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申请/专利权人：中国科学技术大学

摘要：本发明公开了一种基于FPGA的高计数率本底事例模拟平台及方法，二者是相对应的方案，方案中：基于FPGA（现场可编程门阵列）可以产生符合本底事例能量分布和时间分布的随机数字脉冲信号，并由此产生LED（发光二极管）驱动信号，在LED驱动信号的驱动下，LED将产生与晶体响应类似的光信号（即与晶体响应发光波形相符合的本底光信号），最终由晶体接收，从而实现高计数率本底事例的模拟，通过本发明提供的方案，可以有效地验证电子学对高事例率信号的处理能力，进而验证探测系统在实际本底环境下的工作状态。

主权项：1.一种基于FPGA的高计数率本底事例模拟平台，其特征在于，包括：LED阵列控制模块，以及LED与闪烁体阵列；所述LED阵列控制模块，用于基于FPGA产生符合本底事例能量分布和时间分布的随机数字脉冲信号，并转换为电压脉冲信号，再利用所述电压脉冲信号产生LED驱动信号；所述LED与闪烁体阵列是多个LED与多个闪烁晶体一对一连接组成的阵列，其中的LED根据LED驱动信号产生与闪烁晶体响应发光波形相符合的本底光信号，并由闪烁体晶体接收，完成本底事例的模拟；其中，所述FPGA为现场可编程门阵列，所述LED为发光二极管；所述基于FPGA产生符合本底事例能量分布和时间分布的随机数字脉冲信号包括：利用FPGA内的线性反馈移位寄存器产生均匀分布的伪随机数，再结合在线抽样的方法产生符合本底事例能量分布和时间分布的随机数字脉冲信号；所述结合在线抽样的方法产生符合本底事例能量分布和时间分布的随机数字脉冲信号包括：基于FPGA内的线性反馈移位寄存器产生均匀分布的伪随机数，通过在线抽样的方法，获得幅度随机数与时间间隔随机数，并结合幅度随机数与时间间隔随机数产生符合本底事例能量分布和时间分布的随机数字脉冲信号；还包括：获得幅度随机数的步骤，包括：利用线性反馈寄存器分别生成N位均匀伪随机数f1与M位均匀伪随机数a，并将这两组均匀伪随机数a和f1作为舍选区间的横纵坐标，得到在平面内均匀分布的点序列，M位均匀伪随机数a作为横坐标，代表能量的大小，N位均匀伪随机数f1作为纵坐标，代表能量值出现的概率；信号幅度的概率密度函数为Eu，Eu的含义是幅度大小为u时出现的概率；将M位均匀伪随机数a带入该信号幅度的概率密度函数Eu，得到Ea，即幅度大小为a时出现的概率，比较f1与Ea的大小，根据比较结果输出校验码，如果比较结果为f1＜Ea，则输出校验码1，否则输出校验码0，若输出校验码1，则保留对应点的横坐标，不断重复，最终输出得到幅度随机数；其中，利用仿真得到的本底能量分布抽样得到一系列能量点Ei，将概率密度函数的能量值分成若干段，每一段能量值对应舍选法横坐标的一个区间段，区间长度由目标幅度分布决定，与概率密度函数在区间段的积分成正比，根据得到的分段区间对应的能量值，重新抽样得到每一个区间横坐标点对应的纵坐标，即Ei；将Ei作为FPGA内部存储器ROM1内的Eu；获得时间间隔随机数的步骤与获得幅度随机数的步骤相同，其中，将获得幅度随机数时使用的概率密度函数Eu替换为概率密度函数Yb，概率密度函数Yb代表相邻两个随机脉冲的时间间隔；所述LED阵列控制模块包括：FPGA、DAC模块与LED驱动电路；DAC模块与LED驱动电路的数目均为多个，且一对一的连接，所有DAC模块均与FPGA连接，所述DAC模块为数字模拟转换模块；所述FPGA负责产生符合本底事例能量分布和时间分布的随机数字脉冲信号，DAC模块负责将随机数字脉冲信号转换为电压脉冲信号，LED驱动电路负责利用所述电压脉冲信号产生LED驱动信号；所述LED驱动电路包括：运算放大器，BJT，两个MOSFET开关，记为开关SW1与开关SW2，电阻R1，电阻R2与电容C1；其中，BJT为双极性晶体管，MOSFET为金属氧化物半导体场效应晶体管，运算放大器的同向输入端接收电压脉冲信号，反向输入端与电阻R1一端以及电容C1一端相连；电阻R1另一端与电阻R2的一端以及开关SW2的一端相连，电阻R2另一端与地相连，电容C1另一端与运算放大器的输出端相连；运算放大器的输出端与BJT的基极相连，BJT的发射极与开关SW2的另一端相连，BJT的集电极与LED负极连接，LED的正极连接供电电压，开关SW1连接LED正极与负极，开关SW1还与延迟单元相连，能够将LED短路使LED猝灭；此部分的LED为LED与闪烁体阵列中的LED。

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百度查询： 中国科学技术大学 一种基于FPGA的高计数率本底事例模拟平台及方法