BI day 2000
08/12/00
1
PIPOS Project (TT2 & TT10)(Beam performances)
PIPOS Project (TT2 & TT10)(Beam performances)
G. VismaraG. Vismara
 Present situation
 Proposals
 Beam parameters
 Technical solution
 Beam measurements
 Conclusions
BI day 2000
08/12/00
2
Present situation
Present situation
No Bpm’s in TT2No Bpm’s in TT2
BPM’s in TT10BPM’s in TT10
TLPOS electronics:TLPOS electronics:
 Is not conceived to measureheavy ions and LHC beams
 Requires gain switching
 Obsolete components
 Difficult maintenance
BI day 2000
08/12/00
3
Proposals
Proposals
Studies & specifications
G.Arduini & M.Giovannozzi
Steering optimization requires:
6 BPM’s in TT2
14 BPM’s in TT10
Electronics in BA269 (50%) & BA1 (50%)
Reduced cost for cables & G.P. equipment's
Active electronics present in the tunnel
Inconvenience: BPCL-1006 difficult to access(on opposite side of the custom door)
BI day 2000
08/12/00
4
BPM layout
BPM layout
J:\IMAGES\TT10_New.jpg
BPCK replaced by BPCL
from TI12 & 18 and TT70
Electrodes
Placed on hor. & vert. axes
Aperture ± 66.5 mm
BI day 2000
08/12/00
5
Beam Types
Beam Types
Fix target protons
2000 bunches spaced by 5 ns, 1.7 ns wide
Heavy ions for Fix target
16 bunches spaced by 131 ns, 15 ns wide
LHC
single / 84 bunch spaced by 25 ns, 2.1 ns wide
Heavy ions for LHC
4 bunches spaced by 125 ns, 2.4 ns wide
Special beams
1,8,16 bunches spaced by 262 ns, 15 ns wide
BI day 2000
08/12/00
6
BI day 2000
08/12/00
7
LP
Filter
LP
Filter
A
B
Logamp
I to V
Converter
Diff.
Ampli
Position = K * Vout
Logamp
I to V
Converter
Logarithmic normalization
Logarithmic normalization
A spectral line is selected, compressed by a logarithmicamplifier, filtered and applied to a differential amplifier.
The position response isPos.  [log(A/B)] = [log(A)-log(B)]  (Vout)
where Vout is the voltage difference between the log-amp outputs
BP
Filter
BP
Filter
BI day 2000
08/12/00
8
New generation circuits use several cascaded limiting amplifiers, withfix gain and wide bandwidth.  Full wave rms detectors are appliedamong each stage and by summing theirs output signals, a goodapproximation to a logarithmic transfer function is obtained.
Input dynamic range >90 dB
Input noise: < 1.5 nV/Hz
Non conformance lin.:< 0.3 dB
Limiter Bandwidth:D.C. to >2 GHz
Video Bandwidth: D.C. to 30 MHz
Logarithmic amplifier description
Logarithmic amplifier description
BI day 2000
08/12/00
9
J:\IMAGES\BI_day_00\Heavy-Ions-Diff-Beam.gif
J:\IMAGES\BI_day_00\Heavy-Ions-Single-Beam.gif
Beam signals (Heavy Ions)
Beam signals (Heavy Ions)
H = 500 ns/div
V = 200 mV/div
Output Level = -51.7 dBV
for 2*1010 charge/16 bunches
H = 500 ns/div
V = 20 mV/div 1.8 mm/div
Resolution= 85 m (V plane)
for 1 s integration time
H = 500 ns/div
V = 20 mV/div 1.8 mm/div
Resolution= 85 m (V plane)
for 1 s integration time
s
s
22 MHz BP filter
22 MHz BP filter
BI day 2000
08/12/00
10
J:\IMAGES\BI_day_00\Sgl-Bunch-LHC-Cal.jpg
J:\IMAGES\BI_day_00\Sgl-Bunch-LHC-Cal-diff.gif
Calibration signal (Sgl LHC bunch)
Calibration signal (Sgl LHC bunch)
H = 200 ns/div
V = 200 mV/div
Output level = -37.8 dBV
for 1*1010 p/bunch
H = 100 ns/div
V = 10 mV/div .9 mm/div
Resolution = 45 m over100 ns integration time
22 MHz BP filter
22 MHz BP filter
100 ns
100 ns
BI day 2000
08/12/00
11
J:\IMAGES\BI_day_00\Fix-Target_Diff.gif
J:\IMAGES\BI_day_00\Fix-Target.gif
Calibration signal (Fix Target)
Calibration signal (Fix Target)
H = .5 s/div
V = 200 mV/div
Output Level = -37.2 dBV
for .2*1010 p/b and 500 b
H = .5 s/div
V = 10 mV/div .9 mm/div
Resolution = 25 m
for 1 s integration time
Single channel (-D)
Single channel (-D)
Difference (position) (U-D)
Difference (position) (U-D)
200 MHz BP filter
200 MHz BP filter
s
s
s
s
BI day 2000
08/12/00
12
Position errors & resolutions (rms)
Position errors & resolutions (rms)
Non-conformity to log function:
Position dependence versus intensity:
Zero for a centered beam
Up to 250 m for a 11 mm off-center beam
200 MHz channel:
Fix Target: 25 m/ 1010 p/b and > 400 bunches
LHC : 40 m/1010 p/b and 84 bunches
22 MHz channel:
LHC single: 50 m/1010 p/b
Heavy Ions (Fix Target): 50 m/1010 Charges/b
Special : ??
BI day 2000
08/12/00
13
Digitization & Acquisition
Digitization & Acquisition
Log-amp signals (BW < 4 MHz) are send to theauxiliary buildings, via coaxial cables
MoposA modified version of  Mopos digitizer, withintegrator and 14 bit ADC
To improve S/N ratio two integration times areimplemented (100 ns and 1 s)
Mopos Acquisition is identical to Mopos system(VME power PC & PMC MACI)
BI day 2000
08/12/00
14
Timing
Timing
Only 1st Log-amp in the beam line offersauto-trigger capability
Individual timing is required for each BPM’s
Fast timing ( SPS injection pre-pulses ,rev.frequency)
Extremely long and jitter free delay units
Beam and Calibration timing are different
Slow timing (GMT) to initialize elementarycycle settings
BI day 2000
08/12/00
15
Calibration
Calibration
Remotely triggered
Single or 40 MHz LHC bunch simulation
It offers 0 db (center) and -6 dB ratio
+6dB ratio obtained by switching coax. relays
Center position can be cross calibrate withbeam, by switching electrodes (coaxial relays)
BI day 2000
08/12/00
16
Conclusions
Conclusions
A special effort has been done to reduce thecost as much as possible
Investment per channel still extremely low
cables and digital electronics & servicesrepresent the largest part of the budget (~78%)
Schedule: TT2 line will be put into operationcurrent 2001 and TT10 after 2001/02 shut-down
“Good luck to my successor!”“Good luck to my successor!”