ビームポジションモニター（BPM）
ELECTRON
線形加速器およびシンクロトンで使用することを想定した製品です。異なる技術とフォームファクターに基づいた複数の機種が用意されており、それぞれ異なるレベルの測定性能と機能を提供します。BPMピックアップタイプは、ボタン型、ストリップライン型、およびキャビティ型ピックアップに対応しています。
ELECTRON
線形加速器およびシンクロトンで使用することを想定した製品です。異なる技術とフォームファクターに基づいた複数の機種が用意されており、それぞれ異なるレベルの測定性能と機能を提供します。BPMピックアップタイプは、ボタン型、ストリップライン型、およびキャビティ型ピックアップに対応しています。Libera Brilliance+（シンクロトロン用高性能モデル）
Libera Brilliance+は、ブースターリングと蓄積リングの両方において、電子シンクロトロン加速器のニーズに合わせて、特別に開発された高精度BPM信号処理システムです。様々なデータレートと帯域幅で同時に高精度な電子ビーム位置測定が可能で、優れたビーム電流依存性特性、サブミクロンレベルの位置測定分解能、そしてチャンネル間の低クロストークを実現しています。実績のある技術と、前機種であるLibera BrillianceおよびLibera Electronで培われた豊富な経験と知識に基づいて開発されました。Libera Brilliance+は、ボタンピックアップからの入力信号に最適化されています。ピックアップからの信号は、アナログ信号処理、高速ADCによるデジタル化、デジタル信号処理からなる信号処理チェーンで処理されます。ユーザーは、異なるサンプリングレート、帯域幅、分解能を持つ4つのデータパスを利用できます。4つのデータパスすべてで同時にデータ取得が可能です（ADC生データ、ターンバイターンデータ、高速取得データ、低速取得データ）。デジタル信号処理は、プログラム可能な帯域幅をサポートし、パルス、ファーストターン、ターンバイターン、通常の閉軌道など、様々なモードで必要なすべての位置測定に対応できます。
モジュール式のプラットフォームには、最大4つのBPMモジュール（各4チャンネル）、タイミングモジュール、およびギガビットデータ交換（GDX）モジュールを搭載できます。
Libera Brilliance+の最大の特長は、電子回路およびRFケーブル（Libera XBS FEを使用）のドリフトを補正するアクティブ機能です。
利 点
- 迅速な試運転と機械物理特性評価のための汎用ツール
- 機械の特性評価と最適化のための独自の計測器
- 生ADCデータとターン毎のデータによる、初回回転時の詳細なシングルバンチ計測
- 最大4つのBPMモジュールを搭載した2Uフォームファクタ
- ユーザー開発アプリケーションのためのオープンリソース
- 最新のKintex Ultrascale+ FPGA
- 多様なインターフェース（EPICS、TANGO、HTTP、MATLABなど）
データ処理
Libera Brilliance+の信号処理チェーンは、アナログ信号処理、高速ADCのためのデジタル化、およびデジタル信号処理で構成されています。入力信号は、PLL制御による100～125MHzのサンプリング周波数でサンプリングされます。生のADCデータはバッファに格納され、時間領域処理ブロック（TDP）と周波数領域処理ブロック（DDC、I&Q復調）によってさらに処理されます。
ターン by ターンの処理は、処理遅延、オフセット、マスキングウィンドウによって微調整できます。最初のターンやその他の機械解析データは、ハードウェアまたはソフトウェアトリガーを使用してオンデマンドで利用可能です。
Libera Brilliance+は、異なるサンプリングレート、帯域幅、解像度を持つ複数のデータパスを提供します。4つの主要なデータパス（ADC生データ、ターンごとのデータ、高速取得データ、低速取得データ）すべてで同時にデータ取得を実行できます。オプションとして、高速取得データはGDXモジュール（小型プラグインスロット）を介して10～30 kS/sのデータレートで提供され、高速グローバル軌道フィードバックの入力データとして使用されます。
インターフェース
本装置はMTCA.0モジュール技術に基づいており、1台の2U 19インチシャーシに最大4つのBPMモジュールを搭載できます。GDXモジュールやSERモジュールなどの拡張モジュールを追加するためのスペースも確保されています。これらのモジュールは、装置内部で完全に動作するFOFBアプリケーションの構築に使用できます。
ハードウェアインターフェースに加え、制御とモニタリングにはソフトウェアインターフェースが不可欠です。装置内部では、独自のソフトウェアフレームワーク（Libera BASE）が動作し、FPGAや低レベルファームウェアとのインターフェース、および具体的なアプリケーションのホストとして機能します。このソフトウェアフレームワークの上には、様々な制御システムサーバーとインターフェースする上位レイヤーが存在します。通常、サーバーは装置内部で動作します（例：EPICS、TANGO、HTTPなど）。
拡張機能：高速軌道フィードバックアプリケーション、シリアルI/Oインターフェース。
Libera Brilliance+で最も一般的に使用されるインターフェースは、EPICSとTANGOです。
高速軌道フィードバック
完全な軌道フィードバックソリューションは、プラットフォームBをベースとした複数のLibera機器で構成され、すべてにGDXモジュールが搭載されています。これにより、光ネットワークを介して軌道ビーム位置データを交換できます。
各GDXモジュール内部では、専用のデータ処理によって、磁石コントローラ（オプションのSERまたはSER IIモジュール経由）に適用する補正値が計算されます。補正は、局所的にも全体的にも行うことができます。概略図を以下に示します。
各GDXモジュール内部では、専用のデータ処理によって、磁石コントローラ（オプションのSERまたはSER IIモジュール経由）に適用する補正値が計算されます。補正は、局所的にも全体的にも行うことができます。概略図を以下に示します。
スタンドアロン型の軌道フィードバックソリューションも可能なトポロジーの一つで、GDXモジュール（オプションでSER/SER IIモジュールも搭載）を備えたLibera Platform B機器を1台または2台使用します。グローバル軌道データは、専用のブロードバンドネットワークを介してBPMエレクトロニクス間で交換されるか、データサーバーに集約されます。グローバル軌道データパケットは、銅線または光ファイバーリンクを介してGDXモジュールに供給する必要があります。モジュール内部の軌道フィードバックアプリケーションは、カスタムアルゴリズムとデータ処理を適用してから、マグネットコントローラ（ローカルまたはグローバル）に送信します。概略図を以下に示します。
仕 様
| Capabilities | |
|---|---|
| BPM slots | 1-4 |
| Supported input frequency range | <700 MHz |
| A/D conversion | 130 MHz/16 bit |
| Cooling | Active (fans) |
| Power supply | 110/220 V |
| Timing signals | Electrical (4)/Optical |
| Calibration | Crossbar switch DSC Libera XBS FE |
| Fast data links | RJ-45 & SFP |
| Maximum input signal * | <+4 dBm continuous |
| Input gain/attenuation | Programmable, 31dB, automatic mode |
| Temperature drift, typical | 0.2 μm/°C |
| Position RMS at bunch-by-bunch data rate | 0.5 μm ** |
| Position RMS at fast 10 kHz data rate | 0.07 μm ** |
| Position RMS at slow 10 Hz data rate | 0.02 μm ** |
| Position RMS at single bunch | / |
| Position RMS at macro pulse/continuous wave | / |
| Dimensions | H: 2 U, W: 19” (rack mountable),D: 310 mm |
** Measured with K=10 mm
*** Depends on setup configuration
**** Requires Libera Pilot Tone FE - see page 40
| Functionalities | |
|---|---|
| Bunch-by-bunch processing | |
| Turn-by-turn processing | Yes, multi-bunch option |
| Real-time data streaming | Optional * |
| Slow data | Yes |
| Gain control | Yes (automatic) |
| Multi-chassis synchronization | Reference clock with PLL |
| Data time stamping | Yes |
| Interlock detection and output | Yes |
| Postmortem capability | Yes |
| Single-pass measurement | Yes |
| Frequency down-conversion | Direct (with ADCs) |
| Additional Digital I/O channels and Analog output | No |
| Closed Orbit Feedback Application | Yes, see page 35 |
** Requires additional modules
Libera Brilliance+ は以下の施設で使用されています。
- KEK LINAC, SUPER KEK B, PF-AR, KEK B – The High Energy Accelerator Research Organization-KEK, Japan
- SAGA – Kyushu Synchrotron Light Research Center (SAGA), Japan
- SPring-8 – Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), Japan
- HiSOR – Hiroshima Synchrotron Radiation Center, Japan
- CHUBU=Aichi Synchrotron-Nagoya University, Japan
- APS – Argonne National Laboratory (ANL), USA
- Synchrotron Soleil – Synchrotron SOLEIL, France
Libera Spark ERXR/ERPT（シンクロトロン用コスト効率モデル）
Libera Spark ERXR / ERPTは、シンクロトン向けに開発された最先端のビーム位置プロセッサです。単一のBPMピックアップ（4チャンネル）からの読み出しをサポートし、周波数領域と時間領域の両方でデータを処理します。ERPTバージョンはLibera Pilot Tone FEをサポートし、2つのRF周波数で入力信号を処理します。この装置はリアルタイムデータストリーム（例：10kHz）を出力でき、機械保護システム（インターロック検出）と統合できます。特 長
- 高分解能測定
ターンbyターン方式のデータレートで、通常サブミクロンRMSの測定精度を実現します。 - プログラマブルアッテネータ
15dBの入力アッテネータと31dBの内部アッテネータにより、最適な信号範囲調整が可能です。 - 同期機能
複数の計測器を基準クロック（ターンバイターン方式）とPLLを介して同期させることができ、機器間のシームレスな統合と高精度な測定を実現します。 - 高効率ハードウェアプラットフォーム
低消費電力設計で、Power-over-Ethernet（PoE）給電に対応しています。ノイズを発生せず、強制冷却も不要です。 - 制御システム互換性
EPICSおよびTANGO制御システムを標準でサポートし、その他のインターフェース（Python、HTTP、Telnet）にも対応しています。
信号処理
入力信号は、内部（PLL制御）または外部で生成可能な公称サンプリング周波数でサンプリングされます。A/Dコンバータは14ビットの分解能を持ち、最大125MHzのサンプリング周波数に対応しています。
ビーム位置計算式は、対角または直交のピックアップ方向に合わせて設定でき、スケーリングおよびオフセットパラメータをサポートします。位置はターンごとのデータレートで計算され、さらに低データレートおよび低帯域幅にフィルタリングされます。
バッファからのデータは、複数のクライアントに並列で提供されます。さらに、リアルタイムデータストリームはCPUとは独立して読み取ることができ、リアルタイムアプリケーション（フィードバックループなど）向けに設計されています。
データ処理
入力信号は、公称サンプリング周波数でサンプリングされます。BPMピックアップからの信号はフィルタリングされ、100～125MHzのPLL制御サンプリング周波数でサンプリングされます。 生のADCデータはバッファに格納され、時間領域処理ブロック（TDP）と周波数領域処理ブロック（DDC、I&Q復調）によってさらに処理されます。オプションとして、特別な機器バージョンでは、パイロットトーン信号用の追加のDDCブロックがサポートされます。
ターンbyターン処理ブロックは、処理遅延、オフセット、マスキングウィンドウによって微調整できます。両ソースからのターンbyターンデータは、数百万ターンを格納できる円形バッファに書き込まれます。データは、トリガー、オンデマンド、オフセット付きなど、さまざまなモードで読み出すことができます。
時間領域処理ブロックからのターンbyターンデータは、特に機械の試運転や、単一バンチ・単一ターン軌道の測定に役立ちます。
高速データと低速データは、それぞれ2kHzと5Hzの帯域幅を持つFIRフィルタを使用して、ターンbyターンデータから生成されます。オプションで、高速データは専用のRJ-45インターフェースを介してリアルタイムデータストリームとして出力できます。
Libera Spark ERXR/ERPT フロントパネル
Libera Spark ERXR背面パネルとLibera Spark ERPT背面パネル（ブロック図）
拡張機能：インターロック出力、リアルタイムデータストリーミング、アナログ出力、デジタル（シリアル）I/O。
チュートリアル
デモンストレーション目的で、Libera SparkはQtグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）で完全に制御できます。これは、SCPIの設定/読み取りコマンドを介してLibera Sparkに接続するnetcatユーティリティを使用します。下記リンクより、例の図とチュートリアルビデオをご覧ください。
仕 様
| Capabilities | ||
|---|---|---|
| ERXR | ERPT | BPM slots | 1 | 1 |
| Supported input frequency range | <750 MHz | <750 MHz |
| A/D conversion | 125 MHz/14 bit | 125 MHz/14 bit |
| Cooling | Passive | Passive |
| Power supply | PoE | PoE |
| Timing signals | Electrical (3) * | Electrical (3) * |
| Calibration | Manual | Pilot Tone **** |
| Fast data links | RJ-45 | RJ-45 |
| Maximum input signal * | <+5 dBm continuous | <-10 dBm continuous |
| Input gain/attenuation | Programmable, 31dB | Programmable, 31dB |
| Temperature drift, typical | 2 μm/°C | <1 μm/°C *** |
| Position RMS at bunch-by-bunch data rate | 0.3 μm ** | 1 μm *** |
| Position RMS at fast 10 kHz data rate | 0.04 μm ** | 1 μm *** |
| Position RMS at slow 10 Hz data rate | 0.02 μm ** | 0.05 μm *** |
| Position RMS at single bunch | <10 μm ** | / |
| Position RMS at macro pulse/continuous wave | / | / |
| Dimensions | H: 1 U, W: 9.5” (rack mountable with a kit),D: 210 mm | H: 1 U, W: 9.5” (rack mountable with a kit),D: 210 mm |
** Measured with K=10 mm
*** Depends on setup configuration
**** Requires Libera Pilot Tone FE - see page 40
| Functionalities | ||
|---|---|---|
| ERXR | ERPT | |
| Bunch-by-bunch processing | No (only single bunch/single turn) | |
| Turn-by-turn processing | Yes | Yes |
| Real-time data streaming | Optional * | Yes |
| Slow data | Yes | Yes |
| Gain control | Yes | Yes |
| Multi-chassis synchronization | Reference clock with PLL | Reference clock with PLL |
| Data time stamping | Yes | Yes |
| Interlock detection and output | Optional ** | Optional ** |
| Postmortem capability | No | No |
| Single-pass measurement | No | No |
| Frequency down-conversion | Direct (with ADCs) | Direct (with ADCs) |
| Additional Digital I/O channels and Analog output | Optional ** | Optional ** |
| Closed Orbit Feedback Application | No | No |
| * Requires additional modules | GbE interface | GDX module |
| ** Requires additional modules | DAI module | |
Libera Spark ERXR/ERPT は以下の施設で使用されています。
- PF – The High Energy Accelerator Research Organization-KEK, Japan
- HiSOR – Hiroshima Synchrotron Radiation Center, Japan
- CHUBU=AICHI SYNCHROTRON-Nagoya University, Japan
- UVSOR facility – National Institute of Natural Sciences Institute of Molecular Science, Japan
- APS – Argonne National Laboratory-ANL, USA
Libera Single Pass E（LINAC/ TL用高性能モデル）
Libera Single Pass Eは、シングルパスビーム位置プロセッサで、高精度なビーム位置測定を実現します。柔軟なデジタル信号処理により、シングルバンチからCWまで様々なパターンに対応し、機械保護システム（インターロック検出）との統合も可能です。モジュール式プラットフォームには、最大4つのBPMモジュール、タイミングモジュール、そしてオプションでリアルタイムデータストリーミング用のギガビットデータ交換（GDX）モジュールを搭載できます。利 点
- アナログおよびリアルタイムデジタル信号処理と高度なソフトウェア
- 入力信号の内部位相調整
- 1つの筐体に最大4つのビームプロセッサを搭載可能
- あらゆる制御システムに容易に統合可能
データ処理
Libera Single Pass Eの信号処理チェーンは、アナログ信号処理、高速ADCによるデジタル化、およびデジタル信号処理で構成されています。以下のビームモードに対応可能です。- シングルバンチモード
- バンチトレインモード
- CW – 連続波
- 様々なバンチ構造
データ処理は外部トリガー信号に基づいて開始されます。検出器からの短い信号は、まずアナログボード上のバンドパスフィルタによって長波長化されます（フィルタは加速器のパラメータに応じて設計されます）。その後の信号処理は、特定のビームモードにおける処理ウィンドウを定義する様々なパラメータによって決定されます。
信号エネルギーは、処理ウィンドウで定義された信号から計算されます。4つの振幅すべてを計算した後、X座標とY座標の式を用いて位置が計算されます。位置計算には4つのオプションがあります。
- 直交ピックアップ方向
線形式、多項式（3次） - 対角ピックアップ方向
線形式、多項式（3次）
ビーム構造が長い場合、適切な信号ウィンドウ処理に基づいて同様のデータ処理が行われます。データ計算は外部トリガーで開始され、バンチ構造が終了すると自動的に停止します。間引きされたデータバッチは制御システムで利用可能です。CW動作の場合、装置は間引きされたビーム位置データを連続的に処理して出力します。この場合、外部低周波基準トリガー信号が必要です。
Libera Single Pass E フロントパネル
拡張機能：リアルタイムデータストリーミング、シリアルI/Oインターフェース。
アクセサリ：Libera DWC
仕 様
| Capabilities | |
|---|---|
| BPM slots | 1-4 |
| Supported input frequency range | <700 MHz |
| A/D conversion | 160 MHz/16 bit |
| Cooling | Active (fans) |
| Power supply | 110/220 V |
| Timing signals | Electrical (4)/Optical |
| Calibration | Manual/Static |
| Fast data links | RJ-45 & SFP |
| Maximum input signal * | <7 V peak pulse voltage |
| Input gain/attenuation | Programmable, 31dB |
| Temperature drift, typical | 0.3 μm/°C |
| Position RMS at bunch-by-bunch data rate | / |
| Position RMS at fast 10 kHz data rate | / |
| Position RMS at slow 10 Hz data rate | / |
| Position RMS at single bunch | 1 μm ** |
| Position RMS at macro pulse/continuous wave | <1 μm |
| Dimensions | H: 2 U, W: 19” (rack mountable),D: 310 mm |
** Measured with K=10 mm
*** Depends on setup configuration
**** Requires Libera Pilot Tone FE - see page 40
| Functionalities | |
|---|---|
| Bunch-by-bunch processing | Yes |
| Turn-by-turn processing | No |
| Real-time data streaming | Optional * |
| Slow data | No |
| Gain control | Yes |
| Multi-chassis synchronization | Trigger-based |
| Data time stamping | Trigger-counter |
| Interlock detection and output | Yes |
| Postmortem capability | No |
| Single-pass measurement | Yes |
| Frequency down-conversion | Optional *** |
| Additional Digital I/O channels and Analog output | No |
| Closed Orbit Feedback Application | No |
| * Requires additional modules | |
| ** Requires additional modules | DAI module |
| *** Requires additional modules | Libera DWC |
Libera Spark EL（LINAC/ TL用コスト効率モデル）
Libera Spark ELは、シングルBPMからの読み出しをサポートする高精度なビーム位置プロセッサです。柔軟なデジタル信号処理により、短いマクロパルスからCWまで、さまざまなパターンを処理し、カスタマイズが可能且つ多様なデータレートで結果を出力できます。本装置はリアルタイムデータストリームを出力でき、機械保護システム（インターロック検出）と統合可能です。利 点
- 価格と性能のバランス
- コンパクトで堅牢な設計
- Power over Ethernet（PoE）対応
- ソースコード提供
- メンテナンス不要
- EPICS、Tango、MATLAB対応
インターフェース
拡張機能：インターロック出力、リアルタイムデータストリーミング、アナログ出力、デジタル（シリアル）I/O。
アクセサリ：Libera DWC
Libera Spark ELT は以下の施設で使用されています。
- c-ERL, PF-AR, KEK B – The High Energy Accelerator Research Organization-KEK, Japan
- SACLA, SPring-8 – Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), Japan
- APS – Argonne National Laboratory-ANL, USA
- SPEAR3 – Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), USA
仕 様
| Capabilities | |
|---|---|
| BPM slots | 1 |
| Supported input frequency range | <750 MHz |
| A/D conversion | 1250 MHz/16 bit |
| Cooling | Passive |
| Power supply | PoE |
| Timing signals | Electrical (up to 3) * |
| Calibration | Manual/Static |
| Fast data links | RJ-45 |
| Maximum input signal * | <5 V peak pulse voltage |
| Input gain/attenuation | Programmable, 31dB |
| Temperature drift, typical | 0.3 μm/°C |
| Position RMS at bunch-by-bunch data rate | / |
| Position RMS at fast 10 kHz data rate | / |
| Position RMS at slow 10 Hz data rate | / |
| Position RMS at single bunch | 4 μm ** |
| Position RMS at macro pulse/continuous wave | <4 μm |
| Dimensions | H: 1 U, W: 9.5” (rack mountable with a kit), D: 210 mm |
** Measured with K=10 mm
*** Depends on setup configuration
**** Requires Libera Pilot Tone FE - see page 40
| Functionalities | |
|---|---|
| Bunch-by-bunch processing | Yes |
| Turn-by-turn processing | No |
| Real-time data streaming | Optional * |
| Slow data | No |
| Gain control | Yes |
| Multi-chassis synchronization | Trigger-based |
| Data time stamping | Trigger-counter |
| Interlock detection and output | Optional ** |
| Postmortem capability | No |
| Single-pass measurement | Yes |
| Frequency down-conversion | Optional *** |
| Additional Digital I/O channels and Analog output | Optional ** |
| Closed Orbit Feedback Application | No |
| * Requires additional modules | GDX module |
| ** Requires additional modules | |
| *** Requires additional modules | Libera DWC |
Libera Cavity BPM（リニアック用高性能モデル）
空洞ビーム位置モニタリング（Cavity BPM）は、狭帯域幅を特徴とする共振方式を採用しているため、リニアックにおいて優れた位置分解能を実現します。この狭帯域幅により、ノイズを効果的に除去し、空洞の共振周波数内でのビーム誘起応答を増幅することで信号強度が向上します。これらの利点を最大限に活用するには、高精度な読み出し回路が不可欠です。Libera CavityBPMは、これらの共振器信号を高精度で処理するように特別に設計されており、特に高精度な位置測定が求められるFELアンジュレーター部や相互作用点に適しています。このシステムは、低Q値および高Q値のSバンドおよびCバンドキャビティからの信号を処理し、単一バンチレベルで非常に高精度なビーム位置測定値をユーザーに提供します。
利 点
- サブマイクロメートル測定機能
- SバンドおよびCバンド共振器信号を直接処理
- 校正済み可変減衰器による拡張ダイナミックレンジ
- 低Q値共振器を用いたシングルバンチ測定機能（最小16ナノ秒のバンチ間隔に対応）
- 校正済み位置読み出し
データ処理
Libera CavityBPMは、周波数変換と中間周波数サンプリングによって共振器信号を取得します。校正済みの可変減衰器により、装置のダイナミックレンジがさらに向上します。信号はその後、FPGAレベルで処理されます。
次に、特殊な逆畳み込みフィルタリング手法を用いて、部分的に重なり合ったビーム群を分離します。その後、時間領域位置計算アルゴリズムを用いて、個々のビーム群のビーム位置を決定します。
パフォーマンス
標準的な位置読み出しの標準偏差は、フルスケール1mm、ダイナミックレンジ32dBにおいて、1µm RMS未満です。（ただし、共振器の感度、利用可能な信号強度、位置測定範囲などの他の要因にも依存します。）インターフェース
拡張機能：インターロック出力、リアルタイムデータSFPストリーミング
Libera Cavity BPM は以下の施設で使用されています。
- SPring-8 – Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), Japan
- CLARA – STFC Daresbury Laboratory (STFC ASTeC), United Kingdom
- Eli Beamlines – Extreme Light Infrastructure (ELI), Chzech Republic
- ELI-NP, EuPRAXIA – Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, Italy
仕 様
| Capabilities | |
|---|---|
| BPM slots | 1 |
| Supported input frequency range | <6.5 GHz |
| A/D conversion | 500 MHz/14 bit |
| Cooling | Passive |
| Power supply | 110/220 V |
| Timing signals | Electrical (up to 3) * |
| Calibration | Manual/Static |
| Fast data links | SFP (optional) |
| Maximum input signal * | 16 dBm |
| Input gain/attenuation | Programmable, 31dB |
| Temperature drift, typical | 0.3 μm/°C |
| Position RMS at bunch-by-bunch data rate | / |
| Position RMS at fast 10 kHz data rate | / |
| Position RMS at slow 10 Hz data rate | / |
| Position RMS at single bunch | <1 μm |
| Position RMS at macro pulse/continuous wave | <1 μm |
| Dimensions | H: 1 U, W: 19” (rack mountable),D: 236 mm |
| Functionalities | |
|---|---|
| Bunch-by-bunch processing | Yes |
| Turn-by-turn processing | No |
| Real-time data streaming | Optiona |
| Slow data | No |
| Gain control | Yes |
| Multi-chassis synchronization | Trigger-based |
| Data time stamping | Trigger-counter |
| Interlock detection and output | No |
| Postmortem capability | No |
| Single-pass measurement | Yes |
| Frequency down-conversion | Internal (with mixer) |
| Additional Digital I/O channels and Analog output | No |
| Closed Orbit Feedback Application | No |
Libera Brilliance+（シンクロトロン用高性能モデル）
Libera Brilliance+は、ブースターリングと蓄積リングの両方において、電子シンクロトロン加速器のニーズに合わせて、特別に開発された高精度BPM信号処理システムです。様々なデータレートと帯域幅で同時に高精度な電子ビーム位置測定が可能で、優れたビーム電流依存性特性、サブミクロンレベルの位置測定分解能、そしてチャンネル間の低クロストークを実現しています。実績のある技術と、前機種であるLibera BrillianceおよびLibera Electronで培われた豊富な経験と知識に基づいて開発されました。Libera Brilliance+は、ボタンピックアップからの入力信号に最適化されています。ピックアップからの信号は、アナログ信号処理、高速ADCによるデジタル化、デジタル信号処理からなる信号処理チェーンで処理されます。ユーザーは、異なるサンプリングレート、帯域幅、分解能を持つ4つのデータパスを利用できます。4つのデータパスすべてで同時にデータ取得が可能です（ADC生データ、ターンバイターンデータ、高速取得データ、低速取得データ）。デジタル信号処理は、プログラム可能な帯域幅をサポートし、パルス、ファーストターン、ターンバイターン、通常の閉軌道など、様々なモードで必要なすべての位置測定に対応できます。
モジュール式のプラットフォームには、最大4つのBPMモジュール（各4チャンネル）、タイミングモジュール、およびギガビットデータ交換（GDX）モジュールを搭載できます。
Libera Brilliance+の最大の特長は、電子回路およびRFケーブル（Libera XBS FEを使用）のドリフトを補正するアクティブ機能です。
利 点
- 迅速な試運転と機械物理特性評価のための汎用ツール
- 機械の特性評価と最適化のための独自の計測器
- 生ADCデータとターン毎のデータによる、初回回転時の詳細なシングルバンチ計測
- 最大4つのBPMモジュールを搭載した2Uフォームファクタ
- ユーザー開発アプリケーションのためのオープンリソース
- 最新のKintex Ultrascale+ FPGA
- 多様なインターフェース（EPICS、TANGO、HTTP、MATLABなど）
データ処理
Libera Brilliance+の信号処理チェーンは、アナログ信号処理、高速ADCのためのデジタル化、およびデジタル信号処理で構成されています。入力信号は、PLL制御による100～125MHzのサンプリング周波数でサンプリングされます。生のADCデータはバッファに格納され、時間領域処理ブロック（TDP）と周波数領域処理ブロック（DDC、I&Q復調）によってさらに処理されます。
ターン by ターンの処理は、処理遅延、オフセット、マスキングウィンドウによって微調整できます。最初のターンやその他の機械解析データは、ハードウェアまたはソフトウェアトリガーを使用してオンデマンドで利用可能です。
Libera Brilliance+は、異なるサンプリングレート、帯域幅、解像度を持つ複数のデータパスを提供します。4つの主要なデータパス（ADC生データ、ターンごとのデータ、高速取得データ、低速取得データ）すべてで同時にデータ取得を実行できます。オプションとして、高速取得データはGDXモジュール（小型プラグインスロット）を介して10～30 kS/sのデータレートで提供され、高速グローバル軌道フィードバックの入力データとして使用されます。
インターフェース
本装置はMTCA.0モジュール技術に基づいており、1台の2U 19インチシャーシに最大4つのBPMモジュールを搭載できます。GDXモジュールやSERモジュールなどの拡張モジュールを追加するためのスペースも確保されています。これらのモジュールは、装置内部で完全に動作するFOFBアプリケーションの構築に使用できます。
ハードウェアインターフェースに加え、制御とモニタリングにはソフトウェアインターフェースが不可欠です。装置内部では、独自のソフトウェアフレームワーク（Libera BASE）が動作し、FPGAや低レベルファームウェアとのインターフェース、および具体的なアプリケーションのホストとして機能します。このソフトウェアフレームワークの上には、様々な制御システムサーバーとインターフェースする上位レイヤーが存在します。通常、サーバーは装置内部で動作します（例：EPICS、TANGO、HTTPなど）。
拡張機能：高速軌道フィードバックアプリケーション、シリアルI/Oインターフェース。
Libera Brilliance+で最も一般的に使用されるインターフェースは、EPICSとTANGOです。
高速軌道フィードバック
完全な軌道フィードバックソリューションは、プラットフォームBをベースとした複数のLibera機器で構成され、すべてにGDXモジュールが搭載されています。これにより、光ネットワークを介して軌道ビーム位置データを交換できます。
各GDXモジュール内部では、専用のデータ処理によって、磁石コントローラ（オプションのSERまたはSER IIモジュール経由）に適用する補正値が計算されます。補正は、局所的にも全体的にも行うことができます。概略図を以下に示します。
各GDXモジュール内部では、専用のデータ処理によって、磁石コントローラ（オプションのSERまたはSER IIモジュール経由）に適用する補正値が計算されます。補正は、局所的にも全体的にも行うことができます。概略図を以下に示します。
スタンドアロン型の軌道フィードバックソリューションも可能なトポロジーの一つで、GDXモジュール（オプションでSER/SER IIモジュールも搭載）を備えたLibera Platform B機器を1台または2台使用します。グローバル軌道データは、専用のブロードバンドネットワークを介してBPMエレクトロニクス間で交換されるか、データサーバーに集約されます。グローバル軌道データパケットは、銅線または光ファイバーリンクを介してGDXモジュールに供給する必要があります。モジュール内部の軌道フィードバックアプリケーションは、カスタムアルゴリズムとデータ処理を適用してから、マグネットコントローラ（ローカルまたはグローバル）に送信します。概略図を以下に示します。
仕 様
| Capabilities | |
|---|---|
| BPM slots | 1-4 |
| Supported input frequency range | <700 MHz |
| A/D conversion | 130 MHz/16 bit |
| Cooling | Active (fans) |
| Power supply | 110/220 V |
| Timing signals | Electrical (4)/Optical |
| Calibration | Crossbar switch DSC Libera XBS FE |
| Fast data links | RJ-45 & SFP |
| Maximum input signal * | <+4 dBm continuous |
| Input gain/attenuation | Programmable, 31dB, automatic mode |
| Temperature drift, typical | 0.2 μm/°C |
| Position RMS at bunch-by-bunch data rate | 0.5 μm ** |
| Position RMS at fast 10 kHz data rate | 0.07 μm ** |
| Position RMS at slow 10 Hz data rate | 0.02 μm ** |
| Position RMS at single bunch | / |
| Position RMS at macro pulse/continuous wave | / |
| Dimensions | H: 2 U, W: 19” (rack mountable),D: 310 mm |
** Measured with K=10 mm
*** Depends on setup configuration
**** Requires Libera Pilot Tone FE - see page 40
| Functionalities | |
|---|---|
| Bunch-by-bunch processing | |
| Turn-by-turn processing | Yes, multi-bunch option |
| Real-time data streaming | Optional * |
| Slow data | Yes |
| Gain control | Yes (automatic) |
| Multi-chassis synchronization | Reference clock with PLL |
| Data time stamping | Yes |
| Interlock detection and output | Yes |
| Postmortem capability | Yes |
| Single-pass measurement | Yes |
| Frequency down-conversion | Direct (with ADCs) |
| Additional Digital I/O channels and Analog output | No |
| Closed Orbit Feedback Application | Yes, see page 35 |
** Requires additional modules
Libera Brilliance+ は以下の施設で使用されています。
- KEK LINAC, SUPER KEK B, PF-AR, KEK B – The High Energy Accelerator Research Organization-KEK, Japan
- SAGA – Kyushu Synchrotron Light Research Center (SAGA), Japan
- SPring-8 – Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), Japan
- HiSOR – Hiroshima Synchrotron Radiation Center, Japan
- CHUBU=Aichi Synchrotron-Nagoya University, Japan
- APS – Argonne National Laboratory (ANL), USA
- Synchrotron Soleil – Synchrotron SOLEIL, France
Libera 2BPMRTM : a MTCA.4 Rear Transition Module (RTM)
2つのビーム位置モニター（8チャンネル）からの信号を処理およびデジタル化することを目的としたMTCA.4リアトランジションモジュール（RTM）です。
制御信号に加え、生のADCデータもD1.2コネクタを介してDAMC-UNIZUPモジュールに転送されます。
特 長
- 125MHz 16ビットA7Dコンバータを搭載した8チャンネル入力
- カスタムフィルタリングと増幅機能を備えたアナログフロントエンド
- 外部スイッチングモジュールを制御するためのRJ-45インターフェース
- AMCモジュール用のD1.2バックプレーンコネクタ
- FPGAおよびソフトウェアのサポート
DAMC-UNIZUP: high-performance MTCA.4 AMC board
DAMC-UNIZUPは、AMD Zynq Ultrascale+ MPSoCをベースとした、汎用性と高性能を兼ね備えたMTCA.4 AMCボードです。特 長
DAMC-UNIZUP AMCボードは、豊富なRTM I/O接続性を重視して開発されましたが、PCIe、SATA、イーサネット、M-LVDS、MGT p2pリンクといった標準的なAMCバックプレーン接続も備えています。標準のDESY MMCスタンプは、IPMI管理機能、システム内ファームウェアアップデート、およびリモートアクセスを担います。アセンブリオプションに応じて、RTMインターフェースはD1.2またはD1.3デジタル規格接続に対応し、JESD204B/C、シリアルLVDS、パラレルLVDS/LVCMOSなどのADC/DACインターフェースを実装できます。
ZynqMPプロセッサシステム（PS）は、最大4つのARM 64ビットCPUコアを搭載し、最大1.5GHz*で動作します。PSとPLそれぞれに独立した4GB DDR4メモリバンクが用意されており、測定バッファに十分な容量を提供するとともに、優れたOSサポートを実現します。
ボードはSDカード、QSPIフラッシュ、またはeMMCから起動でき、USB-CとDisplayPortに対応しているため、従来のモニター/キーボード/マウスコンソールを備えたフルワークステーションとして使用できます。
フロントパネルには、最大12.5/16.375Gbpsのデータレートで高速シリアル通信を実現する4つのSFP+ポートと、柔軟なクロック供給に対応したSMAクロックI/Oが搭載されています。このツリーには、外部クロックの取得と生成を可能にする2つのPLLクロックマネージャ、高速トリガー、および標準的なDESYインターブロックインターフェースが搭載されています。
仕 様
| Capabilities | Details |
|---|---|
| MPSoC Options | AMD Zynq UltraScale+ XCZU7EG or XCZU11EG |
| CPU | Dual/Quad-Core ARM Cortex-A53, 1.2 up to 1.5 GHz* |
| Memory | 4 GB DDR4 (PS) at 2400 MT/s + 4 GB DDR4 (PL) at 2666 MT/s* |
| PCIe | Gen 3 x4 or Gen3 x8 support, depending on RTM class configuration |
| Connectivity | 4x SFP+ (12.5/16.375 Gbps), USB Type-C DisplayPort, USB 3.0, IX trigger and interlock connectors |
| Clocking | Flexible clocking with backplane (TCLK) and front-panel clock I/O, 2 PLLs and White Rabbit receiver support |
| Trigger Inputs | 4x fast trigger differential inputs (LVDS, IX Type A) and 4x slow trigger inputs (RS-485, IX Type B) on the front panel |
| Storage | SD 3.0 (UHS) card slot (front panel) and 8 GB eMMC |
| Compliance | MTCA.4.1 D1.2/D1.3, full M-LVDS and DESY interlock support |
| Supported Tools | AMD Vivado, Petalinux, Yocto, SDSoC, and more |
| RTM class | D1.2 or D1.3 configuration support (assembly option) |
| Debug | Support for JSM via backplane, dual USB command line (front panel) and Serial-over-IPMI support |
Libera Spark ERXR/ERPT（シンクロトロン用コスト効率モデル）
Libera Spark ERXR / ERPTは、シンクロトン向けに開発された最先端のビーム位置プロセッサです。単一のBPMピックアップ（4チャンネル）からの読み出しをサポートし、周波数領域と時間領域の両方でデータを処理します。ERPTバージョンはLibera Pilot Tone FEをサポートし、2つのRF周波数で入力信号を処理します。この装置はリアルタイムデータストリーム（例：10kHz）を出力でき、機械保護システム（インターロック検出）と統合できます。特 長
- 高分解能測定
ターンbyターン方式のデータレートで、通常サブミクロンRMSの測定精度を実現します。 - プログラマブルアッテネータ
15dBの入力アッテネータと31dBの内部アッテネータにより、最適な信号範囲調整が可能です。 - 同期機能
複数の計測器を基準クロック（ターンバイターン方式）とPLLを介して同期させることができ、機器間のシームレスな統合と高精度な測定を実現します。 - 高効率ハードウェアプラットフォーム
低消費電力設計で、Power-over-Ethernet（PoE）給電に対応しています。ノイズを発生せず、強制冷却も不要です。 - 制御システム互換性
EPICSおよびTANGO制御システムを標準でサポートし、その他のインターフェース（Python、HTTP、Telnet）にも対応しています。
信号処理
入力信号は、内部（PLL制御）または外部で生成可能な公称サンプリング周波数でサンプリングされます。A/Dコンバータは14ビットの分解能を持ち、最大125MHzのサンプリング周波数に対応しています。
ビーム位置計算式は、対角または直交のピックアップ方向に合わせて設定でき、スケーリングおよびオフセットパラメータをサポートします。位置はターンごとのデータレートで計算され、さらに低データレートおよび低帯域幅にフィルタリングされます。
バッファからのデータは、複数のクライアントに並列で提供されます。さらに、リアルタイムデータストリームはCPUとは独立して読み取ることができ、リアルタイムアプリケーション（フィードバックループなど）向けに設計されています。
データ処理
入力信号は、公称サンプリング周波数でサンプリングされます。BPMピックアップからの信号はフィルタリングされ、100～125MHzのPLL制御サンプリング周波数でサンプリングされます。 生のADCデータはバッファに格納され、時間領域処理ブロック（TDP）と周波数領域処理ブロック（DDC、I&Q復調）によってさらに処理されます。オプションとして、特別な機器バージョンでは、パイロットトーン信号用の追加のDDCブロックがサポートされます。
ターンbyターン処理ブロックは、処理遅延、オフセット、マスキングウィンドウによって微調整できます。両ソースからのターンbyターンデータは、数百万ターンを格納できる円形バッファに書き込まれます。データは、トリガー、オンデマンド、オフセット付きなど、さまざまなモードで読み出すことができます。
時間領域処理ブロックからのターンbyターンデータは、特に機械の試運転や、単一バンチ・単一ターン軌道の測定に役立ちます。
高速データと低速データは、それぞれ2kHzと5Hzの帯域幅を持つFIRフィルタを使用して、ターンbyターンデータから生成されます。オプションで、高速データは専用のRJ-45インターフェースを介してリアルタイムデータストリームとして出力できます。
Libera Spark ERXR/ERPT フロントパネルLibera Spark ERXR背面パネルとLibera Spark ERPT背面パネル（ブロック図）
拡張機能：インターロック出力、リアルタイムデータストリーミング、アナログ出力、デジタル（シリアル）I/O。
チュートリアル
デモンストレーション目的で、Libera SparkはQtグラフィカルユーザーインターフェース（GUI）で完全に制御できます。これは、SCPIの設定/読み取りコマンドを介してLibera Sparkに接続するnetcatユーティリティを使用します。下記リンクより、例の図とチュートリアルビデオをご覧ください。
仕 様
| Capabilities | ||
|---|---|---|
| ERXR | ERPT | BPM slots | 1 | 1 |
| Supported input frequency range | <750 MHz | <750 MHz |
| A/D conversion | 125 MHz/14 bit | 125 MHz/14 bit |
| Cooling | Passive | Passive |
| Power supply | PoE | PoE |
| Timing signals | Electrical (3) * | Electrical (3) * |
| Calibration | Manual | Pilot Tone **** |
| Fast data links | RJ-45 | RJ-45 |
| Maximum input signal * | <+5 dBm continuous | <-10 dBm continuous |
| Input gain/attenuation | Programmable, 31dB | Programmable, 31dB |
| Temperature drift, typical | 2 μm/°C | <1 μm/°C *** |
| Position RMS at bunch-by-bunch data rate | 0.3 μm ** | 1 μm *** |
| Position RMS at fast 10 kHz data rate | 0.04 μm ** | 1 μm *** |
| Position RMS at slow 10 Hz data rate | 0.02 μm ** | 0.05 μm *** |
| Position RMS at single bunch | <10 μm ** | / |
| Position RMS at macro pulse/continuous wave | / | / |
| Dimensions | H: 1 U, W: 9.5” (rack mountable with a kit),D: 210 mm | H: 1 U, W: 9.5” (rack mountable with a kit),D: 210 mm |
** Measured with K=10 mm
*** Depends on setup configuration
**** Requires Libera Pilot Tone FE - see page 40
| Functionalities | ||
|---|---|---|
| ERXR | ERPT | |
| Bunch-by-bunch processing | No (only single bunch/single turn) | |
| Turn-by-turn processing | Yes | Yes |
| Real-time data streaming | Optional * | Yes |
| Slow data | Yes | Yes |
| Gain control | Yes | Yes |
| Multi-chassis synchronization | Reference clock with PLL | Reference clock with PLL |
| Data time stamping | Yes | Yes |
| Interlock detection and output | Optional ** | Optional ** |
| Postmortem capability | No | No |
| Single-pass measurement | No | No |
| Frequency down-conversion | Direct (with ADCs) | Direct (with ADCs) |
| Additional Digital I/O channels and Analog output | Optional ** | Optional ** |
| Closed Orbit Feedback Application | No | No |
| * Requires additional modules | GbE interface | GDX module |
| ** Requires additional modules | DAI module | |
Libera Spark ERXR/ERPT は以下の施設で使用されています。
- PF – The High Energy Accelerator Research Organization-KEK, Japan
- HiSOR – Hiroshima Synchrotron Radiation Center, Japan
- CHUBU=AICHI SYNCHROTRON-Nagoya University, Japan
- UVSOR facility – National Institute of Natural Sciences Institute of Molecular Science, Japan
- APS – Argonne National Laboratory-ANL, USA
Libera Single Pass E（LINAC/ TL用高性能モデル）
Libera Single Pass Eは、シングルパスビーム位置プロセッサで、高精度なビーム位置測定を実現します。柔軟なデジタル信号処理により、シングルバンチからCWまで様々なパターンに対応し、機械保護システム（インターロック検出）との統合も可能です。モジュール式プラットフォームには、最大4つのBPMモジュール、タイミングモジュール、そしてオプションでリアルタイムデータストリーミング用のギガビットデータ交換（GDX）モジュールを搭載できます。利 点
- アナログおよびリアルタイムデジタル信号処理と高度なソフトウェア
- 入力信号の内部位相調整
- 1つの筐体に最大4つのビームプロセッサを搭載可能
- あらゆる制御システムに容易に統合可能
データ処理
Libera Single Pass Eの信号処理チェーンは、アナログ信号処理、高速ADCによるデジタル化、およびデジタル信号処理で構成されています。以下のビームモードに対応可能です。- シングルバンチモード
- バンチトレインモード
- CW – 連続波
- 様々なバンチ構造
データ処理は外部トリガー信号に基づいて開始されます。検出器からの短い信号は、まずアナログボード上のバンドパスフィルタによって長波長化されます（フィルタは加速器のパラメータに応じて設計されます）。その後の信号処理は、特定のビームモードにおける処理ウィンドウを定義する様々なパラメータによって決定されます。
信号エネルギーは、処理ウィンドウで定義された信号から計算されます。4つの振幅すべてを計算した後、X座標とY座標の式を用いて位置が計算されます。位置計算には4つのオプションがあります。
- 直交ピックアップ方向
線形式、多項式（3次） - 対角ピックアップ方向
線形式、多項式（3次）
ビーム構造が長い場合、適切な信号ウィンドウ処理に基づいて同様のデータ処理が行われます。データ計算は外部トリガーで開始され、バンチ構造が終了すると自動的に停止します。間引きされたデータバッチは制御システムで利用可能です。CW動作の場合、装置は間引きされたビーム位置データを連続的に処理して出力します。この場合、外部低周波基準トリガー信号が必要です。
Libera Single Pass E フロントパネル
拡張機能：リアルタイムデータストリーミング、シリアルI/Oインターフェース。
アクセサリ：Libera DWC
仕 様
| Capabilities | |
|---|---|
| BPM slots | 1-4 |
| Supported input frequency range | <700 MHz |
| A/D conversion | 160 MHz/16 bit |
| Cooling | Active (fans) |
| Power supply | 110/220 V |
| Timing signals | Electrical (4)/Optical |
| Calibration | Manual/Static |
| Fast data links | RJ-45 & SFP |
| Maximum input signal * | <7 V peak pulse voltage |
| Input gain/attenuation | Programmable, 31dB |
| Temperature drift, typical | 0.3 μm/°C |
| Position RMS at bunch-by-bunch data rate | / |
| Position RMS at fast 10 kHz data rate | / |
| Position RMS at slow 10 Hz data rate | / |
| Position RMS at single bunch | 1 μm ** |
| Position RMS at macro pulse/continuous wave | <1 μm |
| Dimensions | H: 2 U, W: 19” (rack mountable),D: 310 mm |
** Measured with K=10 mm
*** Depends on setup configuration
**** Requires Libera Pilot Tone FE - see page 40
| Functionalities | |
|---|---|
| Bunch-by-bunch processing | Yes |
| Turn-by-turn processing | No |
| Real-time data streaming | Optional * |
| Slow data | No |
| Gain control | Yes |
| Multi-chassis synchronization | Trigger-based |
| Data time stamping | Trigger-counter |
| Interlock detection and output | Yes |
| Postmortem capability | No |
| Single-pass measurement | Yes |
| Frequency down-conversion | Optional *** |
| Additional Digital I/O channels and Analog output | No |
| Closed Orbit Feedback Application | No |
| * Requires additional modules | |
| ** Requires additional modules | DAI module |
| *** Requires additional modules | Libera DWC |
Libera Spark EL（LINAC/ TL用コスト効率モデル）
Libera Spark ELは、シングルBPMからの読み出しをサポートする高精度なビーム位置プロセッサです。柔軟なデジタル信号処理により、短いマクロパルスからCWまで、さまざまなパターンを処理し、カスタマイズが可能且つ多様なデータレートで結果を出力できます。本装置はリアルタイムデータストリームを出力でき、機械保護システム（インターロック検出）と統合可能です。利 点
- 価格と性能のバランス
- コンパクトで堅牢な設計
- Power over Ethernet（PoE）対応
- ソースコード提供
- メンテナンス不要
- EPICS、Tango、MATLAB対応
インターフェース
拡張機能：インターロック出力、リアルタイムデータストリーミング、アナログ出力、デジタル（シリアル）I/O。
アクセサリ：Libera DWC
Libera Spark ELT は以下の施設で使用されています。
- c-ERL, PF-AR, KEK B – The High Energy Accelerator Research Organization-KEK, Japan
- SACLA, SPring-8 – Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), Japan
- APS – Argonne National Laboratory-ANL, USA
- SPEAR3 – Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), USA
仕 様
| Capabilities | |
|---|---|
| BPM slots | 1 |
| Supported input frequency range | <750 MHz |
| A/D conversion | 1250 MHz/16 bit |
| Cooling | Passive |
| Power supply | PoE |
| Timing signals | Electrical (up to 3) * |
| Calibration | Manual/Static |
| Fast data links | RJ-45 |
| Maximum input signal * | <5 V peak pulse voltage |
| Input gain/attenuation | Programmable, 31dB |
| Temperature drift, typical | 0.3 μm/°C |
| Position RMS at bunch-by-bunch data rate | / |
| Position RMS at fast 10 kHz data rate | / |
| Position RMS at slow 10 Hz data rate | / |
| Position RMS at single bunch | 4 μm ** |
| Position RMS at macro pulse/continuous wave | <4 μm |
| Dimensions | H: 1 U, W: 9.5” (rack mountable with a kit), D: 210 mm |
** Measured with K=10 mm
*** Depends on setup configuration
**** Requires Libera Pilot Tone FE - see page 40
| Functionalities | |
|---|---|
| Bunch-by-bunch processing | Yes |
| Turn-by-turn processing | No |
| Real-time data streaming | Optional * |
| Slow data | No |
| Gain control | Yes |
| Multi-chassis synchronization | Trigger-based |
| Data time stamping | Trigger-counter |
| Interlock detection and output | Optional ** |
| Postmortem capability | No |
| Single-pass measurement | Yes |
| Frequency down-conversion | Optional *** |
| Additional Digital I/O channels and Analog output | Optional ** |
| Closed Orbit Feedback Application | No |
| * Requires additional modules | GDX module |
| ** Requires additional modules | |
| *** Requires additional modules | Libera DWC |
Libera Cavity BPM（リニアック用高性能モデル）
空洞ビーム位置モニタリング（Cavity BPM）は、狭帯域幅を特徴とする共振方式を採用しているため、リニアックにおいて優れた位置分解能を実現します。この狭帯域幅により、ノイズを効果的に除去し、空洞の共振周波数内でのビーム誘起応答を増幅することで信号強度が向上します。これらの利点を最大限に活用するには、高精度な読み出し回路が不可欠です。Libera CavityBPMは、これらの共振器信号を高精度で処理するように特別に設計されており、特に高精度な位置測定が求められるFELアンジュレーター部や相互作用点に適しています。このシステムは、低Q値および高Q値のSバンドおよびCバンドキャビティからの信号を処理し、単一バンチレベルで非常に高精度なビーム位置測定値をユーザーに提供します。
利 点
- サブマイクロメートル測定機能
- SバンドおよびCバンド共振器信号を直接処理
- 校正済み可変減衰器による拡張ダイナミックレンジ
- 低Q値共振器を用いたシングルバンチ測定機能（最小16ナノ秒のバンチ間隔に対応）
- 校正済み位置読み出し
データ処理
Libera CavityBPMは、周波数変換と中間周波数サンプリングによって共振器信号を取得します。校正済みの可変減衰器により、装置のダイナミックレンジがさらに向上します。信号はその後、FPGAレベルで処理されます。
次に、特殊な逆畳み込みフィルタリング手法を用いて、部分的に重なり合ったビーム群を分離します。その後、時間領域位置計算アルゴリズムを用いて、個々のビーム群のビーム位置を決定します。
パフォーマンス
標準的な位置読み出しの標準偏差は、フルスケール1mm、ダイナミックレンジ32dBにおいて、1µm RMS未満です。（ただし、共振器の感度、利用可能な信号強度、位置測定範囲などの他の要因にも依存します。）インターフェース
拡張機能：インターロック出力、リアルタイムデータSFPストリーミング
Libera Cavity BPM は以下の施設で使用されています。
- SPring-8 – Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI), Japan
- CLARA – STFC Daresbury Laboratory (STFC ASTeC), United Kingdom
- Eli Beamlines – Extreme Light Infrastructure (ELI), Chzech Republic
- ELI-NP, EuPRAXIA – Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN, Italy
仕 様
| Capabilities | |
|---|---|
| BPM slots | 1 |
| Supported input frequency range | <6.5 GHz |
| A/D conversion | 500 MHz/14 bit |
| Cooling | Passive |
| Power supply | 110/220 V |
| Timing signals | Electrical (up to 3) * |
| Calibration | Manual/Static |
| Fast data links | SFP (optional) |
| Maximum input signal * | 16 dBm |
| Input gain/attenuation | Programmable, 31dB |
| Temperature drift, typical | 0.3 μm/°C |
| Position RMS at bunch-by-bunch data rate | / |
| Position RMS at fast 10 kHz data rate | / |
| Position RMS at slow 10 Hz data rate | / |
| Position RMS at single bunch | <1 μm |
| Position RMS at macro pulse/continuous wave | <1 μm |
| Dimensions | H: 1 U, W: 19” (rack mountable),D: 236 mm |
| Functionalities | |
|---|---|
| Bunch-by-bunch processing | Yes |
| Turn-by-turn processing | No |
| Real-time data streaming | Optiona |
| Slow data | No |
| Gain control | Yes |
| Multi-chassis synchronization | Trigger-based |
| Data time stamping | Trigger-counter |
| Interlock detection and output | No |
| Postmortem capability | No |
| Single-pass measurement | Yes |
| Frequency down-conversion | Internal (with mixer) |
| Additional Digital I/O channels and Analog output | No |
| Closed Orbit Feedback Application | No |