專利名稱：一種用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡，屬于數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)采集卡是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采取非電量或者電量信號(hào)的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，其在高速數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)化流程控制等領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。當(dāng)數(shù)據(jù)采集卡作為一套系統(tǒng)的組成部分時(shí)，往往需要它能夠?qū)邮盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，并提供反饋信號(hào)。針對(duì)這一目的，現(xiàn)在市場(chǎng)上同類產(chǎn)品大致采用硬件加軟件的架構(gòu)，即數(shù)據(jù)采集卡只負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚涮椎挠?jì)算機(jī)上，對(duì)數(shù)據(jù)的后期處理和判斷則交由搭載在計(jì)算機(jī)上的軟件平臺(tái)完成，反饋信號(hào)也由該軟件平臺(tái)通過(guò)其它的硬件設(shè)備提供給后端。這樣的做法雖然具有較大的通用性，但是有以下缺點(diǎn)I、體積龐大不易集成該類做法需要的設(shè)備包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)，故體積較大，集成的難度增加；2、數(shù)據(jù)采集卡的采集能力受制于數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)之間的通信速率，故該類板卡很難具有較高的采樣率。3、通用型的數(shù)據(jù)采集卡往往不具有磁共振體系所適用的板上數(shù)據(jù)處理功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集卡存在的數(shù)據(jù)采集的帶寬和采樣率較低，缺乏適用于磁共振體系的板上數(shù)據(jù)處理功能的問(wèn)題，提出ー種用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的ー種用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡，包括兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，用于將輸入的模擬量的采樣結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并打包并行傳遞給主控制模塊；主控制模塊，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)中攜帯的采樣結(jié)果進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果通過(guò)集成的PCIe接ロ輸出，所述處理包括平均/累加、相循環(huán)和數(shù)字中頻解調(diào)。本發(fā)明通過(guò)主控制模塊與兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了較高的模擬帶寬和單通道采樣率，并且采集卡的整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，并提供了適用于磁共振體系的板上數(shù)據(jù)處理功能以及通用的高速數(shù)據(jù)接ロ，便于集成到磁共振系統(tǒng)之中。


圖I為本發(fā)明具體實(shí)施方式
提供的用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式
提供的用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡的具體實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式本具體實(shí)施方式
提供了ー種用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡，如圖I所示，包括兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片11，用于將輸入的模擬量的采樣結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并打包并行發(fā)送給主控制模塊12 ；主控制模塊12，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)中攜帯的采樣結(jié)果進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果通過(guò)集成的PCIe接ロ輸出，所述處理包括平均/累加、相循環(huán)和數(shù)字中頻解調(diào)。具體的，如圖2所示，兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片11均可采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片(ADC)，分別對(duì)兩個(gè)通道(CHI、CH2)內(nèi)輸入的模擬量進(jìn)行采樣(也可對(duì)同一個(gè)通道進(jìn)行交叉采樣)，將采樣結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)打包并行發(fā)送給主控制模塊12。主控制模塊12 可采用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列模塊(FPGA)，在FPGA內(nèi)部，輸入的采樣結(jié)果會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的處理，相應(yīng)的處理包括平均/累加、相循環(huán)、數(shù)字中頻解調(diào)等功能?？蛇x的，可以將預(yù)留的輔助端ロ(如圖2中的AUX1、AUX2和TRIG)直接連接到FPGA上，以提供三個(gè)用于控制的邏輯信號(hào)?？蛇x的，還可以在本具體實(shí)施方式
提供的高速數(shù)據(jù)采集卡的基礎(chǔ)上增加ー個(gè)獨(dú)立的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)芯片，并連接到FPGA上，用于擴(kuò)展FPGA的運(yùn)算資源。上述三種數(shù)據(jù)處理方法都在磁共振系統(tǒng)中被頻繁地使用，因而在本具體實(shí)施方式
提供的高速數(shù)據(jù)采集卡中結(jié)合了磁共振系統(tǒng)的特點(diǎn)(如時(shí)間尺度，采樣深度，帶寬需求等)有針對(duì)性地對(duì)其加以實(shí)現(xiàn)，具體的實(shí)現(xiàn)方法如下在具體的FPGA中，可以包括平均累加子模塊、相循環(huán)子模塊和數(shù)字中頻解調(diào)子模塊。其中的平均累加子模塊用于在平均/累加模式下，F(xiàn)PGA將會(huì)在每個(gè)TRIG信號(hào)到達(dá)時(shí)開始采集指定時(shí)間長(zhǎng)度的信號(hào)，并將其推入平均累加子模塊進(jìn)行累加，在累加了指定次數(shù)(可調(diào))后除以累加次數(shù)并輸出，或是直接輸出，從而實(shí)現(xiàn)了平均/累加。其中相循環(huán)子模塊用于在相循環(huán)模式下，F(xiàn)PGA將會(huì)在平均模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行有符號(hào)的累加，毎次推入平均累加子模塊的數(shù)據(jù)的符號(hào)位，將根據(jù)控制邏輯信號(hào)的值進(jìn)行翻轉(zhuǎn)或是保持不變，即對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行有選擇的加減，而不是一味的累加，而該選擇由通過(guò)輔助ロ輸入的控制邏輯信號(hào)完成。其中的數(shù)字中頻解調(diào)子模塊用于在數(shù)字中頻解調(diào)模式下，用戶需要將已調(diào)信號(hào)接入ー個(gè)通道，將解調(diào)所使用的參考信號(hào)接入另ー個(gè)通道，ADC將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后提供給FPGA，F(xiàn)PGA將對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字域的正交解調(diào)，獲得基帶信號(hào)的幅度和相位信息。經(jīng)過(guò)FPGA的處理之后，解調(diào)結(jié)果將被提供給FPGA內(nèi)部的PCIe控制器，最終通過(guò)PCIe適配器傳遞給計(jì)算機(jī)或是其它器材，以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高速采集。采用本具體實(shí)施方式
提供的技術(shù)方案，利用FPGA+高速ADC+高速SRAM的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了 3GHz的模擬帶寬和3GHz的單通道采樣率；結(jié)合輔助接ロ，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用于磁共振系統(tǒng)的板上平均/累加、板上相循環(huán)和板上中頻解調(diào)等板上數(shù)據(jù)處理功能；本具體實(shí)施方式
提供的高速采集卡的整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并提供了適用于磁共振體系的板上數(shù)據(jù)處理功能以及通用的高速數(shù)據(jù)接ロ，便于集成到磁共振系統(tǒng)之中。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為 準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于，包括 兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，用于將輸入的模擬量的采樣結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并打包并行發(fā)送給主控制模塊； 主控制模塊，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)中攜帶的采樣結(jié)果進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果通過(guò)集成的PCIe接口輸出，所述處理包括平均/累加、相循環(huán)和數(shù)字中頻解調(diào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于，所述主控模塊還包括輔助端口，所述輔助端口用于從外界接收控制邏輯信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于，該高速數(shù)據(jù)采集卡還包括 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，用于為主控模塊提供擴(kuò)展的運(yùn)算資源。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意一項(xiàng)所述的用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于，在所述主控制模塊中包括 平均累加子模塊，用于采集指定時(shí)間長(zhǎng)度的信號(hào)，并將采集的信號(hào)進(jìn)行累加，在累加了指定次數(shù)后除以累加次數(shù)并輸出，或者直接輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于，在所述主控制模塊中還包括 相循環(huán)子模塊，用于根據(jù)控制邏輯信號(hào)的值對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行符號(hào)翻轉(zhuǎn)或者保持不變，并將翻轉(zhuǎn)或保持不變的采樣數(shù)據(jù)推入平均累加子模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意一項(xiàng)所述的用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡，其特征在于，在所述主控制模塊中還包括 數(shù)字中頻解調(diào)子模塊，用于將所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行數(shù)字域的正交解調(diào)，獲得基帶信號(hào)的幅度和相位信息。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于磁共振系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)采集卡，包括兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，用于將輸入的模擬量的采樣結(jié)果轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給主控制模塊；主控制模塊，用于對(duì)所述數(shù)字信號(hào)中攜帶的采樣結(jié)果進(jìn)行處理，并將處理結(jié)果輸出，所述處理包括平均/累加、相循環(huán)和數(shù)字中頻解調(diào)。本發(fā)明通過(guò)主控制模塊與兩個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了較高的模擬帶寬和單通道采樣率，并且集成了用于磁共振系統(tǒng)的多種板上數(shù)據(jù)處理功能，為搭建高速磁共振系統(tǒng)提供了便利。
文檔編號(hào)G06F3/05GK102662604SQ20121005702
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者徐南陽(yáng), 杜江峰, 王梓翔, 榮星 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)