LOG101對(duì)數(shù)放大器在BPM對(duì)數(shù)信號(hào)處理電子學(xué)中的應(yīng)用

2004年9月A版

摘  要：本文采用LOG101對(duì)數(shù)放大器來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)比測(cè)量系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：束流測(cè)量；BPM；對(duì)數(shù)處理

 
BMP測(cè)量

　　加速器束流測(cè)量系統(tǒng)是加速器調(diào)試和運(yùn)行的重要診斷手段，利用束流測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行各種束流參數(shù)的測(cè)量為機(jī)器研究和完善提供了重要依據(jù)，人們常稱之為加速器的“眼睛”。主要的測(cè)量有：束流位置測(cè)量(BPM)、工作點(diǎn)測(cè)量、束團(tuán)長(zhǎng)度測(cè)量、束流流強(qiáng)測(cè)量等。其中束流位置是加速器的重要參數(shù)之一，測(cè)量束流位置的最基本的方法是耦合出束流的電磁場(chǎng)。由于束流是一個(gè)電流，所以它產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。在高能束流的情況下，這些場(chǎng)是純橫電磁場(chǎng)(TEM)。如果束流偏離真空室中心，則耦合出束流的電磁場(chǎng)將被調(diào)制，由此可以得到束流位置信息。

　　通常，人們采用探測(cè)電極測(cè)量束流的電磁場(chǎng)。探測(cè)電極的感應(yīng)信號(hào)是被束流調(diào)制的時(shí)域信號(hào)，其載波是束團(tuán)的回旋頻率(對(duì)單束團(tuán)而言)或高頻的RF頻率(對(duì)多束團(tuán)而言)。傳統(tǒng)的束流位置探測(cè)電極是一對(duì)電極或兩對(duì)電極(在同時(shí)測(cè)量水平和垂直位置時(shí))。

　　圖1為具有束流的束流位置檢測(cè)器和真空室示意圖。為了分析方便，我們采用極坐標(biāo)表示。這里，表示電極上某點(diǎn)的位置，表示束流的位置， 為真空室半徑，b為電極到真空室中心的距離，為張角。

　　在b接近時(shí)，采用靜電鏡象法可求解得電極上的壁電流密度為：

　　將上式展開可得：

　　對(duì)于左右放置的兩個(gè)電極，其電流分別為：

　　如果用差比和(D/S)表示，則

　　+高次項(xiàng)

　　其位置靈敏度為：

　　如果用對(duì)數(shù)比表示，則高次項(xiàng)

　　由上面公式，通過BPM對(duì)數(shù)電子學(xué)，就可以計(jì)算出束流位置。

設(shè)計(jì)

　　從安裝在真空管道內(nèi)的四個(gè)紐扣電極感應(yīng)出的信號(hào)的波形如圖2所示。

　　這個(gè)信號(hào)的脈寬很小，為ns數(shù)量級(jí)，其頻譜很寬，能達(dá)到幾個(gè)GHz。

　　整個(gè)設(shè)計(jì)的方框圖如圖3所示。

　　這里所顯示的只是一個(gè)方向的位置測(cè)量。BPM需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)方向的位置，即水平和垂直方向的位置，兩個(gè)方向的電路結(jié)構(gòu)是完全一樣的。

　　在對(duì)數(shù)比方法中，對(duì)數(shù)比電路的輸出為：

 
　　在此用TI公司的對(duì)數(shù)放大器LOG101來實(shí)現(xiàn)。LOG101具有高精度(0.01% FSO Over 5 Decades)，寬動(dòng)態(tài)范圍(100pA~3.5mA)，低靜態(tài)電流(1mA)，寬供電范圍(