[实用新型]一种基于伪随机函数的窄带噪声频率信号发生装置

说明书

技术领域

本实用新型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。

背景技术

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。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型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。

本实用新型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，本实用新型采用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，本实用新型通过在 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是本实用新型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是本实用新型中DDS芯片的内部结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述。