一種基于dds和qam的數(shù)字化mri射頻發(fā)生器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號(hào)處理領(lǐng)域，具體涉及一種基于DDS和QAM的數(shù)字化MRI射頻發(fā)生器。
【背景技術(shù)】
[0002]磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)是醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中的一種高新技術(shù)，它利用特定的射頻脈沖和經(jīng)過空間編碼的磁場(chǎng)，使生物體內(nèi)的氫核共振產(chǎn)生信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理而成像。由于MRI具有對(duì)比度高、成像參數(shù)多、可任意層面斷層成像、無骨偽影干擾、無電離輻射等特點(diǎn)，目前已經(jīng)成為影像學(xué)檢查中最先進(jìn)的工具之一，廣泛應(yīng)用于人體各部位的臨床檢查。
[0003]譜儀是磁共振成像系統(tǒng)的核心控制平臺(tái)，包括時(shí)序控制器、射頻發(fā)生器、射頻接收器和梯度信號(hào)發(fā)生器等，控制著MRI系統(tǒng)的工作時(shí)序和各種信號(hào)的產(chǎn)生、發(fā)射、接收和處理。其中，射頻發(fā)生器是譜儀的重要組成部分，它負(fù)責(zé)對(duì)基帶射頻信號(hào)的頻率、幅度和相位進(jìn)行調(diào)制和數(shù)模轉(zhuǎn)換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出一種基于DDS和QAM的數(shù)字化射頻脈沖發(fā)生器，并用FPGA芯片和多功能QDUC模塊進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能豐富、性能出色、成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種基于DDS和QAM的數(shù)字化MRI射頻發(fā)生器，包括FPGA芯片、存儲(chǔ)器、QUDC模塊和發(fā)射接口電路模塊。
[0006]所述FPGA芯片，用于負(fù)責(zé)從譜儀的掃描控制器接收配置參數(shù)和射頻觸發(fā)信號(hào)，并控制其他部件按要求進(jìn)行工作；所述存儲(chǔ)器，用于放置基帶波形數(shù)據(jù)；所述QUDC模塊，用于完成基帶信號(hào)的正交調(diào)制和D/A轉(zhuǎn)換；所述發(fā)射接口電路模塊，用于對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行濾波，并按照要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)并輸出。
[0007]優(yōu)選地，所述QUDC模塊采用ADI公司的型號(hào)為AD9957的芯片。
[0008]本發(fā)明以高性能QDUC模塊為核心，設(shè)計(jì)了一種基于DDS和QAM的數(shù)字化MRI射頻發(fā)生器，所用的QDUC模塊AD9957內(nèi)部集成了 DDS、數(shù)字正交調(diào)制、數(shù)字濾波、D/A轉(zhuǎn)換等功能，極大地簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。該射頻發(fā)生器可以快速改變基帶波形、調(diào)制頻率、幅度和相位，具有精度高、穩(wěn)定性好、頻率覆蓋范圍廣、集成度高、成本低等特點(diǎn)，可滿足主流MRI系統(tǒng)的需求。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明的模塊組成示意圖；
[0010]圖2為是本發(fā)明的AD9957在QDUC工作模式下的功能結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步敘述。
[0012]—種基于DDS和QAM的數(shù)字化MRI射頻發(fā)生器，包括FPGA芯片、存儲(chǔ)器、QUDC模塊和發(fā)射接口電路模塊。
[0013]所述FPGA芯片，用于負(fù)責(zé)從譜儀的掃描控制器接收配置參數(shù)和射頻觸發(fā)信號(hào)，并控制其他部件按要求進(jìn)行工作；所述存儲(chǔ)器，用于放置基帶波形數(shù)據(jù)；所述QUDC模塊，用于完成基帶信號(hào)的正交調(diào)制和D/A轉(zhuǎn)換；所述發(fā)射接口電路模塊，用于對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行濾波，并按照要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)并輸出。
[0014]所述QUDC模塊采用ADI公司的型號(hào)為AD9957的芯片。
[0015]在射頻發(fā)生器中，QDUC模塊是完成射頻脈沖波形調(diào)制和D/A轉(zhuǎn)換的重要模塊，其性能的優(yōu)劣直接影響到射頻信號(hào)的質(zhì)量。為了進(jìn)一步提高射頻發(fā)生器的性能，我們選用了ADI (Analog Devices)公司最新推出的AD9957作為射頻發(fā)生器的QDU模塊。AD9957是一款多功能的芯片，集成了 DDS、正交調(diào)制電路、時(shí)鐘倍頻器、數(shù)字濾波器、DAC等模塊。它具有高達(dá)IGSPS的內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘，可輸出高達(dá)400MHz的模擬信號(hào)，根據(jù)拉莫爾定理，頻率范圍可以覆蓋高達(dá)9T的磁場(chǎng)中氫核的共振頻率，完全滿足主流MRI系統(tǒng)的射頻激勵(lì)需求。AD9957內(nèi)置14bit的高速DAC，數(shù)模轉(zhuǎn)換精度高。芯片內(nèi)部提供了 8個(gè)profile寄存器，每個(gè)寄存器中包含了 8bit的輸出比例因子、16bit的相位偏移字和32bit的頻率調(diào)諧字，可以方便、精確地控制調(diào)制信號(hào)的幅度、相位和頻率，并可方便地實(shí)現(xiàn)調(diào)制參數(shù)的切換。AD9957的相位噪聲小，在400MHz載波和IkHz偏移的情況下相位噪聲小于125dBc/Hz ;動(dòng)態(tài)性能卓越，無雜散動(dòng)態(tài)范圍(Spur1us Free Dynamic Range，SFDR)大于80dB。以上這些特點(diǎn)表明了AD9957具有出色的性能，且在單片芯片中集成了多種功能，極大地簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu)，與東北大學(xué)和華師大的射頻發(fā)射模塊相比具有高的頻率覆蓋范圍和數(shù)模轉(zhuǎn)換精度，非常適合用于新型MRI譜儀射頻發(fā)生器的設(shè)計(jì)。
[0016]AD9957支持3種基本工作模式，正交調(diào)制(QDUC)模式、DAC插值模式和單頻調(diào)制模式。具體的工作模式通過控制功能寄存器I (CFRl)中的工作模式位來進(jìn)行選擇。在單頻模式下，AD9957作為正弦波發(fā)生器，通過DDS直接驅(qū)動(dòng)DAC。在DAC插值模式中，芯片內(nèi)部的DDS被旁路，允許用戶以低于DAC采樣率的速度將基帶數(shù)據(jù)發(fā)送到芯片中，芯片內(nèi)部對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行濾波和上采樣(插值)至DAC的采樣頻率。在QDUC模式中，DDS和插值濾波器均啟用，兩個(gè)并行的速率插值濾波器對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行處理，而DDS則提供調(diào)制所需的載波信號(hào)。在MRI譜儀的射頻發(fā)生器中，我們需要AD9957工作在QDUC模式下，這時(shí)它的有效功能模塊如圖2所示。AD9957的數(shù)據(jù)輸入端口主要包括18bit的并行端口和SPI端口，為了保證射頻脈沖基帶數(shù)據(jù)的精度和切換速度，在本發(fā)明的射頻發(fā)生器的設(shè)計(jì)中使用并行端口輸入基帶波形，而SPI端口用作輸入芯片的配置信息，包括工作模式的選擇、載波的頻率、相位、增益控制等。芯片的TxENABLE引腳可用作射頻波形發(fā)生的觸發(fā)控制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于DDS和QAM的數(shù)字化MRI射頻發(fā)生器，其特征在于:包括FPGA芯片、存儲(chǔ)器、QUDC模塊和發(fā)射接口電路模塊； 所述FPGA芯片，用于負(fù)責(zé)從譜儀的掃描控制器接收配置參數(shù)和射頻觸發(fā)信號(hào)，并控制其他部件按要求進(jìn)行工作； 所述存儲(chǔ)器，用于放置基帶波形數(shù)據(jù)； 所述QUDC模塊，用于完成基帶信號(hào)的正交調(diào)制和D/A轉(zhuǎn)換； 所述發(fā)射接口電路模塊，用于對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行濾波，并按照要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)并輸出。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DDS和QAM的數(shù)字化MRI射頻發(fā)生器，其特征在于:所述QUDC模塊采用ADI公司的型號(hào)為AD9957的芯片。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于DDS和QAM的數(shù)字化MRI射頻發(fā)生器，屬于信號(hào)處理領(lǐng)域。一種基于DDS和QAM的數(shù)字化MRI射頻發(fā)生器，包括FPGA芯片、存儲(chǔ)器、QUDC模塊和發(fā)射接口電路模塊；所述FPGA芯片，用于負(fù)責(zé)從譜儀的掃描控制器接收配置參數(shù)和射頻觸發(fā)信號(hào)，并控制其他部件按要求進(jìn)行工作；所述存儲(chǔ)器，用于放置基帶波形數(shù)據(jù)；所述QUDC模塊，用于完成基帶信號(hào)的正交調(diào)制和D/A轉(zhuǎn)換；所述發(fā)射接口電路模塊，用于對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行濾波，并按照要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)并輸出。該射頻發(fā)生器可以快速改變基帶波形、調(diào)制頻率、幅度和相位，具有精度高、穩(wěn)定性好、頻率覆蓋范圍廣、集成度高、成本低等特點(diǎn)，可滿足主流MRI系統(tǒng)的需求。
【IPC分類】G01R33/48, G01R33/32
【公開號(hào)】CN105203976
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510567135
【發(fā)明人】竇俊, 呂華平
【申請(qǐng)人】江蘇綠揚(yáng)電子儀器集團(tuán)有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年9月8日