J-PARC RCSにおけるビームモニタ用新信号処理システムの開発

Development of new data acquisition system for several beam monitors in J-PARC RCS

吉本 政弘  ; 高橋 博樹  ; 原田 寛之  ; 地村 幹 ; 不破 康裕   ; 林 直樹  ; 栗山 靖敏*; 澤邊 祐希*; 畠山 衆一郎*

Yoshimoto, Masahiro; Takahashi, Hiroki; Harada, Hiroyuki; Chimura, Motoki; Fuwa, Yasuhiro; Hayashi, Naoki; Kuriyama, Yasutoshi*; Sawabe, Yuki*; Hatakeyama, Shuichiro*

J-PARC 3GeVシンクロトロン加速器(RCS)では、加速器の安定性を監視する主要なビームモニタである、ビームロスモニタ、ビーム位置モニタ、ビーム電流モニタについて、既存システムの更新に向けた新しいビームモニタ用信号処理システムの開発を行っている。新システムは、TAGサーバーと3つの主要モニタに共通して使えるADCモジュールを組み合わせた構成になる。開発に際しての主な設計思想は、(1)J-PARCに特有の様々なビームタグ情報をTAGサーバーで集約し、タグ情報として各ADCモジュールに分配する、(2)ADCモジュールでビームモニタからの信号情報をADCでデジタル信号に変換し、FPGAにより各モニタに合わせた解析手法を切り替えながら高速解析処理を実施する、(3)ADCモジュールから約10秒程度の全ショット分の信号処理データをパッキングしてタグ情報をヘッダーに付加した解析データを定期的に出力する、また、任意の1ショット分のデータに対してタグ情報を付加したモニタデータをオンデマンドで出力する、ための2種類のフォーマットを準備する、(4)また生波形に加えて、FFT関連の解析途中のデータや、周回毎のバンチデータなどについて最新の4ショット分をADCモジュールの内部メモリに保存し、必要に応じてデータを読み出せるようにする、ことを目指した。本発表では、現在開発中の試作機によるタグ情報の読み込みとビームモニタ信号のデータ収集試験についての進捗を報告する。

In the J -PARC 3GeV synchrotron accelerator (RCS), a new signal processing system for beam monitors is been developing to replace the existing system for the main beam monitors that monitor the stability of the accelerator: beam loss monitor, beam position monitor and beam current monitor. The new system will consist of a TAG server and an ADC module that can be used commonly for the three main monitors. The main design concepts of the new system are: (1) the TAG server divides various beam J-PARC tag information to each ADC module, (2) the ADC module converts acquisition data from beam monitors to digital signals by ADC and performs high-speed analysis by FPGA with switching analysis methods to suit each monitor, (3) the ADC module periodically outputs the analysis data with tag information by packing the signal processing data of all shots for about 10 seconds, and also outputs any one shot data on-demand, and (4) the raw waveform data, the latest four shots of FFT-related data in the process of analysis and bunch data for each cycle are stored in the internal memory of the ADC module, and the data can be read out as needed. In this presentation, we will report on the progress of the data acquisition test of tag information reading and beam monitor signals using the prototype under development.