功率放大器的非線性校正方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及射頻功率放大器非線性校正的方法和系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：S1：根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋校正，輸出負(fù)反饋信號(hào)；S2：對(duì)所述負(fù)反饋信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真校正，輸出經(jīng)預(yù)失真的信號(hào)至所述射頻功率放大器；S3：采集經(jīng)過所述射頻功率放大器放大的信號(hào)，并生成所述反饋信號(hào)，然后返回步驟S1。本發(fā)明的射頻功率放大器非線性校正的方法和系統(tǒng)，采用了預(yù)失真校正和閉環(huán)負(fù)反饋校正相結(jié)合的方法，且在數(shù)字域內(nèi)實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的非線性校正方法相比，矯正效果更加精確，對(duì)于器件的依賴性較小，而且系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定。
【專利說明】
功率放大器的非線性校正方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明一般涉及功率放大器，尤其涉及核磁共振射頻功率放大器的非線性校正方 法，及校正系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在磁共振系統(tǒng)中，射頻功率放大器主要將輸入小信號(hào)放大為高功率的射頻信號(hào)， 提供給射頻線圈，從而產(chǎn)生射頻激勵(lì)用于成像。為獲得高質(zhì)量的磁共振圖像，磁共振系統(tǒng)要 求射頻在較大的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)具有良好的線性。但射頻功率放大器本身是非線性器件，輸出 信號(hào)存在較大的非線性失真，具體表現(xiàn)在射頻功率放大器的增益和相位隨著信號(hào)輸入功率 的變化而變化。因此，需要采取辦法對(duì)射頻功率放大器的非線性進(jìn)行處理。圖1和2分別示出 了射頻功率放大器的增益和相位隨輸入功率變化的曲線。
[0003] 另外，磁共振射頻功率放大器的輸出功率很大，有時(shí)達(dá)到數(shù)十千瓦級(jí)以上，在磁共 振射頻信號(hào)的工作帶寬范圍中使用時(shí)，會(huì)引起射頻功率放大器所用的功率管結(jié)溫度升高， 從而導(dǎo)致射頻功率放大器的增益和相位發(fā)生變化。這種現(xiàn)象被稱為射頻功率放大器的熱記 憶效應(yīng)。在輸入信號(hào)包絡(luò)不變的情況下，輸出信號(hào)的包絡(luò)會(huì)隨著時(shí)間推移而逐步下降，這是 由于射頻功率放大器所用的功率管結(jié)溫度升高導(dǎo)致該射頻功率放大器的增益也隨之變化。
[0004] 因此，由于射頻功率放大器本身為非線性器件，以及射頻功率放大器的熱記憶效 應(yīng)，使得射頻功率放大器的輸出信號(hào)存在較大的非線性失真，為了保證磁共振圖像的質(zhì)量， 必須解決上述非線性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種射頻功率放大器非線性校正的方法，所述方 法包括：
[0006] S1:根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋校正，輸出負(fù)反饋信號(hào)；
[0007] S2:對(duì)所述負(fù)反饋信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真校正，輸出經(jīng)預(yù)失真的信號(hào)至所述射頻功率放 大器；
[0008] S3:采集經(jīng)過所述射頻功率放大器放大的信號(hào)，并生成所述反饋信號(hào)，然后返回步 驟Slo
[0009] 可選的，所述輸入信號(hào)包括數(shù)字中頻信號(hào)或數(shù)字基帶信號(hào)。
[0010] 可選的，所述步驟S1進(jìn)一步包括:求取輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的差值，并通過PID控 制實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的負(fù)反饋校正。
[0011] 可選的，預(yù)先根據(jù)所述輸入信號(hào)和所述反饋信號(hào)對(duì)PID的參數(shù)Kp、Ti、Td進(jìn)行整定。
[0012] 可選的，所述步驟S1進(jìn)一步包括，求取輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的差值，并通過多相濾 波器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的負(fù)反饋校正。
[0013] 可選的，所述負(fù)反饋信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真校正包括基于射頻功率放大器的功率和/或 相位隨輸入功率的變化曲線生成的查找表對(duì)所述負(fù)反饋信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償。
[0014] 可選的，所述生成所述反饋信號(hào)，包括:將采集到的經(jīng)過所述射頻功率放大器放大 的信號(hào)耦合為小幅度射頻信號(hào)。
[0015] 可選的，所述負(fù)反饋校正和/或預(yù)失真校正在數(shù)字域內(nèi)實(shí)現(xiàn)。
[0016] 本發(fā)明還提供一種射頻功率放大器非線性校正系統(tǒng)，包括：
[0017] 反饋控制器，根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入到所述反饋控制器的信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋校正；
[0018] 預(yù)失真器，對(duì)輸入到所述預(yù)失真器的信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真校正；
[0019] 射頻功率放大器，用于對(duì)經(jīng)過負(fù)反饋校正和預(yù)失真校正的信號(hào)進(jìn)行功率放大；以 及
[0020] 信號(hào)采集模塊，采集經(jīng)過功率放大的信號(hào)，并生成反饋信號(hào)輸出至所述反饋控制 器。
[0021] 可選的，所述反饋控制器進(jìn)一步包括PID控制器或多相濾波器，根據(jù)所述反饋信號(hào) 和所述輸入到反饋控制器的信號(hào)的差值，對(duì)所述輸入到反饋控制器的信號(hào)進(jìn)行校正。
[0022]本發(fā)明的射頻功率放大器非線性校正的方法和系統(tǒng)，采用了預(yù)失真校正和閉環(huán)負(fù) 反饋校正相結(jié)合的方法，其中預(yù)失真校正用于實(shí)現(xiàn)由于功率放大器自身特性引起的非線 性，而閉環(huán)負(fù)反饋主要用于由于熱或者其他因素引起的非線性。且校正過程在數(shù)字域內(nèi)實(shí) 現(xiàn)，與傳統(tǒng)的非線性校正方法相比，矯正效果更加精確，對(duì)于器件的依賴性較小，而且系統(tǒng) 相對(duì)穩(wěn)定。
【附圖說明】
[0023] 圖1示出射頻功率放大器的增益隨輸入功率變化的曲線。
[0024] 圖2示出射頻功率放大器的相位隨輸入功率變化的曲線。
[0025] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的流程圖。
[0026]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的系統(tǒng)框圖。
[0027] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的采用I/Q信號(hào)作為輸入進(jìn)行處理的系統(tǒng)框 圖。
[0028] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的采用幅度/相位作為輸入進(jìn)行處理的系統(tǒng) 框圖。
[0029] 圖7示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的可以對(duì)I/Q信號(hào)進(jìn)行處理的預(yù)失真器的實(shí) 現(xiàn)實(shí)例。
[0030] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的可以對(duì)幅度/相位進(jìn)行處理的預(yù)失真器的 實(shí)現(xiàn)實(shí)例。
[0031] 圖9示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的可以對(duì)幅度/相位進(jìn)行處理的反饋控制器 的實(shí)現(xiàn)實(shí)例。
[0032]圖10示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的可以對(duì)I/Q信號(hào)進(jìn)行處理的反饋控制器的 實(shí)現(xiàn)實(shí)例。
【具體實(shí)施方式】
[0033]將參照附圖詳細(xì)描述各實(shí)施例。在可能之處，相同附圖標(biāo)記將貫穿附圖用于指代 相同或類似部分。對(duì)特定示例和附圖所作的引用是用于解說性目的，而無意限定本發(fā)明或 權(quán)利要求的范圍。措辭"示例性"在本文中用于表示"用作示例、實(shí)例或解說"。本文中描述為 "示例性"的任何實(shí)現(xiàn)不必然被解釋為優(yōu)于或勝過其他實(shí)現(xiàn)。
[0034] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述以及其他涉及磁共振射頻功率放大器的非線性問題， 提出了用于穩(wěn)定放大器的方法和系統(tǒng)。本發(fā)明包括以下特征中的至少一者或其任何組合： 采用數(shù)字信號(hào)輸入;在數(shù)字域內(nèi)對(duì)功率放大器的非線性進(jìn)行校正。
[0035] 本發(fā)明所采用的非線性校正可主要包括采用數(shù)字預(yù)失真和閉環(huán)負(fù)反饋結(jié)合的辦 法。在示例性實(shí)施例中，本發(fā)明的方案在數(shù)字域內(nèi)，一方面使用預(yù)失真對(duì)射頻功率放大器隨 輸入信號(hào)的非線性進(jìn)行校正，另一方面采用負(fù)反饋對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行主要由于熱引起的非線性進(jìn) 行校正。
[0036]以下結(jié)合本發(fā)明的各種實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行解釋。本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)理解，以下各示例性實(shí)施例僅為便于描述而給出，且本發(fā)明的有益效果并非由任何單個(gè) 實(shí)施例來全部實(shí)現(xiàn)。各種組合、修改和替換均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所 明了。
[0037]圖3示出根據(jù)本發(fā)明以示例性實(shí)施例的方法流程圖。在該示例性實(shí)施例中，包括以 下步驟:射頻功率放大器非線性校正的方法，包括：
[0038] S1:根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋校正，輸出負(fù)反饋信號(hào)；
[0039] S2:對(duì)所述負(fù)反饋信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真校正，輸出經(jīng)預(yù)失真的信號(hào)至所述射頻功率放 大器；
[0040] S3:采集經(jīng)過所述射頻功率放大器放大的信號(hào)，并生成所述反饋信號(hào)，然后返回步 驟Slo
[0041 ]以下結(jié)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)對(duì)該示例性實(shí)施例的方法，進(jìn)行闡述。
[0042]圖4示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的系統(tǒng)框圖。在該示例性實(shí)施例中，系統(tǒng)400 可包括數(shù)字信號(hào)源410、反饋控制器420、數(shù)字預(yù)失真(Digital Pre-Distortion，DPD)器 430、發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字模塊440、發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生模擬模塊450、射頻功率放大器460、反饋信 號(hào)采集模擬模塊470、反饋信號(hào)采集數(shù)字模塊480、以及負(fù)載490。
[0043]在圖4中所示的系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)源410產(chǎn)生的輸入信號(hào)可以為基帶I/Q兩路信號(hào) 或者經(jīng)調(diào)制到低中頻的I/Q兩路信號(hào)，也可以為基帶的幅度(Amp)和相位(Phase)信號(hào)，而負(fù) 載490可為磁共振射頻線圈等。
[0044]針對(duì)射頻功率放大器460的非線性校正功能由包括以下一者或多者的部分來實(shí) 現(xiàn):反饋控制器420、數(shù)字預(yù)失真器430、發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字模塊440和發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生模擬模 塊450、反饋信號(hào)采集數(shù)字模塊470和反饋信號(hào)采集模擬模塊480。
[0045]圖4中所示的系統(tǒng)可接收數(shù)字信號(hào)，并可將其與數(shù)字反饋信號(hào)一起輸入給反饋控 制器420。反饋控制器420可輸出信號(hào)到數(shù)字預(yù)失真器430,該數(shù)字預(yù)失真器430根據(jù)射頻功 率放大器的功率和/或相位隨輸入功率的特性關(guān)系，產(chǎn)生相應(yīng)的經(jīng)預(yù)失真信號(hào)，用于校正與 射頻功率放大器輸入功率相關(guān)的非線性。反饋控制器420校正的對(duì)象可以是預(yù)失真和功率 放大器的級(jí)聯(lián)，該級(jí)聯(lián)系統(tǒng)可認(rèn)為通過數(shù)字預(yù)失真器430的作用已基本消除了與輸入功率 相關(guān)的非線性，因此反饋控制器420可以主要針對(duì)于熱效應(yīng)和其它因素引起的非線性。 [0046]發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字模塊440和發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生模擬模塊450主要的功能是將輸入的 數(shù)字預(yù)失真信號(hào)調(diào)制到磁共振所需要的模擬射頻(RF)小信號(hào)，并輸出給射頻功率放大器 460〇
[0047]射頻功率放大器460對(duì)輸入的模擬射頻小信號(hào)進(jìn)行功率放大，以產(chǎn)生負(fù)載線圈所 需要的高功率。反饋信號(hào)采集模擬模塊470和反饋信號(hào)采集數(shù)字模塊480對(duì)從射頻功率放大 器460輸出耦合而來的小幅度射頻信號(hào)進(jìn)行采集，并降頻到與數(shù)字輸入信號(hào)所對(duì)應(yīng)的基帶 或者中頻。
[0048]根據(jù)本發(fā)明進(jìn)一步的實(shí)施例，針對(duì)所要處理的數(shù)字輸入信號(hào)是I/Q還是幅度/相 位，該系統(tǒng)可以具有不同的實(shí)現(xiàn)方式。圖5和圖6分別給出了所要處理的數(shù)字輸入信號(hào)是I/Q 的情況下以及所要處理的數(shù)字輸入信號(hào)是幅度(Amp)/相位(Phase)的情況下的兩種實(shí)現(xiàn)實(shí) 例的示圖。
[0049] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的采用I/Q信號(hào)作為數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行處理 的系統(tǒng)框圖。圖5中的反饋控制器520可對(duì)應(yīng)于圖4中的反饋控制器420,其從數(shù)字信號(hào)源510 接收I/Q_input信號(hào)，從反饋信號(hào)采集數(shù)字模塊580接收I/Q_feedba Ck信號(hào)，并輸出I/Q_ feedbaCk_〇Ut信號(hào)到數(shù)字預(yù)失真器530。在一示例性而非限定性的示例中，反饋控制器520 可以與經(jīng)典的cartesian反饋結(jié)構(gòu)相同或相似。
[0050] 數(shù)字預(yù)失真器530接收來自反饋控制器520的I/Q_feedback_〇ut作為輸入，并輸出 I/Q_DPD_out到發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生數(shù)字模塊540。
[0051] 圖5中的其他部分的輸入/輸出結(jié)構(gòu)與圖4中的對(duì)應(yīng)部分大致相同，故而不再贅述。 [0052]圖6示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的采用幅度/相位作為輸入進(jìn)行處理的系統(tǒng) 框圖。在圖6的示例性實(shí)施例中，反饋控制器620的輸入/輸出可相應(yīng)地為幅度和相位。數(shù)字 預(yù)失真器630的輸入/輸出也可以相應(yīng)地是幅度/相位。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所顯而易見的是， 由于I/Q與振幅/相位之間可以相互轉(zhuǎn)換，因此反饋控制器和數(shù)字預(yù)失真器以及其他所涉及 的組件對(duì)應(yīng)的輸入/輸出也可以為I/Q和振幅/相位的組合。例如，一組件的輸入可以是I/Q 而輸出可以是振幅/相位，或者輸入可以是振幅/相位而輸出可以是I/Q，只要其與接收該 組件的輸出作為輸入和/或提供輸出作為向該組件的輸入的另一組件之間相應(yīng)匹配即可。 通過根據(jù)需要和/或設(shè)計(jì)采用不同的輸入/輸出組合，該系統(tǒng)的組成方式略有不同，但不改 變整個(gè)設(shè)計(jì)的思想。
[0053]圖7示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的對(duì)I/Q信號(hào)進(jìn)行處理的預(yù)失真器的實(shí)現(xiàn)實(shí) 例。圖7的示例性實(shí)施例中的數(shù)字預(yù)失真器700可例如對(duì)應(yīng)于圖4中的數(shù)字預(yù)失真器430,并 且例如可以用作圖5中的數(shù)字預(yù)失真器530。圖7的示例性數(shù)字預(yù)失真器700的輸入可以為中 頻或基帶I/Q信號(hào)，其可分為兩路，一路經(jīng)過復(fù)數(shù)求模模塊710，再到查找表(LUT) 720。查找 表(LUT)720中可以放置與射頻功率放大器模型相關(guān)的參數(shù)。此處，查找表(LUT)720也可以 由射頻功率放大器模型公式計(jì)算來替換。查找表(LUT)720輸出的信號(hào)I1/Q1與另外一路通 過延時(shí)模塊730將輸入I/Q信號(hào)延時(shí)得到的經(jīng)延時(shí)信號(hào)I2/Q2進(jìn)行復(fù)數(shù)乘法，輸出經(jīng)預(yù)失真 的Iout/Qout信號(hào)。在一示例性而非限定性的實(shí)施例中，該復(fù)數(shù)乘法器740可根據(jù)（Il+jQl)* (12+jQ2)來進(jìn)行，從而lout = 11*I2-Q1*Q2，而Qout = 11*Q2+I2*Q1。本實(shí)施例中的延時(shí)等于 信號(hào)經(jīng)過復(fù)數(shù)求模模塊710進(jìn)行復(fù)數(shù)求模的時(shí)間和信號(hào)經(jīng)過查找表(LUT)720的時(shí)間之和。 [0054]圖8示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的可以對(duì)幅度/相位進(jìn)行處理的預(yù)失真器 的實(shí)現(xiàn)實(shí)例。圖8的示例性實(shí)施例中的數(shù)字預(yù)失真器800可例如對(duì)應(yīng)于圖4中的數(shù)字預(yù)失真 器430,并且例如可以用作圖6中的數(shù)字預(yù)失真器630。圖8的示例性數(shù)字預(yù)失真器800的輸入 可以為幅度和相位信號(hào)。與圖7的數(shù)字預(yù)失真器700在結(jié)構(gòu)上不一樣的是，在圖8中，輸入的 幅度信號(hào)Amp_in分為兩路，一路直接到達(dá)查找表（LUT)820并輸出Amp_Lut_out和Phase_ Lut_out到向量乘法器840。另一路Amp_in與輸入的相位信號(hào)Phase_in-起經(jīng)過延時(shí)模塊 830得到經(jīng)延時(shí)信號(hào)Amp_delay和Phase_delay并輸入到向量乘法器840。向量乘法器840對(duì) 來自查找表(LUT)820的Amp_Lut_out和Phase_Lut_out以及來自延時(shí)模塊830的經(jīng)延時(shí)信號(hào) Amp_delay和Phase_de lay進(jìn)行向量乘法后輸出Amp_out和Phase_out。該延時(shí)為信號(hào)進(jìn)過查 找表(LUT)820的時(shí)間。作為示例性而非限定性示例，該向量乘法可包括例如：
[0055] Amp_out=Amp_delay*Amp_Lut_out ；
[0056] Phase_out = Phase_delay+Phase_Lut_out〇
[0057] 本發(fā)明的一示例性而非限定性的實(shí)施例涉及生成可供在預(yù)失真器中使用的查找 表(LUT)。如前所述，由于在I/Q與振幅/相位之間能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以此處僅以對(duì)I/Q信號(hào)進(jìn)行 處理的預(yù)失真器所使用的查找表來進(jìn)行解說。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地得到適用于 對(duì)振幅/相位進(jìn)行處理的預(yù)失真器的查找表的生成方法。
[0058]此處以多項(xiàng)式對(duì)射頻功率放大器建模為例，說明查找表的生成過程。如本領(lǐng)域技 術(shù)人員可知，也可用其他建模方式而不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。該過程可包括例如以下一個(gè) 或多個(gè)步驟。
[0059] (1)輸入射頻基帶信號(hào)，記為Y=Iy+jQy，產(chǎn)生幅度掃描的射頻信號(hào)，輸入到功率放 大器；
[0060] (2)采集功率放大器的輸出信號(hào)，并將其解調(diào)到基帶，記為X = Ix+jQx;
2??
[0061] (3)采用多項(xiàng)式 ：對(duì)該功率放大器進(jìn)行建模；
[0062] (4)由（1)和(2)的數(shù)據(jù)，選定擬合準(zhǔn)則，例如但不限于最小均方準(zhǔn)則，來確定(3)中 多項(xiàng)式的系數(shù)a 2n+1和階數(shù)Ν;
Q
[0063] (5)由確定了諸系數(shù)a2iI+i和階數(shù)N的公￥ 來生成查找表。
[0064] 在以上步驟（1)的示例性而非限定性實(shí)施例中，幅度掃描的射頻信號(hào)指的是幅度 從小到大的射頻信號(hào)，可包括例如以下至少一者：
[0065] 07 = 0，17從1開始遞增到32767;或者
[0066] Iy = 0，Qy從1開始遞增到32767;或者
[0067] Qy = Iy都從1開始遞增到32767。
[0068] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，以上方案和數(shù)值只是示例性而非限定性的，根據(jù)設(shè)計(jì) 和實(shí)際需要，可以采用其他的方案和數(shù)值，它們均落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0069] 在另一示例性而非限定性的實(shí)施例中，如前所述，查找表也可以由射頻功率放大 器模型公式計(jì)算來替換。如果是以公式實(shí)現(xiàn)，則該建模過程中的(5)改為直接由公式來計(jì)算 得到輸出數(shù)據(jù)。公式計(jì)算的方法與查找表法相比，在階數(shù)N較高時(shí)，計(jì)算量較大。
[0070] 根據(jù)本發(fā)明諸示例性實(shí)施例的預(yù)失真可以在數(shù)字域內(nèi)實(shí)現(xiàn)，從而可以在各類數(shù)字 器件中實(shí)現(xiàn)，因此十分靈活。假如射頻功率放大器模型改變了，則只需改變查找表中的內(nèi) 容。另外一個(gè)好處是，通過采用復(fù)數(shù)域中的建模，能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)幅度和相位的調(diào)整。進(jìn)一 步，通過采用大容量的查找表，例如在FPGA中，數(shù)字預(yù)失真可具備較好的校正效果，能顯著 改善校正后的增益和相位波動(dòng)。
[0071] 本發(fā)明的另一示例性而非限定性的實(shí)施例涉及例如在射頻功率放大器非線性校 正系統(tǒng)中使用的反饋控制器。本發(fā)明的反饋控制器可以用于對(duì)溫度等因素引起的非線性進(jìn) 行校正。本發(fā)明的反饋控制器也可以在數(shù)字域內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在示例性實(shí)施例中，反饋控制器可以 在中頻或基帶中實(shí)現(xiàn)，可以采用經(jīng)典的控制方法如比例-積分-微分(PID)等實(shí)現(xiàn)，也可以使 用其他形式的濾波器，如多相濾波器。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，采用各種實(shí)現(xiàn)的反饋控制 器不會(huì)脫離本發(fā)明的范圍。
[0072] 圖9示出根據(jù)本發(fā)明一示例性實(shí)施例的可以對(duì)幅度/相位進(jìn)行處理的反饋控制器 的實(shí)現(xiàn)實(shí)例。該示例性實(shí)現(xiàn)實(shí)例可采用幅度和相位作為輸入來進(jìn)行負(fù)反饋。并且根據(jù)一示 例性而非限定性的示例，反饋控制可以采用比例-微分-積分控制器（以下簡(jiǎn)稱PID控制器）。 例如，圖9的反饋控制器900可對(duì)應(yīng)于圖4中的反饋控制器420,并且可以用作例如圖6中的反 饋控制器620。
[0073]根據(jù)示例性實(shí)現(xiàn)，圖9中的反饋控制器900接收幅度/相位反饋信號(hào)(Amp/Phase_ feedback)和幅度/相位參考信號(hào)(Amp/Phase_input )，計(jì)算幅度反饋信號(hào)與幅度參考信號(hào) 之差以及相位反饋信號(hào)與相位參考信號(hào)之差，并輸入到PID中。在反饋控制器900中，預(yù)先根 據(jù)輸入的幅度/相位參考信號(hào)與射頻功率放大器輸出的幅度、相位反饋信號(hào)的關(guān)系來對(duì)PID 的參數(shù)比例系數(shù)Kp、積分時(shí)間Ti、微分時(shí)間Td進(jìn)行整定，確定Kp、Ti、Td的值，PID的上述參數(shù) 可以采用湊試的方法來實(shí)現(xiàn):首先調(diào)整比例系數(shù)Kp，將比例系數(shù)由小增大，至輸出滿足需求 的波形，即可確定比例系數(shù);然后再對(duì)積分時(shí)間Ti、微分時(shí)間Td先后進(jìn)行調(diào)整，直至輸出滿 足需求的波形。經(jīng)PID處理之后，即完成了由于熱效應(yīng)或其他因素引起的非線性問題，該反 饋控制器900輸出幅度/相位反饋輸出Amp/Phase_f eedback_out。
[0074]圖10示出根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的可以對(duì)I/Q信號(hào)進(jìn)行處理的反饋控制器 的實(shí)現(xiàn)實(shí)例。根據(jù)一示例性實(shí)施例，該示例性實(shí)現(xiàn)實(shí)例可采用低中頻多相濾波器來實(shí)現(xiàn)。如 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，其可以涵蓋基帶實(shí)現(xiàn)。為便于描述，以下示例性實(shí)施例以低中頻 為例來描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可知使用基帶實(shí)現(xiàn)時(shí)的相應(yīng)適當(dāng)修改。
[0075] 例如，圖10的反饋控制器1000可對(duì)應(yīng)于圖4中的反饋控制器420,并且可以用作例 如圖5中的反饋控制器520。
[0076] 根據(jù)示例性實(shí)現(xiàn)，圖10中輸入的信號(hào)為低中頻的射頻發(fā)射信號(hào)I/Q_input以及低 中頻反饋信號(hào)I/Q_feedback，兩者相減后進(jìn)入多相濾波器。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，其 可以涵蓋基帶實(shí)現(xiàn)。根據(jù)一示例性而非限定性實(shí)施例，該多相濾波器的傳遞函數(shù)可由公式
來給出，其中K為峰值增益，W。為中心頻率，WQ為基帶波形帶寬的一半。上 述公式只是多相濾波器的一種傳遞函數(shù)。經(jīng)過該多相濾波器以后，即完成了由于熱效應(yīng)或 其他因素引起的非線性問題。
[0077] 在數(shù)字域采用低中頻多相濾波的方式可以具備以下優(yōu)勢(shì)中的至少一者或多者。
[0078] (a)可減少反饋通路直流分量的影響。反饋通路如采用混頻方式，則本振泄漏會(huì)導(dǎo) 致直流分量的出現(xiàn)。
[0079] (b)可減少反饋通路鏡像分量的影響，反饋通路當(dāng)中的混頻器由于相位和幅度不 平衡會(huì)導(dǎo)致鏡像分量的出現(xiàn)。
[0080] (c)在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)該濾波器相比于在模擬域?qū)崿F(xiàn)而言，器件參數(shù)偏差的影響較小。
[0081] 根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生部分以及反饋信號(hào)采集部分具備多種 實(shí)現(xiàn)方式。例如，它們各自可以采用混頻方法。
[0082] 根據(jù)一些示例性實(shí)施例，例如，發(fā)射時(shí)，預(yù)失真器輸出的低中頻或基帶數(shù)字信號(hào)可 以經(jīng)過低速數(shù)模轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)成模擬信號(hào)，之后與本振射頻載波信號(hào)模擬混頻后輸出至功率 放大器。在此情形中，對(duì)應(yīng)的射頻功率放大器輸出的反饋信號(hào)在模擬域中進(jìn)行混頻后降頻 到低中頻或者基帶，再經(jīng)過低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)。例如，在圖4-6的示例性系統(tǒng) 實(shí)施例中，低中頻/基帶數(shù)字信號(hào)向低中頻/基帶模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換可由例如發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生數(shù) 字模塊440、540、640來進(jìn)行，而與本征射頻載波信號(hào)的模擬混頻則可以由發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生模 擬模塊450、550、650來進(jìn)行。同樣，反饋信號(hào)在模擬域中的降頻可以由反饋信號(hào)采集模擬模 塊470、570、670進(jìn)行，而低速模數(shù)轉(zhuǎn)換則可由反饋信號(hào)采集數(shù)字模塊480、580、680來進(jìn)行。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，以上僅是示例性實(shí)現(xiàn)，其他的布局、安排、變形也是可行的并且 同樣落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0083]根據(jù)另一些示例性實(shí)施例，也可采用發(fā)射直接合成和反饋信號(hào)直接采樣的方法。 例如，發(fā)射時(shí)，在數(shù)字域內(nèi)完成低中頻或基帶到射頻信號(hào)的產(chǎn)生，再經(jīng)過高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器 件產(chǎn)生模擬信號(hào);反饋時(shí)，對(duì)模擬信號(hào)濾波后，直接通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器件將射頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成 數(shù)字信號(hào)，然后在數(shù)字域內(nèi)完成射頻數(shù)字信號(hào)到低中頻或基帶信號(hào)的轉(zhuǎn)換。例如，在圖4-6 的示例性系統(tǒng)實(shí)施例中，數(shù)字域內(nèi)從低中頻/基帶到射頻的升頻可由例如發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生數(shù) 字模塊440、540、640來進(jìn)行，而高速數(shù)模轉(zhuǎn)換則則可以由發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生模擬模塊450、550、 650來進(jìn)行。同樣，反饋信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換可以由反饋信號(hào)采集模擬模塊470、570、670進(jìn)行，而 數(shù)字域內(nèi)從射頻到低中頻/基帶的降頻則可由反饋信號(hào)采集數(shù)字模塊480、580、680來進(jìn)行。 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可知，以上僅是示例性實(shí)現(xiàn)，其他的布局、安排、變形也是可行的并且 同樣落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
[0084] 后一種方法由于在數(shù)字域中進(jìn)行升頻/降頻而減少了模擬混頻環(huán)節(jié)，故而發(fā)射和 反饋采集鏈路的噪聲水平較低，且避免了由于采用本振所導(dǎo)致的鏡像和直流偏置問題，另 外反饋采集信號(hào)的延時(shí)也較短，因此，優(yōu)選地，發(fā)射和反饋信號(hào)采集可以采用直接合成和直 接采樣的方法。
[0085] 本發(fā)明的射頻功率放大器的方法和系統(tǒng)的各種實(shí)施例可以具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)中 的至少一者或多者。
[0086] (i)射頻信號(hào)產(chǎn)生裝置，其輸入為經(jīng)調(diào)制的數(shù)字中頻或基帶信號(hào)，并由此產(chǎn)生模擬 射頻信號(hào)。與輸入為載波和包絡(luò)信號(hào)相比，將與磁共振應(yīng)用相關(guān)的載波信號(hào)變化產(chǎn)生模塊 簡(jiǎn)化，減少了設(shè)計(jì)難度。
[0087] (ii)在數(shù)字域內(nèi)，采用預(yù)失真的方法，對(duì)射頻功率放大器的與輸入功率相關(guān)的非 線性進(jìn)行校正；其能同時(shí)校正幅度和相位非線性。該方式校正效果佳，且對(duì)器件的依賴性 小，射頻功率放大器特性發(fā)生改變時(shí)，修改方便。
[0088] (iii)采用負(fù)反饋方法，對(duì)經(jīng)預(yù)失真的系統(tǒng)進(jìn)行校正，其針對(duì)由熱引起的非線性。 由于經(jīng)過預(yù)失真后，射頻功率放大器的與輸入功率相關(guān)的非線性已經(jīng)被校正，而熱引起的 非線性的時(shí)間常數(shù)較大，因此與直接采用負(fù)反饋的方法相比，減少了負(fù)反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù) 雜度，且提高了負(fù)反饋系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0089]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，本發(fā)明的有益效果并非由任何單個(gè)實(shí)施例來全部實(shí) 現(xiàn)。各種組合、修改和替換均為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在本發(fā)明的基礎(chǔ)上所明了。
[0090]此外，術(shù)語"或"旨在表示包含性"或"而非排他性"或"。即，除非另外指明或從上下 文能清楚地看出，否則短語"X采用A或B"旨在表示任何自然的可兼排列。即，短語"X采用A或 B"箱由以下實(shí)例中任何實(shí)例得到滿足:X米用A;X米用B;或X米用A和B兩者。另外，本申請(qǐng)和 所附權(quán)利要求書中所用的冠詞"一"和"某"一般應(yīng)當(dāng)被理解成表示"一個(gè)或多個(gè)"，除非另外 聲明或者可從上下文中清楚看出是指單數(shù)形式。
[0091] 各個(gè)方面或特征將以可包括數(shù)個(gè)設(shè)備、組件、模塊、及類似物的系統(tǒng)的形式來呈 現(xiàn)。應(yīng)理解和領(lǐng)會(huì)，各種系統(tǒng)可包括附加設(shè)備、組件、模塊等，和/或可以并不包括結(jié)合附圖 所討論的全部設(shè)備、組件、模塊等。也可以使用這些辦法的組合。
[0092] 結(jié)合本文所公開的實(shí)施例描述的各種說明性邏輯、邏輯塊、模塊、和電路可用通用 處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或其它可 編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其設(shè)計(jì)成執(zhí)行本文所描述功能 的任何組合來實(shí)現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器，但在替換方案中，處理器可以是任 何常規(guī)的處理器、控制器、微控制器、或狀態(tài)機(jī)。處理器還可以被實(shí)現(xiàn)為計(jì)算設(shè)備的組合，例 如DSP與微處理器的組合、多個(gè)微處理器、與DSP核心協(xié)同的一個(gè)或多個(gè)微處理器、或任何其 它此類配置。此外，至少一個(gè)處理器可包括可作用于執(zhí)行以上描述的一個(gè)或多個(gè)步驟和/或 動(dòng)作的一個(gè)或多個(gè)模塊。
[0093]此外，結(jié)合本文中所公開的方面描述的方法或算法的步驟和/或動(dòng)作可直接在硬 件中、在由處理器執(zhí)行的軟件模塊中、或在這兩者的組合中實(shí)施。
[0094]本發(fā)明中通篇描述的各種方面的要素為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員當(dāng)前或今后所知的 所有結(jié)構(gòu)上和功能上的等效方案通過引述被明確納入于此，且意在被權(quán)利要求書所涵蓋。 此外，本文所公開的任何內(nèi)容都并非旨在貢獻(xiàn)給公眾一一無論這樣的公開是否在權(quán)利要求 書中被顯式地?cái)⑹觥?br>【主權(quán)項(xiàng)】
1. 射頻功率放大器非線性校正的方法，其特征在于，包括： Sl:根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋校正，輸出負(fù)反饋信號(hào)； S2:對(duì)所述負(fù)反饋信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真校正，輸出經(jīng)預(yù)失真的信號(hào)至所述射頻功率放大器； S3:采集經(jīng)過所述射頻功率放大器放大的信號(hào)，并生成所述反饋信號(hào)，然后返回步驟 Slo2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述輸入信號(hào)包括數(shù)字中頻信號(hào)或數(shù)字基帶 信號(hào)。3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟Sl進(jìn)一步包括:求取輸入信號(hào)和反 饋信號(hào)的差值，并通過PID控制實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的負(fù)反饋校正。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，預(yù)先根據(jù)所述輸入信號(hào)和所述反饋信號(hào)對(duì) PID的參數(shù)Kp、Ti、Td進(jìn)行整定。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟Sl進(jìn)一步包括，求取輸入信號(hào)和反 饋信號(hào)的差值，并通過多相濾波器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的負(fù)反饋校正。6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，對(duì)所述負(fù)反饋信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真校正包括基于 射頻功率放大器的功率和/或相位隨輸入功率的變化曲線生成的查找表對(duì)所述負(fù)反饋信號(hào) 進(jìn)行補(bǔ)償。7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成所述反饋信號(hào)，包括： 將采集到的經(jīng)過所述射頻功率放大器放大的信號(hào)耦合為小幅度射頻信號(hào)。8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述負(fù)反饋校正和/或預(yù)失真校正在數(shù)字域 內(nèi)實(shí)現(xiàn)。9. 射頻功率放大器非線性校正系統(tǒng)，其特征在于，包括： 反饋控制器，根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入到反饋控制器的信號(hào)進(jìn)行負(fù)反饋校正； 預(yù)失真器，對(duì)輸入到所述預(yù)失真器的信號(hào)進(jìn)行預(yù)失真校正； 射頻功率放大器，用于對(duì)經(jīng)過負(fù)反饋校正和預(yù)失真校正的信號(hào)進(jìn)行功率放大；以及 信號(hào)采集模塊，采集經(jīng)過功率放大的信號(hào)，并生成反饋信號(hào)輸出至所述反饋控制器。10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述反饋控制器進(jìn)一步包括PID控制器或多 相濾波器，根據(jù)所述反饋信號(hào)和所述輸入到反饋控制器的信號(hào)的差值，對(duì)所述輸入到反饋 控制器的信號(hào)進(jìn)行校正。
【文檔編號(hào)】H03F3/195GK105897188SQ201610185821
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月29日
【發(fā)明人】胡賢龍, 封勇福, 王垠騏, 陳基鋒
【申請(qǐng)人】上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司