摘要：提出了一种基于FPGA和C#的核脉冲信号发生器的设计方法。C#编写上位机，实现高斯函数表达式的计算，并通过USB将波形数据传输给FPGA。FPGA作为核心控制器，编程实现线性反馈移位寄存器产生均匀分布随机数。将均匀分布的随机数与C#产生的高斯波形结合，得到随机分布的高斯脉冲。采用ADI公司的AD9767将量化的随机分布的高斯脉冲转换为模拟的具有特征谱线的核脉冲信号。最后利用多道分析系统对241Am、109Cd、188Re、60Co四种放射性核素进行验证。该信号发生器能够产生模拟核素的特征谱线。
关键词：现场可编程门阵列；模拟核素特征谱线
核辐射在资源勘探、医学、考古、工业无损检测等领域具有广泛的应用[1]。目前核辐射探测实验的主流是采用放射源加探测器来获得核脉冲信号，这可能导致实验人员受到放射源的辐射，影响其身体健康[2]。自1969年以来，核脉冲信号发生器也从模拟电路搭建转变为数字电路设计[3-5]。目前，不少模拟核脉冲信号发生器是利用Box-Muller极坐标算法得到呈高斯分布的随机数[6]。上述方法占用FPGA资源较多，运行效率较低，因此，本文利用线形反馈移位寄存器产生均匀分布随机数，C#产生的高斯脉冲信号，再将均匀分布随机数按照特征谱分段，并赋予该段对应的能量值，最后将能量值与高斯脉冲信号相乘得到特定幅度谱的高斯脉冲，最后利用多道脉冲分析仪（MCA）[7-8]测试模拟核信号特征谱线，验证系统正确性。该系统节省了FPGA资源，提高了运行效率。

1 总体方案设计

本系统主要由软件部分和硬件部分构成。软件部分主要采用C#和MATLAB混合编程设计一个计算高斯函数表达式并显示计算结果。硬件部分是基于FPGA来实现的，主要功能是实现USB通信控制和具有特征谱高斯脉冲的生成。如图1所示。该系统主要由以下几个部分组成：高斯脉冲信号生成模块、USB控制模块、高斯脉冲信号存储模块、随机数产生模块、特征谱高斯脉冲模块。
作者：罗小丽、张流强、张建、石亚星、袁源