[發明專利]一種用于BNCT回旋加速器的低電平系統

有效

• 申請號: 202110430921.1
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113260133B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 付曉亮;殷治國;張天爵;紀彬
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: H05H13/00
• 分類號: H05H13/00;H05H7/00
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 卓凡

1.一種用于BNCT回旋加速器的高頻低電平系統，包括兩路腔體控制系統和一路聚束器控

制系統；所述兩路腔體控制系統用于分別控制兩路腔體的幅度、相位、調諧，所述一路聚束器控制系統用于控制聚束器的幅度和相位；該兩路腔體控制系統包括兩路幅度相位解調器、兩路相位鑒別器、兩路幅度PID控制器、兩路相位PID控制器；所述兩路相位鑒別器分別通過相位變化計算腔體諧振頻率和外部DDS輸出頻率的差值，再根據頻率差值調整腔體諧振頻率，使得腔體諧振頻率外部DDS輸出頻率保持一致；

其特征在于：所述兩路腔體控制系統和一路聚束器控制系統采用三合一高集成度融合的方法將三個系統揉在一起， 具體為：

該高頻低電平系統的硬件系統的高頻信號包括兩路腔體取樣信號A、B、一路聚束器取樣信號C、兩路調諧輸入信號D、E、兩路腔體打火檢測輸入信號F、G、一路追蹤輸入信號H、四路輸出信號I、J、K、L；兩路腔體取樣信號和兩路腔體打火檢測輸入信號分別來自于被控制的兩組腔體，一路聚束器取樣信號來自于聚束器腔體，兩路調諧輸入信號來自于兩臺發射機的傳輸線上的定向耦合器的正向取樣，四路輸出信號中，有兩路I、J輸出到兩臺發射機，一路K輸出到聚束器系統的放大器，另一路L作為追蹤輸入信號連接到追蹤輸入信號接口；該高頻低電平系統的兩路腔體取樣信號A、B、調諧輸入信號D、E、腔體打火檢測輸入信號F、G、追蹤輸入信號H、四路輸出L的頻率相同；其中，A、D、F、I為與一組腔體相關的信號，B、E、G、J為與另一組腔體相關的信號，C、K為與聚束器系統相關的信號，H、L為兩組腔體公用信號；所述高頻低電平系統包含4路ADC、4路DAC和4路數字時鐘IO共12路高頻接口，對應上述A到K代表的12路信號；其中，4路ADC和4路DAC的數字信號總線連接到FPGA，4路數字時鐘IO接口通過單端轉差分電路連接到FPGA；

在一個芯片內集成1個FPGA和雙核CPU，每個CPU負責一個腔體，1個FPGA和雙核CPU只需要掛載一個內存而能同時滿足兩者需求；FPGA和雙核CPU之間的通訊和數據訪問都在芯片內部進行；

所述兩路相位鑒別器包含兩路相位值的差值計算，其中一路復用了腔體取樣信號A端口或腔體取樣信號B端口的相位解調值，另一路相位值來自調諧輸入信號D端口或調諧輸入信號E端口的相位解調值，相位鑒別電路使用數字時鐘IO作為一位ADC來采集高頻信號的相位信息；D端口、E端口只關心相位、不關心幅度；

E端口的相位鑒別器輸入端省略了ADC接口、直接采用IO接口獲得相位信息，再通過NCO、乘法器、低通濾波器、CORDIC坐標旋轉矢量計算機，計算出對應腔體的進入腔體前的相位信息，從而使得該相位鑒別器又省略一路ADC；同樣在D端口也不用ADC，這樣節省了2個ADC，又因為在D端口和E端口還分別借用了A端口和B端口的相位信息，不用ADC，一共節省了4個ADC，系統里所有的數字IO端口都能夠實現相位檢測結果；

該聚束器系統相關的信號C、K使用與上述腔體取樣信號A相同頻率的信號，或多個信號A的高次諧波信號合成特殊的聚束波形信號，該特殊的聚束波形信號依然由一路輸入信號采樣，并由一路輸出信號控制其幅度和相位;

所述兩路幅度相位解調器包括：數字下變頻電路，低通濾波電路，IQ坐標到幅度-相位坐標轉換電路；其中，數字下變頻電路將輸入的高頻信號下變頻至基帶和二倍頻率，低通濾波器將二倍頻率濾除后，得到的結果輸入到IQ坐標到幅度-相位坐標轉換電路；IQ坐標到幅度-相位坐標轉換電路將IQ信號轉換到幅度-相位坐標后，即能夠得到輸入的高頻信號的幅度和相位解調值；該幅度和相位解調電路的工作時鐘頻率與輸入的高頻信號頻率無關；解調電路的工作時鐘頻率能夠小于，等于，或者大于輸入的高頻信號頻率；該幅度和相位解調電路的工作頻率由ARM處理器進行在線配置，能夠適用于不同頻率的高頻系統；

D端口電路的作用把D端口相位信息檢出來，該相位代表進入腔體前的相位，這2個相位差就是進入腔體前和腔體后的相位差。

2.根據權利要求1所述一種用于BNCT回旋加速器的高頻低電平系統，其特征在于：所述低電平系統的兩路幅度PID控制器接收來自ARM處理器的設定值，并與幅度解調電路的解調值進行比較，得到誤差信號后，通過比例-積分-微分運算得出幅度調節值，作用于幅度調制器上；所述低電平系統的相位PID控制器接收來自ARM處理器的設定值，并與相位解調電路的解調值進行比較，得到誤差信號后，通過比例-積分-微分運算得出相位調節值，作用于相位調制電路上。