一种基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置，其包括：一FPGA芯片以及一与该FPGA芯片通信连接的DDS芯片，其中，所述FPGA芯片包括：锁相环，其接收外围输入的系统时钟信号并输出参考时钟信号；预存有基于MATLAB生成的无重复随机整数序列的第一ROM；以及与所述第一ROM连接的加法器，其将外围输入的基准频率控制字与所述无重复随机整数序列叠加形成实际频率控制字；所述DDS芯片接收所述参考时钟信号以及实际频率控制字，并输出窄带噪声频率信号。本实用新型专利技术输出的窄带噪声频率信号的周期趋近于无穷大，这在保证以伪随机的方式消除了“固有周期”的干扰后，更有利于平滑稳定的引出用于医学治疗的质子束流，从而提升治疗的精准度。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种频率信号发生装置，尤其涉及一种基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置。
技术介绍
由于质子束流在人体组织内的剂量分布呈现Bragg峰特性，因此利用质子束流比利用x或λ射线进行医学治疗更为先进。与此同时，能提供均匀稳定且占空比可调的质子束流，是医用质子装置实现精准治疗的关键。从同步加速器存储环中引出用于治疗的质子束流可采用保持同步加速器的Lattice参数不变，即同步加速器的稳定区域不变，而改变束流运行状态Tune值的方法，因此可以不用改变同步加速器自身的复杂结构参数，仅需在存储环外加高频的横向激励信号。传统的RFKO(RF-knockout)慢引出作为比较理想的横向激励方式广泛应用于日本和德国的质子重离子装置，该方式主要是采用两路相位偏差为π的经锯齿波调制的正弦信号叠加到激励部件。然而，由于该正弦信号的周期性，使得最终输出质子束流波形存在“固有频率”干扰，这显然不利于苛求精准的医学治疗。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本技术旨在提供一种基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置，以使产生的窄带噪声频率信号(即激励信号)的周期趋近于无穷大，从而使得质子束流波形几乎无“固有频率”影响，进而提高引出束流的稳定性。本技术所述的一种基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置，其包括：一FPGA芯片以及一与该FPGA芯片通信连接的DDS芯片，其中，所述FPGA芯片包括：锁相环，其接收外围输入的系统时钟信号并输出参考时钟信号；预存有基于MATLAB生成的无重复随机整数序列的第一ROM；以及与所述第一ROM连接的加法器，其将外围输入的基准频率控制字与所述基于MATLAB生成的无重复随机整数序列叠加形成实际频率控制字；所述DDS芯片接收所述参考时钟信号以及实际频率控制字，并输出窄带噪声频率信号。在上述的基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置中，所述DDS芯片包括：相位累加器，其接收所述参考时钟信号以及实际频率控制字，并输出与该实际频率控制字对应的正弦信号相位序列值；与所述相位累加器连接的预存有正弦信号的相位幅度对应信息的第二ROM，其接收所述正弦信号相位序列值，并输出与该正弦信号相位序列值对应的正弦信号幅度序列值；与所述第二ROM连接的数模转换器，其接收所述参考时钟信号以及正弦信号幅度序列值，并将该正弦信号幅度序列值转换为模拟信号；以及与所述数模转换器连接的低通滤波器，其对所述模拟信号进行滤波，并输出所述窄带噪声频率信号。在上述的基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置中，所述FPGA芯片通过并口通信协议与所述DDS芯片通信连接。在上述的基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置中，所述FPGA芯片还包括与所述加法器连接以存储所述实际频率控制字的寄存器。由于采用了上述的技术解决方案，本技术采用FPGA芯片对DDS芯片实现配置和控制，并为其提供高稳定性的参考时钟信号，以使DDS芯片产生高精度的窄带噪声频率信号(即激励信号)，具体来说，本技术通过在FPGA芯片中对基准频率控制字叠加基于MATLAB生成的无重复随机整数序列，即，将该基于MATLAB生成的无重复随机整数序列作为基准频率控制字的偏移量，从而确保DDS芯片根据带有随机偏移量的频率控制字所最终输出的激励信号既能在频带范围内随机出现，又能保证频带范围内的每一个频率成分都出现且只出现一次，即，输出的激励信号的周期趋近于无穷大，且覆盖了频带范围内所有频率点，这在保证以伪随机的方式消除了“固有周期”的干扰后，更有利于平滑稳定的引出用于医学治疗的质子束流，从而提升治疗的精准度。附图说明图1是本技术一种基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置的结构框图；图2是本技术中DDS芯片的内部结构框图。具体实施方式下面结合附图，给出本技术的较佳实施例，并予以详细描述。请参阅图1-2，本技术，即一种基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置，其包括：一FPGA芯片1以及一与该FPGA芯片1通信连接的DDS芯片2(DirectDigitalSynthesizer，直接数字频率合成器)。在本技术中，FPGA芯片1包括：锁相环(PLL)11，其接收外围输入(例如通过上位机10输入)的系统时钟信号并输出的参考时钟信号CLK；预存有基于MATLAB生成的无重复随机整数序列M的第一ROM12；以及与第一ROM12连接的加法器13，其将外围输入的基准频率控制字FTW0与基于MATLAB生成的无重复随机整数序列M叠加形成实际频率控制字FTW0+M，并将该实际频率控制字FTW0+M输出至寄存器14中存储。在本技术中，DDS芯片2包括：相位累加器21，其接收参考时钟信号CLK以及实际频率控制字FTW0+M，在时钟上升沿将实际频率控制字决定的相位增量累加一次，从而输出与该实际频率控制字FTW0+M对应的正弦信号相位序列值；与相位累加器21连接的预存有正弦信号的相位幅度对应信息的第二ROM22，其接收正弦信号相位序列值，并输出与该正弦信号相位序列值对应的正弦信号幅度序列值；与第二ROM22连接的数模转换器23，其接收参考时钟信号CLK以及正弦信号幅度序列值，并将该正弦信号幅度序列值转换为模拟信号；以及与数模转换器23连接的低通滤波器24，其对模拟信号进行滤波，并输出相应的窄带噪声频率信号(即激励信号)。在本技术中，输入至加法器13的基准频率控制字FTW0可根据系统时钟信号、相位累加器21的位数以及目标激励信号的中心频率预先推算得出；例如，当系统时钟信号的频率(即参考时钟信号CLK的频率fc)为200MHz，相位累加器21的位数N为32位，且目标激励信号的中心频率fo为2MHz时，依据公式(1)(该公式为本领域常用公式，当FTW＝1时，fo为DDS芯片2的频率分辨率，例如，当fc为200MHz且N为32时，DDS芯片2的频率分辨率为0.0466Hz，精度很高)：fo＝FTW*fc/2N(1)，推算出基准频率控制字FTW0为：00000101_00011110_10111000_01010010，转化为16进制数为051B_B852。在本技术中，预存在第一ROM12中的基于MATLAB生成的无重复随机整数序列M可按照以下方法预先获得：首先，根据系统时钟信号、相位累加器2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置，其特征在于，所述发生装置包括：一FPGA芯片以及一与该FPGA芯片通信连接的DDS芯片，其中，所述FPGA芯片包括：锁相环，其接收外围输入的系统时钟信号并输出参考时钟信号；预存有基于MATLAB生成的无重复随机整数序列的第一ROM；以及与所述第一ROM连接的加法器，其将外围输入的基准频率控制字与所述无重复随机整数序列叠加形成实际频率控制字；所述DDS芯片接收所述参考时钟信号以及实际频率控制字，并输出窄带噪声频率信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置，其特征在于，所
述发生装置包括：一FPGA芯片以及一与该FPGA芯片通信连接的DDS芯片，
其中，所述FPGA芯片包括：
锁相环，其接收外围输入的系统时钟信号并输出参考时钟信号；
预存有基于MATLAB生成的无重复随机整数序列的第一ROM；以及
与所述第一ROM连接的加法器，其将外围输入的基准频率控制字与所述
无重复随机整数序列叠加形成实际频率控制字；
所述DDS芯片接收所述参考时钟信号以及实际频率控制字，并输出窄带
噪声频率信号。
2.根据权利要求1所述的基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置，
其特征在于，所述DDS芯片包括：
相位累加器，其接收所述参考时钟信号以及实际频率控制字，并输出与
该实际频率控制字对应的正弦信号相位序列值；...

【专利技术属性】
技术研发人员：童金，谷鸣，袁启兵，刘永芳，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：新型
国别省市：上海;31