Proceedings of the 22nd Linear Accelerator Meeting in Japan

PP-5Low Jitter Timing System for SPring-8 Linac
T. Asaka, H. Abe, H. Akimoto, T. Hori, Y. Ishikawa*, Y. Ito, A. Kuba,
A. Mizuno, S. Nagasawa, T. Ohnishi, H. Sakaki, S. Suzuki, T. Taniuciii,
M. Yamazaki, K. Yanagida, H. Yoshikawa and H. Yokomizo
Japan Synchrotron Radiation Research InstituteSPring-8?Kamigori, Akogun，Hyogo, 678-12 Japan.
*Mitsubishi Electric Corporation Communications Equipment Works
8-1-1, Tsukaguciii, Honmaciii, Amagasaki-eity, Hyogo, 661 Japan.
A bstractThe timing system of the IGeV injector linac for SPring-8 is installed stable and low jitter circuit which is synchronized508.58MHz of operating frequency for the booster synchrotron and storage ring. Since the timing jitter of trigger signal ofless than 30psec (FWHM) is required to inject the 2nsec rf bucket of the booster synchrotron and storage ring in single bunch
beam operation, the gun trigger system and transfer line must be used the passive circuit, the fast rf amplifier, the optical fiber
cable and the E/O, O/E transmitter and receiver which have low jitter and low temperature dependence. In order to synchronize
508.58MHz of rf frequency for the booster synchrotron and storage ring with the repetition rate of 60Hz for the 16 klystron
modulators and IH zof trigger for the gun pulser, the timing system is adopt both of the 508.58MHz preset counter and thetwo coincidence modules. In this paper, we describe the timing system and test results of trigger transmission and jittermeasurement on gun trigger line.

SPring-8線 型 加 速 器 に お け る 低 ジ ッ タ ー タ イ ミ ン グ シ ス テ ム
長時間にわたるシ ン ク ロ トロンへのビーム入射に対し

1 • はじめにIGeV線 型 加 速 器 、 8GeV8GeV蓄積て各モジュール及 び伝 送 線 路の 位枏 、信 号 レベルの変動

3 つの加 速器 で構 成 され て い る 大型放射光施設が入射効率及び安定性に直接影響するため、 信号処理回

SPring-8での ビー ムコミッシヨニングは終了段階にはい路から伝送線路に至るまで、各 モジ ュール の特性調 査 、

シ ン ク ロ ト ロ ン 、リ ン グ のり、共用運転開始に向けた最終調整が行われて い る 。 ビー調整が必要である。 また将来行われる予定の単バンチ運

ムコミッシヨニング並びに共用運転の際、線型加速器に転 （lnsec) に お い て は シ ン ク ロ ト ロ ン の rf バ ケ ツ ト

は ljiisec、 10〜40nsec、 I n s e c の 3 つのビームパルス幅(2nsec)へ の 入 射 の際、 時 間 ジ ッターが 30psec (FWHM)の生成、加 速が要求 されて おり、 電子銃 グ リ ッド駆動用以下まで抑制することが要求されて い る (1 ) 。 以上の要請

パルサー を交換 す る こ と で ビームパルス幅の変更を行っを請けて、電 子 銃 トリガー選 択回 路か ら インターロックて い る 。

パ ル サ ー へ の ト リ ガー信号は入射系 制 御 室 内 に回路及びレベル変換器、伝送 線路を介した場合の各部のあ る タ イ

ミ ン グ シ ステ ムか ら 光 フ ア イ バーケーブルによ時間ジッターの測定 を 行 つた 。本 稿 で は タイ• ミングシス

り伝送され、電気信号に変換後入力 ざ れ る 。
入射系タイミングシステムは線型加速器単独運転とシテムの構成と上に述べたジッターの測定方法及び結果について述べる。

ンク ロト ロ ン同 期 運転 の 2つのモードを設定していること から ビー ム トリガー 信号 には商 用6 0 H z の分周で得ら2 . タイミングシステ厶構成

れる.信号とシンクロトロンの基本周波数である

線 型加 速器 に おいて のビー ムトリガ一信号の選択は商

5 0 8 .5 8 M H zと同期した1H zの 信号 の 2 つが用意されでい用 6 0 H z を 分 周 す る こ と で 得 ら れ る 1Hz、2H z、 5H z、る。 このビ一ムトリガニ信号は選択回路により切り換え

10Hz、3 0H zの単 独 連 転モ ー ド ど5 0 l5 8 M H z と同期のとられ、 ピームスイッチを含むインターロッグ回路、 ビー

れ た 1Hzを 使 用す るシンクロトロン同 期 運 転 モ ー k を設

ムモ ニタ一 のための分配器、 レベル変換器を経て500m定している。 こ の こ とから線 型加速 器のタ イミ ングシスの 高位 相 安 定 光 フ 7 イバーケ “ ブ ル fcより電子銃高圧ス

テムはシンクt r トロン及 び 蓄 積 リ ン ダ の タ イ ミ ングシス

テ ー ジ へ 伝送される。

テムと独立に構築されており、 2つのモード選択は入射系タイミングシステムにある電子銃トリガー選択面路で高圧ステ一シ丨ヨン内部のQ/E (ORTEL)に入力される。電切り分けられる。
シンクロトロン同期運転時のタイミングシステムは電気信号に変換後さらにトリガー信号の振幅変動により発子銃トリガニ伝送システムとモジユレータートリガー分Discriminator (EG&G)を介した後、 グリッド駆動用パル

生 ず る ジ ッ タ ー を 抑 制 す る た め Constant Fraction

配 シ ス テ ム の 2 系統から構成されており、それぞれに対サ 一 (lusec beam : MELCO、 1 0 〜4 0 n sec、 lnsec beam :してシンクロトロンガントリガー、 シンクロトロンプリ

Kenteck Instruments L td.)に入力するものである。 一方、トリガーと称する電子銃のグリット駆動用トリガー信号

モジユレータートリガ一分配システム部ではシンクロトとクライストロンモジユレーター電源動作用トリガー信

ロンプリトリガーをシンクロトロン同期運転及び非同期号が用意されている。 各々のトリガー信号はシンクロト運転切り替え回路を介し、 ゲート回路、波形合成回路をロンの基本周波数である508.58M H zを 3 0 b it高速力ウン経て各モジユレーター電源のダイミングを決定する遅延タ一 （DIGITEX)に よ り 得 ら れ る 1H zのビームトリガー信回路（
DG535. Stanford Research S y ste m s)に入力される。

号 、 クライストロンモジユレータ一電源の繰り返しであ

ここからの出力は光ファイバ一ケーブルにより各モジユる 6 0 H z に 対 す る 1H zのリセット信号を発生する。 またレーター電源まで伝送される。以上のブロッグダイアグ

線型加速器のクライストロンゃ電磁石などの大電力装置

ラムを図2 - 2 に示す。との電源同期をとることが安定したビーム運転に寄与することから、そ れ ぞ れ の ト リガ ー信 号 は図 2 - 1 に示すよ

◎職 1M纖鄉 Tnmisiiffitetai

うな2 段 階 の AND回路による生成を行っている。 これは
4 . 8 ^ e c ごとに発生する3 0 b it高速カウンターからのパル
ス 出 力 と 商 用 60H z相 当 の パ ル ス 出 力 を 1 段 目 の AND回

Optical Fiber Cable

ドルJ D elay I s路により同期をとり、 さらに両方のパルスの時間的な順

im elc o序を定めるために遅延ゲート回路を介し2 段 巨 の AND回路を設けている。 これらは蓄積リング内にあるタイミングシステムで生成しており、 ビームトリガー信号、プリトリガー信号、シンクロトロンキッカー電磁石用トリガー< iMELCOk
L ____________ BeaniSwitct
I G u n T rig g er M o d e S e le c to r FinterlockI?

yMiriry>

to External Trigger of Beam Curent W

信号として入射系各施設に伝送される（2)。
[ F a s t RF A m p lifire J m elco

Pube Spadng: 2436b i
Puke Width: 20nsec

M a D f c l W 餅ESt—" Q M g g w HMsfWlb禮 麵SGeVSt卿职Ring

図 2 - 1 シンクロトロン及び蓄積リング同期運転のためのビームトリガ一信号生成回路
電子銃トリガー選択回路の後段の電子銃トリガー伝送
システム部ではビームスイッチ及びインターロックのためのゲート回路（MELCO)、 バンチ長測定用ストリーク力メラ等へのビームモニタートリガー信号のための分配回
路 (MELCO) を経て高速レベルコンバータ 一 （DIGITEX) によ り ト リ ガ 一 信 号 レ ベ ル を 変 換 後 、 E/O (ORTEL) から
5 0 0 m の高位相安定光フアイバーケーブルにより電子銃

図 2-2 電子銃トリガー伝送システム及びモジユレーター
トリガー分配システムのブt r ックダイアグラム

3 . 時間ジッター測定方法及び測定結果

4 •まとめ単バンチビ一ムにおけるジッタ一発生は電子顧トリガー

線型加速器における電子銃トリガー伝送システムとモ伝送システムが 支配 的であ り、 システム内の各モジュ一ジュレータートリガー分配システムから成るタイミング

ルのジッターレベルを特定するため、侧定はモジュールシステムを構築し、特に電子銃グリッドパルサーへのトを 1 台ずつ追加し、その出力信号のジッタ一レベルを評

リガー信号伝送においては15.6psec ( l a ) の低ジッターで価した。 模 擬 ト リ ガ ー 信 号 は Pulse Generator (HP8131A)あることを確認した。 当 初 、能動素子を使用した分配回

か ら 繰 り 返 し が 1kHzで N IM レベルのパルス出力を使用路及び増幅器を導入していたことにより30psec (切)のジッ

し た 。 こ れ を 2 分 岐 し 、 一 方 は Digital Sampling

夕一が発生した。 このため分配回路では受動素子を採用

Oscilloscope (HP54121A、 HP54120B) のトリガー信号とし、その後段の増幅器はr f増幅器に交換することで低ジッし、 も う 一 方 に は 測 定 物 と な る モ ジ ュ ー ル を 介 しターパ ル ス 生成を実現した。 さらにE / 0 へ入力のためのH P 54121A のチ ヤンネルに入力される。測定はケ一ブル

ECLか ら TTLへ の変 換を 行 う 高速 レ ベ ル 変 換 器 と E/O 、のみで発生するジッダ一を測定した後に行うが、 それ以

光フ ァイバ一ケーブル、0 / E における電圧レベル変動に降の測定においては校正値に影響することのないようケー

起 因 する ジ ッ タ 一 増 加 は Constant Fraction Discriminator

ブルの交換及び配線経路の変更は極力避けられた。 図の導入により効果的なジッター抑制が確認できた。

3 - 1 に電子銃トリガ一伝送システム全体で発生するジッ今後は実際に電子銃から生成されるビームに対してビー夕一測定の結果を示す。 H P 54120B の使用にあたり内部

ム電流モニタ一から得られるビーム波形との比較を行い、遅延回路によるジッタ一レベル増加分を調べるため、 分ジッターレベルの評価を行う予定である。 また現在使用

岐 し た 3G H zの r f を使用し、 遅延時間の各値での評価をされているモジュールのほとんどがNIMタイプであるが、行い補正値とした。 表 3 - 1 には各モジュールで発生した各部の仕様に基づいた特注製品であるため予備品の確保

ジッタ一測定の結果をまとめて示す。

及び価格の点で問題となる。 このことからも市販されてい る M M モジュールに対して同様の測定、評価を行い、さらにはIGeV放 射 光 リ ン グ NEW SUBARUなどの将来計画にも柔軟に対応できるダイミングシステムの構築を併せて行う予定である。
謝辞
本測定を行うにあたり入射器系グル一プの鈴木寛光氏、蓄積リングR F グループの ) 丨I島祥孝氏に御協力いただレ、た

121.908

122.908■Ch. 2* 8 8 0 . 0 r ev o l t s / d i v
Tistebase* 100 DS/div
圃D e l t a W i n d o = 2 7 . 5 0 0 itiVolts
BWindow 1 * -5.2250 Volts
BDelta %* 67.93%■Upper
86.63 %
3 1 .5ps
纽D e l t aSStart
122.407 ns# Sample1 2 2 . 3 9 1 tib

1000

offsetDelay-5.214 Volts
121.908 h b

Window ：-5.2525

Lower

18.69

Stop 'rSigma

1 2 2 . 3 7 6 ns
15.8

ことを感謝します。
参考文献

Volt：%pa[ 1 ]S. Suzuki, et al., "Update Plan of Spring-8 Linac", Proc.
of the 18th International Linac Conference (Geneva), Aug.
1996

図 3 - 1 電子銃トリガ一伝送システムにおける測定結果[2] Y. Kawashima, et al” "SPring-8 におけるビーム蓄積のためのシステム（基本周:?皮及びタイミングシグナル転送

Time Jitterlm , anX 2S U C O F L E X(Calibration)(1 o)

L2psec+Gun Trigger Mode Selector

2.0psec+4ch Divider

2.3psec+Fast RF Amplifire+Fast Level Converter+E/0

20.7psec+500m Optical Fiber Cable+O/E+Constant

Fraction Discriminator

15.6psec

表 3 - 1 電子統伝送システム部の各モジュールに対するジッター測定結果に 関 す る 全 シ ス テ ム ） ”，SPring-8 Internal Report, Oct.
1994