一のデータストリームに組み合わされます。追加の同期ツールは必要としません。
MultiHarp 160 のすべてのチャネル (共通同期入力を含む) は検出器入力として使用可能で、例えば、同時計数または同時計数用に使用できます。 MultiHarp 160 は、フォワードスタート/ストップ操作を使用して複数の検出器で TCSPC を実行するのにも最適です。ここで、共通同期チャネルにより、励起光源との同期が可能になります。

高速かつ精細なイベントタイミング

MultiHarp 160 のスマートに設計された Time-to-Digital コンバーター (5 ps の基本解像度、<650 ps のデッドタイム) により、多くの最新の単一光子検出器の時間分解能での妥協なしに、時間相関のある単一光子カウントの計数率の限界まで完全に活用できます。その超短デッドタイムにより、最新のピコ秒パルスレーザー (PMA ハイブリッドシリーズの検出器が必要です。) によって達成可能な最高の繰り返し周波数でも、励起サイクルごとに複数の光子を検出できます。また、各入力チャンネルには、トリガパラメータやタイミングオフセット、ホールドオフ時間などのパラメータ設定が容易に行えます。

外部FPGAボードを介したデータインターフェイス

複数の入力チャネルで高い計数率を使用するアプリケーションでは、データの読み取り速度やコンピューターによるデータ処理速度が主なボトルネックになります。このボトルネックは、コンピューターに送信されるデータサイズを減らすことで回避できます。このようなデータ削減は、たとえば、MultiHarp 160 のヒストグラムモードで行われ、コンピュータに送信される TCSPC ヒストグラムは、ハードウェア自体によって入力信号の到着時間から計算されます。
最大限の柔軟性を実現するために、MultiHarp 160 の時間タグ付けデータストリームは、専用の FPGA インターフェイスを介して外部 FPGA ボードからアクセスできます。このようにして、データの前処理方法を特定のアプリケーションに合わせて調整できます。

ホワイトラビット対応イベントタイマー

ホワイトラビットは、サブナノ秒の精度と遠距離のデバイスの正確な同期を実現する、完全に決定論的なイーサネットベースのタイミングネットワークです。MultiHarp 160にはホワイトラビットインターフェースが搭載されているので、この新しい技術を使用しているセットアップにすぐに組み込むことができます。

仕様

入力チャンネルと同期
検出器チャンネル数（同期入力に追加時）	16（メインユニット） 32（メインユニット＋第1拡張ユニット） 48（メインユニット＋第1・第2拡張ユニット） 64（メインユニット＋第1・第2・第3拡張ユニット）
入力電圧動作範囲（50 Ωへのパルスピーク値）	-1200 mV 〜 1200 mV
入力電圧最大範囲（損傷レベル）	±2500 mV
トリガーエッジ	レベルトリガー：立ち下がりまたは立ち上がりエッジ、ソフトウェア調整可能
入力パルス幅	> 0.4 ns（立ち上がり／立ち下がり時間最大20 ns）
時間デジタル変換器
最小タイムビン幅	5 ps
タイミング精度 *	< 28 ps RMS
タイミング精度／√2 *	< 20 ps RMS
デッドタイム	< 650 ps（ソフトウェアにより最大160 nsまで1 nsステップで延長可能）
各入力チャンネルの調整可能なプログラマブル時間オフセット	±100 ns、分解能5 ps
微分非線形性	< 5%（ピーク間）、< 1% RMS（全測定範囲）
最大同期レート（周期パルス列）	1.2 GHz
ヒストグラマー
カウント深度	32ビット（4,294,967,295カウント）
フルスケール時間範囲	328 ns 〜 2.74 s（選択した分解能に依存：5, 10, 20, …, 41943040 ps）
最大タイムビン数	65,536
入力チャンネルあたりピークカウントレート	1.5 × 10⁹ カウント/秒（2048イベント時）
全入力チャンネル合計の持続カウントレート	MultiHarp 160 M： 332 × 10⁶ カウント/秒（8入力チャンネル1列あたり166 × 10⁶ カウント/秒） MultiHarp 160 X1、X2、X3： 332 × 10⁶ カウント/秒（8入力チャンネル1列あたり166 × 10⁶ カウント/秒）
TTTRエンジン（TTTR Engine）
T2モード分解能	5 ps
T3モード分解能	5, 10, 20, …, 41943040 ps
FiFoバッファ深度（レコード）	268,435,456イベント
入力チャンネルあたりピークカウントレート	1.5 × 10⁹ カウント/秒（2048イベント時）
全入力チャンネル合計の持続カウントレート **	USB 3.0インターフェース経由で 80 × 10⁶ カウント/秒
トリガー出力（Trigger Output）
周期	プログラム可能、0.1 µs 〜 1.678 s（0.596 Hz 〜 10 MHz）
パルス幅	代表値 10 ns
ベースラインレベル	代表値 0 V
アクティブレベル（パルスピーク）	代表値 -0.7 V（50 Ω）
外部マーカー入力
数	4
入力タイプ	LVTTL、立ち上がり／立ち下がり時間 < 50 ns、HIGHまたはLOWで > 50 ns（最大5 V、1 µs間）、ソフトウェア調整可能なホールドオフ
外部同期（External Synchronisation）
Ref. IN	10 MHz｜200〜1500 mV p.p.｜50 Ω、AC結合
Ref. OUT	デフォルト：10 MHz｜White Rabbitモード：31.25 MHz｜1400 mV p.p.｜50 Ω、AC結合
PPS IN	1 s、LVTTL
White Rabbitインターフェース	SFPモジュール用コネクタ
FPGAデータインターフェース
スループット T2/T3モード（EFI REAR）	200 × 10⁶ イベント/秒
スループット T2/T3モード（EFI SFP）	156 × 10⁶ イベント/秒
スループット T2ダイレクトモード（EFI REARのみ）	8入力チャンネル1列あたり 200 × 10⁶ イベント/秒＋SYNC入力用 78 × 10⁶ イベント/秒
レイテンシ T2モード	4.5 µs 〜 5.0 µs
レイテンシ T3モード	4.5 µs 〜 5.5 µs
レイテンシ T2ダイレクトモード（EFI REARのみ）	同期時：1.7 µs 〜 1.8 µs｜その他：0.8 µs 〜 1.2 µs
動作（Operation）
PCインターフェース	USB 3.0
PC要件	デュアルコアCPU以上、CPUクロック2 GHz以上、メモリ4 GB以上
OS	Windows 10/11
消費電力	最大150 W
動作環境	屋内使用のみ
動作高度	海抜2000 mまで
外形寸法（Dimensions）
MultiHarp 160 X（メインユニット）	脚・ハンドル込み 285 × 425 × 100 mm
MultiHarp 160 X（拡張ユニット）	脚・ハンドル込み 285 × 425 × 62 mm

^* タイミング精度を求めるには、同じ時間差を繰り返し測定し、その標準偏差（RMS誤差）を算出する必要があります。これは、パルスジェネレーターからの電気信号を分岐し、それぞれを別々の入力チャンネルに入力することで行います。測定されたパルス到達時刻の差を、対応する標準偏差とともに算出します。この標準偏差の値がRMSジッターであり、これをタイミング精度として規定しています。ただし、この時間差の算出には2回の時間測定が必要です。したがって、誤差伝播の法則により、シングルチャンネルのRMS誤差は、先に算出した標準偏差を√2で割ることで得られます。他製品との比較のため、このシングルチャンネルRMS誤差もあわせて記載しています。
^** 持続スループットは、構成およびホストPCの性能に依存します。