Bunch by bunch feedback systems for SuperKEKB

Bunch by bunch feedback systems for
SuperKEKB
Makoto Tobiyama
1.Design Considerations
2.Pickup electrodes
3.Front-end circuit
4.Signal processing
5.Power amplifiers and kickers
Design Considerations
• KEKBでのビーム不安定のgrowth rate
～1/20 /turns(200μs)@1.4A LER
→feedback gainはもう上がらない
SuperKEKB用には
☆大電流で壊れないコンポーネント
☆大電流に伴う現象(ビームローディング等)に
対応できるflexibility
SuperKEKB用フィードバックシステム
•Transverse feedback systems
HER、LER両方
τdamp～0.2ms目標
•Longitudinal feedback systems
HER、LER両方
τdamp～1ms目標
Pickup electrode
•SMA(reverse)-type
feedthrough



•Monitor Chamber内径は
Φ64で変更なし
金メッキ
金メッキ


SUS316L
衝突点用SMAフィードスルーC型概略図


Ti


•Octopos/Feedback
detectorで実績有り(total
2.6A以上)







MAFIA-T3によるsimulation
300
400
Voltage/ 2mA
Voltage/ 2mA
200
100
0
-100
-200
-300
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
200
0
-200
-400
1.4
0
0.2
0.4
0.6
Time(ns)
0
10
-2
10
1.2
1.4
-2
Power
10
Power
1
0
10
-4
10
-6
-4
10
-6
10
10
-8
10
0.8
Time(ns)
-8
0
5
10
15
20
25
Frequency(GHz)
er=9.8(現行)
30
35
40
10
0
5
10
15
20
25
Frequency(GHz)
30
er=4(ガラス系シール)
35
40
Front-end circuit
BP M
(Downs tream )
BP M
(Ups tream )
Beam
40cm kicker x 2
5xR F
750M Hz







Gboard
Digit al Fi lter
Vector1
AR 250A250 250W
am p.
DC Offset


sum

0
180
iso
sum
180
0
5xR F
750M Hz






180
sum
Vector2

509M Hz
DC Offset
Tune X
excite
From
vert ical
detector
0
sum
0
sum
0
180
sum
iso
180
iso
180
iso
0
sum
180
0
sum
0
180
Front-end circuit(続き)
• Detection freq.を
2GHz→2.5GHz
• DC offset、phase
offsetについてはもう少
しintelligentなシステム
を検討
400
300
200
100
0
-100
-200
-300
0
0.5
1
1.5
2
Time(ns)
2.5
3
3.5
4
0
0.5
1
1.5
2
Time(ns)
2.5
3
3.5
4
20
15
10
5
0
-5
-10
-15
-20
Signal Processing
DC-DC converters
and VME interface
4 FPGAs and SRAMs(16MB)
1GSPS 8bit DAC
EP142
EP142
EP142
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Sh ift
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EP142
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EP142
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EP142
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EP142
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EP142
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EP142
EP142
EP142
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EP016
EP016
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co u nt er
co u nt er
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EP142
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EP142
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Sh ift
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EP142
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EP142
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EP142
EP142
EP142
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EP142
Sh ift
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X IL IN X
XC 2V6000
FF 1517
P ac k ag e
MAX 108
A DC
T Q6122AM
1GSP S
D AC
Sh ift
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Sh ift
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X IL IN X
XC 2V6000
FF 1517
P ac k ag e
EP142
Sh ift
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EP142
Sh ift
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co u nt er
co u nt er
EP016
co u nt er
EP016
co u nt er
EP016
co u nt er
Clock Distributor/
Main Timig Logics
EP142
Sh ift
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DA TEL
UNR -1.5/20-D5
5V input
1.5V 20A DC-DC
XILINX
XC2V 1000
FF896 package
EP016
EP016
DA TEL
UNR -1.5/20-D5
5V input
1.5V 20A DC-DC
Sh ift
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SUMSONG
K7A163601M
(512k X 36)
K7A161801M
(1M X 18)
SRAM
EP142
X IL IN X
XC 2V6000
FF 1517
P ac k ag e
SUMSONG
K7A163601M
(512k X 36)
K7A161801M
(1M X 18)
SRAM
Sh ift
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X IL IN X
XC 2V6000
FF 1517
P ac k ag e
SUMSONG
K7A163601M
(512k X 36)
K7A161801M
(1M X 18)
SRAM
EP142
Sh ift
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Sh ift
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EP142
1.5GSPS 8bit ADC
MAX108
EP142
Sh ift
Re g ite r
SUMSONG
K7A163601M
(512k X 36)
K7A161801M
(1M X 18)
SRAM
EP142
Sh ift
Re g ite r
DA TEL
UNR -1.5/20-D5
5V input
1.5V 20A DC-DC
400(Extended size)
Multiplexer Logics
and FPGA
DA TEL
UNR -1.5/20-D5
5V input
1.5V 20A DC-DC
233.35(VME 6U)
EP142
Sh ift
Re g ite r
SUMSONG
K7A163601M
(512k X 36)
K7A161801M
(1M X 18)
SRAM
EP142
Sh ift
Re g ite r
SUMSONG
K7A163601M
(512k X 36)
K7A161801M
(1M X 18)
SRAM
EP142
Sh ift
Re g ite r
SUMSONG
K7A163601M
(512k X 36)
K7A161801M
(1M X 18)
SRAM
EP142
Sh ift
Re g ite r
SUMSONG
K7A163601M
(512k X 36)
K7A161801M
(1M X 18)
SRAM
Demulitiplexer
Logics
• SLAC・INFNと共同で開発
– その他にも参加・協力する研究所あり
•
•
•
•
•
•
Transverse、Longitudinal両方に使用可
20タップ以上の複雑なフィルター可
16MBのメモリーでTransient解析
最大周波数1.5GHz（目標)
日米経費主体
現在、パーツ個別のチェック中
• Gboardを使うと。。。
– 現行の2タップFIRフィルターより良いnoise
reduction
– より広く、フラットなfrequency response
– 特殊なフィルターで(たとえば)transientに強い
フィードバック
– 不安定に対するより良い理解
Power amplifiers and kickers
• Transverse kicker
– 大電流に対応する根本的改造必要
• キッカー電極のベリリアセラミックスを使った冷却
• 電極の伸びに対するより自由度の高いフィードスルー
• キッカー電極位置を前後チェンバーの面位置まで下げ
る(Trapped modeが発生するのでやっかい）
– 現KEKBでも何らかの対策は必要
• High power attenuator
– より高パワーのものに変更必要
– コネクタも変更が必要(Nはもう持たない)
– ケーブルもより太い(扱いにくい、曲がらない)もの
に変更必要
• Longitudinal kicker
– DAFNEタイプ(但し現行のものをより冷却強化す
る必要がある)
– 4ポート構造でも十分ワイドバンドに出来るが、パ
ワーを分散させるため8ポート構造が望ましい
– サーキュレータ等Ｒ＆Ｄが必要
– フィードスルーの周波数特性が重要なので、
フィードスルーのR&Dも必要
• Power amplifier
– 横方向については、現有のものより良いものを開
発するのは難しい。よって、現行のもの(あるいは
後継機種)を使い続けることになる。
– 進行方向については、よりパワーが大きいものを
購入/開発したい。

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