[发明专利]一种多工作模式的同步脉冲发生装置及其工作方法

说明书

本发明涉及一种多工作模式的同步脉冲发生装置及其工作方法，其包括：上位机控制模块、外部触发信号生成模块、外部时钟输入模块、通信模块、FPGA模块和输出驱动模块；上位机控制模块通过通信模块与FPGA模块相连，用于发送所需脉冲参数；外部触发信号生成模块与FPGA模块相连，用于提供外部触发信号；外部时钟输入模块与FPGA模块相连，用于生成符合FPGA模块的输入时钟信号；FPGA模块用于根据上位机控制模块发送的脉冲参数或外部触发信号所携带的脉冲参数，生成符合相应脉冲参数的同步脉冲；输出驱动模块用于根据FPGA模块输出的同步脉冲，提供多通道脉冲信号。本发明可以广泛应用于同步脉冲发生装置领域。

技术领域

本发明涉及一种多工作模式的同步脉冲发生装置及其工作方法，可应用于质子、重离子束脉冲模式直线加速器，激光打靶、光谱分析仪器、离子质谱仪等领域。

背景技术

重离子束广泛的应用于重离子生物效应、重离子治癌、材料科学和航天器件的单粒子效应等研究领域。对于质子、重离子束装置的直线加速器多工作在脉冲模式下。直线加速器加速梯度高，束流品质好，束流强，传输效率高，对铋、铀等多种高电荷态、高能量的重核束流的研究具有重要作用。而多工作模式的同步脉冲发生装置能够为脉冲模式的直线加速器斩波器系统、高频发射机低电平系统、束流诊断与反馈系统提供精确的符合物理调束需求的工作时序的脉冲信号(各路之间周期、脉宽、延时可调的脉冲信号)。斩波器系统根据同步脉冲发生装置提供的脉冲信号，将直流束按物理调束人员的需求切换成符合一定时间结构的脉冲束流；高频发射机低电平系统响应同步脉冲发生装置的脉冲信号，产生周期性的射频激励信号作用于高频发射机，使直线加速器的高频腔提前建立加速电场对通过斩波器系统的束流进行加速；束流诊断与反馈系统则根据同步脉冲发生装置提供的脉冲信号，进行束流发射度、流强的准确获取。由此可见，同步脉冲发生装置是脉冲模式的直线加速器所不可或缺的系统。

目前，脉冲模式的直线加速器大多采用通用的同步脉冲发生装置，例如美国Stanford Research Systems公司的BNC745T，其延时精度可达到ps级，精度高，功能多，触发模式可调以及多功能显示界面与按键功能等，但是此类通用同步脉冲发生装置单台的输出通道数不能满足脉冲模式的直线加速器对同步触发信号的需求，不能响应外部光纤触发信号，而且结构复杂，体积较大，成本较高，不利用系统扩展、维护。国内对于同步脉冲发生装置的研究与国外相比仍有一定的差距，而且国内同步脉冲发生装置一般都是针对特定用途而开发。

脉冲模式下的直线加速器系统要求同步脉冲发生装置能够输出多路通道同步脉冲，且各路输出通道脉宽、延时可独立调节，延时精度为1us，各路输出通道的周期可调。另外，由于脉冲模式直线加速器系统庞大，电磁环境复杂，因此其要求同步脉冲发生装置具有可靠远距离的外部光纤事例触发功能，自由触发模式与给定光事例触发模式可自由切换，而且周期、脉宽、延时参数，同步脉冲极性，工作模式均可通过计算机远程界面来控制。目前的同步脉冲发生装置还不能满足上述要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种多工作模式的同步脉冲发生装置及其工作方法，该装置具有多路输出通道，且每个输出通道都可以进行参数的独立远程配置，满足脉冲模式的直线加速器的需求。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种多工作模式的同步脉冲发生装置，其包括：上位机控制模块、外部触发信号生成模块、外部时钟输入模块、通信模块、FPGA模块和输出驱动模块；所述上位机控制模块通过所述通信模块与所述FPGA模块相连，用于发送控制指令到所述FPGA模块，所述控制指令包括同步脉冲参数和工作模式，同步脉冲参数包括脉宽、延时、周期；所述外部触发信号生成模块与所述FPGA模块相连，用于提供外部光事例或电信号触发信号；所述外部时钟输入模块与所述FPGA模块相连，用于生成符合所述FPGA模块的输入时钟信号；所述FPGA模块用于根据所述上位机控制模块发送的控制指令，在给定工作模式下生成符合相应脉冲参数的同步脉冲；所述输出驱动模块用于根据所述FPGA模块输出的同步脉冲，提供多通道同步脉冲信号。