[實用新型]一種基于偽隨機函數的窄帶噪聲頻率信號發生裝置

有效

• 申請號: 201520878515.1
• 申請日: 2015-11-06
• 公開（公告）號: CN205249183U
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 童金;谷鳴;袁啟兵;劉永芳
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海應用物理研究所
• 主分類號: H03L7/16
• 分類號: H03L7/16
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;楊希

技術領域

本實用新型涉及一種頻率信號發生裝置，尤其涉及一種基于偽隨機函數 的窄帶噪聲頻率信號發生裝置。

背景技術

由于質子束流在人體組織內的劑量分布呈現Bragg峰特性，因此利用質 子束流比利用x或λ射線進行醫學治療更為先進。與此同時，能提供均勻穩 定且占空比可調的質子束流，是醫用質子裝置實現精準治療的關鍵。

從同步加速器存儲環中引出用于治療的質子束流可采用保持同步加速器 的Lattice參數不變，即同步加速器的穩定區域不變，而改變束流運行狀態Tune 值的方法，因此可以不用改變同步加速器自身的復雜結構參數，僅需在存儲 環外加高頻的橫向激勵信號。

傳統的RFKO(RF-knockout)慢引出作為比較理想的橫向激勵方式廣泛 應用于日本和德國的質子重離子裝置，該方式主要是采用兩路相位偏差為π 的經鋸齒波調制的正弦信號疊加到激勵部件。然而，由于該正弦信號的周期 性，使得最終輸出質子束流波形存在“固有頻率”干擾，這顯然不利于苛求 精準的醫學治療。

實用新型內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本實用新型旨在提供一種基于偽隨 機函數的窄帶噪聲頻率信號發生裝置，以使產生的窄帶噪聲頻率信號(即激 勵信號)的周期趨近于無窮大，從而使得質子束流波形幾乎無“固有頻率” 影響，進而提高引出束流的穩定性。

本實用新型所述的一種基于偽隨機函數的窄帶噪聲頻率信號發生裝置， 其包括：一FPGA芯片以及一與該FPGA芯片通信連接的DDS芯片，其中， 所述FPGA芯片包括：

鎖相環，其接收外圍輸入的系統時鐘信號并輸出參考時鐘信號；

預存有基于MATLAB生成的無重復隨機整數序列的第一ROM；以及

與所述第一ROM連接的加法器，其將外圍輸入的基準頻率控制字與所述 基于MATLAB生成的無重復隨機整數序列疊加形成實際頻率控制字；

所述DDS芯片接收所述參考時鐘信號以及實際頻率控制字，并輸出窄帶 噪聲頻率信號。

在上述的基于偽隨機函數的窄帶噪聲頻率信號發生裝置中，所述DDS芯 片包括：

相位累加器，其接收所述參考時鐘信號以及實際頻率控制字，并輸出與 該實際頻率控制字對應的正弦信號相位序列值；

與所述相位累加器連接的預存有正弦信號的相位幅度對應信息的第二 ROM，其接收所述正弦信號相位序列值，并輸出與該正弦信號相位序列值對 應的正弦信號幅度序列值；

與所述第二ROM連接的數模轉換器，其接收所述參考時鐘信號以及正弦 信號幅度序列值，并將該正弦信號幅度序列值轉換為模擬信號；以及

與所述數模轉換器連接的低通濾波器，其對所述模擬信號進行濾波，并 輸出所述窄帶噪聲頻率信號。

在上述的基于偽隨機函數的窄帶噪聲頻率信號發生裝置中，所述FPGA 芯片通過并口通信協議與所述DDS芯片通信連接。

在上述的基于偽隨機函數的窄帶噪聲頻率信號發生裝置中，所述FPGA 芯片還包括與所述加法器連接以存儲所述實際頻率控制字的寄存器。

由于采用了上述的技術解決方案，本實用新型采用FPGA芯片對DDS芯 片實現配置和控制，并為其提供高穩定性的參考時鐘信號，以使DDS芯片產 生高精度的窄帶噪聲頻率信號(即激勵信號)，具體來說，本實用新型通過在 FPGA芯片中對基準頻率控制字疊加基于MATLAB生成的無重復隨機整數序 列，即，將該基于MATLAB生成的無重復隨機整數序列作為基準頻率控制字 的偏移量，從而確保DDS芯片根據帶有隨機偏移量的頻率控制字所最終輸出 的激勵信號既能在頻帶范圍內隨機出現，又能保證頻帶范圍內的每一個頻率 成分都出現且只出現一次，即，輸出的激勵信號的周期趨近于無窮大，且覆 蓋了頻帶范圍內所有頻率點，這在保證以偽隨機的方式消除了“固有周期” 的干擾后，更有利于平滑穩定的引出用于醫學治療的質子束流，從而提升治 療的精準度。

附圖說明

圖1是本實用新型一種基于偽隨機函數的窄帶噪聲頻率信號發生裝置的 結構框圖；

圖2是本實用新型中DDS芯片的內部結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖，給出本實用新型的較佳實施例，并予以詳細描述。