基于软件无线电的新型数字束流位置处理器

研究了基于软件无线电架构的新型数字束流位置处理器,介绍了处理器样机的射频、模数转换和数字处理模块的硬件架构和主要参数。针对处理器多通道的不对称性,提出了校准方案。测试结果表明,处理器逐圈位置电子学分辨率在输入大于–30 dBm时,优于1.5μm;输入大于–27 dBm时,电子学分辨率达到亚微米量级。处理器在上海光源储存环流强为150 mA条件下测试,逐圈位置分辨率优于2μm,并能够准确获取包含束流实时信息的逐圈位置信号。     

SHINE腔式BPM系统射频信号调理前端研制

基于低温超导直线加速器的上海硬X射线自由电子激光装置（SHINE）需1个分辨率可达200 nm的束流位置测量系统,以实现电子束与光子束在波荡器中的紧密相互作用和能量交换。现已研制的束流位置测量系统不能完全满足上述要求,为此,基于对关键技术指标的分配,设计研制了一个由C波段腔式探头、低噪声系数的单路下变频至低中频的射频信号调理前端以及专用数字信号束流位置处理器构成的CBPM系统样机。而作为连接腔式探头和数字信号采集电子学之间的桥梁,射频信号调理前端（radio frequency front end, RF前端）的结构和性能也直接决定了CBPM系统的性能。本文从SHINE对CBPM系统的整体需求为出发点,分析了系统对射频信号调理前端的指标分配,提出了一种放大器开关切换型RF前端的方案设计,并成功搭建了1套可模拟束流条件的离线全锁相采样测试平台。此外,在上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）中搭建了测试平台并完成了射频信号调理前端的带束性能评估,束流实验结果表明,在束团电荷量为100 pC、系统动态范围在±100 μm的条件下,采用腔式探头射频信号一分二的评估方法,位置分辨率可达71 nm,优于设计指标需求。     

CSNS束流损失监测系统前端模拟电路设计

中国散裂中子源(CSNS)束流损失监测系统利用气体电离室来探测束流损失,电离室输出信号需在前端模拟电路中进行信号处理。本工作自主设计开发了束流损失测量系统前端模拟电路,采用跨导放大的方式实现了低重复频率、低占空比、弱电离室信号的电流 电压（I-V）变换测量。同时,电路还实现了对较大束流损失的快速响应,保障加速器设备的安全运行。联机测试结果表明,该电路满足系统要求。     

数字束流位置处理器在合肥光源束流诊断中的应用

数字束流位置处理器Libera可直接用于测量宽带束流位置信号,在束流参数测量与诊断中得到广泛应用。本工作利用Libera在合肥光源储存环上完成了工作点、相空间和横向振荡阻尼时间常数等的测量,并给出测量结果。     

储存环束流丢失信号检测电路设计

丢束信号是上海光源束流测量系统需要提供的定时信号,用于触发数字BPM处理器libera记录丢束前束流数据来分析丢束原因,对提高加速器运行稳定性至关重要.本文详细介绍了丢束检测模块的原理,工艺设计及工艺测试情况,给出用RF信号源仿真束流信号的实验室离线测试结果.带束实验结果表明,本模块功能达到设计要求,可用于丢束数据的锁存.     

数字BPM系统中模拟调理电路的研究

全数字化束流位置测量系统(Digital Beam Position Monitor,DBPM)将应用于上海同步辐射光源(Shanghai Synchrotron Radiation Facility,SSRF),其中模拟调理电路是DBPM系统重要组成部分。BPM探头输出的4路高频窄脉冲信号(重复频率499.654 MHz,脉宽200 ps)通过模拟调理电路进行滤波及自动增益调整,然后送至ADC进行模数变换,在系统中的数字处理模块进行处理后最终得到束流X、Y方向位置信息。系统电子学测试表明:此DBPM系统在输入信号动态范围为-40～10 dBm情况下,X、Y方向位置分辨率好于10μm,满足逐圈(694 kHz数据更新率)位置分辨要求。     

上海光源增强器工作点测量数据采集系统

介绍上海光源(SSRF)增强器工作点(Tune值)测量系统的数据采集与处理方法.该系统选用新一代数字BPM处理器Libera处理激励后的束流位置信号,在Soft IOC中进行快速傅里叶(FFT)变换,以得到束流横向振荡频率,进而实现工作点的实时测量.测试表明,该系统能够满足高精度、快速测量的要求.     

示波器嵌入式IOC研制及应用

宽带束流信号的量化和处理是加速器柬流诊断中的常见问题,上海光源束测组针对此应用开发出了示波器嵌入式IOC作为专用的束流信号处理器.该解决方案在EPICS构架的控制系统中具有即插即用的特点,目前已在上海光源注入器束团流强测量系统以及储存环填充模式测量系统中投入实用.本文介绍了部分宽带束流的测试结果.     

基于BEPCⅡ数字束流位置测量系统电子学系统的设计与实现

BEPCⅡ加速器的束流位置测量系统（BPM）模拟电子学经过十余年的运行逐渐老化,故障率上升,亟需进行升级改造。本文根据该需求,自行设计了基于BEPCⅡ系统参数的数字BPM电子学系统,内容包括模拟信号处理电子学、数字信号处理电子学、BPM固件算法逻辑、数据获取软件以及系统测试等多个部分。设计的数字BPM电子学系统经实验板级性能测试、实验室系统测试以及在线束流测试,结果表明该系统能满足BEPCⅡ装置对束流位置测量的需求。     

基于BEPC Ⅱ的数字束流位置探测器信号处理算法的FPGA实现

数字束流位置探测器(BPM)算法是数字BPM系统最核心的部分,其对束流位置测量的精度起决定作用。本文在完成数字BPM算法MATLAB模拟工作的基础上,将模拟优选出的数字BPM算法在自制的电子学硬件上进行FPGA实现。首先介绍了数字BPM算法的总体设计和实现方案;其次介绍了数字BPM算法各功能模块的设计原理及其在FPGA中的具体实现方法;最后在输入信号频率499.8 MHz、强度-10 dBm、BPM探头灵敏度系数23的条件下进行了实验室测试。实验结果显示：逐圈位置分辨达2.96 μm,快响应位置分辨达0.65 μm,闭轨位置分辨达0.33 μm,验证了本算法在束流位置测量中具有良好性能。     

Development of Bunch-by-bunch Beam Position Measurement Electronics for High Energy Photon Source

A bunch-by-bunch beam position measurement (BPM) electronics for High Energy Photon Source (HEPS) storage ring was designed. The hardware of electronics consists of analog signal acquisition board and digital signal processing board. The software consists of underlying firmware and application software. The sampling frequency is 500 MHz, and the bandwidth is 1 GHz. The electronics digitizes four analog signals from BPM probe of storage ring, and obtains the amplitude of beam signal. ZYNQ chip was used to process the beam data and calculate the position of each bunch. Electronics test results in the laboratory is that the nonlinearity of ADC channels is less than 1% when the peak-to-peak value of input signal is less than 1.8 V, and spurious-free dynamic range is about 60 dB. When the sensitivity coefficient is 8.26 mm, the beam position resolution is less than 10 μm. The test results meet the needs of HEPS.     

高能同步辐射光源逐束团束流位置测量电子学研制

基于高能同步辐射光源（HEPS）储存环,研制了一套逐束团束流位置测量（BPM）电子学系统,电子学的硬件部分由模拟信号采集板卡和数字信号处理板卡组成,软件部分由底层固件和顶层应用软件组成。系统的采样频率为500 MHz,带宽为1 GHz,对来自储存环BPM探头的4路模拟信号进行数字化,得到束团幅度数据,利用ZYNQ芯片计算出每个束团在真空管道中的位置。逐束团BPM电子学在实验室的测试结果为：输入信号峰峰值小于1.8 V时ADC通道非线性度小于1%,无杂散动态范围约60 dB,灵敏度系数取8.26 mm时位置分辨率优于10 μm,测试结果满足HEPS逐束团BPM的需求。     

EPICS interface to Libera electron beam position monitor

SSRF diagnostics system will adopt a new generation digital electron beam position processor,Libera,as the signal condition,signal processing and data acquisition device for beam position monitor.In order to provide a uniform data and control interface for users,we developed an EPICS interface based on Control System Programming Interface(CSPI)layer,allowing the performance of the electron beam to be monitored through EPICS channels.In this interface a new record type for BPM was defined and its associated support routines were implemented.     

An on-line data acquisition system of oscilloscope-embedded input/output controller for cavity BPM measurement

Cavity beam position monitor(BPM) is widely used in a precise electron beam position measurement. Based on high performance oscilloscope-embedded EPICS input/output controller,we developed an on-line cavity BPM signal processing system for fast data acquisition solution when designing a cavity BPM.Also,methods for extracting the position information from cavity pickup signals and calibration algorithm are included in this solution.     

数字BPM电子学在束流位置测量中流强依赖性研究

在BPM测量系统中,流强依赖(BCD)是影响BPM测量精度和可靠性的一个重要因素,本文通过对BPM信号处理链路分析、BPM计算方法的研究,探索在BPM测量过程中产生流强依赖的主要原因;并利用Matlab模拟实验、实验室测试、实际束流测试,找到解决BPM测量流强依赖的方法。研究结果表明,BPM信号处理通道的非线性、ADC的直流偏置是产生BPM测量流强依赖的两个主要因素。本文经过对BPM射频信号处理电路改进,对BPM信号算理算法的优化工作,解决了自研数字BPM电子学的流强依赖性问题。     

束流位置探头用于束团电荷量测量的数值仿真研究

加速器常用的束流位置探头为电磁耦合型,其输出信号包括束流位置信息和束团电荷量信息.本文采用数值仿真方法研究探头电极和信号与束流位置之间的关系,基于Matlab开发一个用于仿真计算探头电荷量标定系数的软件包.对上海光源储存环束流位置探头的仿真结果表明,探头流强标定系数在2.5 mm半径内差值小于千分之二,在此精度范围内可认为流强标定系数为常数.