[發明專利]一種核磁共振譜儀接收機數字抽取濾波器的同步方法

有效

• 申請號: 201010137094.9
• 申請日: 2010-03-30
• 公開（公告）號: CN101820338A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 劉朝陽;胡鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢物理與數學研究所
• 主分類號: H04L7/00
• 分類號: H04L7/00;H04L7/08
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

技術領域

本發明屬于核磁共振譜儀數字信號處理領域，更具體涉及一種核磁共振譜儀 接收機數字抽取濾波器的同步方法，這種方法應用于核磁共振譜儀接收機中，不 僅適用于AD6620(Analog?Device公司)這一種特定型號的數字下變頻芯片中數 字抽取濾波器的同步，也適用于與AD6620結構和功能類似的芯片比如GC5016 (美國德州儀器公司)或者基于FPGA實現的與AD6620功能相似的數字濾波器 的同步。

背景技術

脈沖傅立葉變換核磁共振譜儀用射頻脈沖激發被檢測樣品的核磁共振信號， 信號檢測的流程為：由外部觸發信號啟動觀測通道發射機的脈沖序列生成器，發 射機會發射一個射頻脈沖序列，當脈沖序列發射完畢以后發射機停止工作，等待 下一次外部觸發信號；接收機在觀測通道發射機發射完最后一個脈沖之后，再等 待一段確定的時間(dead?time，死時間，通常為幾十微秒)開始對核磁共振信號 進行采集，數據采集時間的起點是死時間的結束時刻，數據采集時間長度由實驗 參數決定，這段時間叫做采樣時間。新一代的核磁共振譜儀接收機常采用數字中 頻接收機的結構，其信號處理方式為用ADC(模數轉換器)對中頻信號進行采 樣，將模擬信號轉化為數字信號，然后再將數字信號送到數字下變頻芯片進行數 字混頻，混頻之后的信號再通過數字低通濾波器進行濾波，減小信號的帶寬，然 后再將濾波之后的數據送到數字抽取器進行抽取，得到最終所需FID(自由感應 衰減)數據。數字中頻接收機的ADC、數字下變頻芯片的工作時鐘頻率相同， 時鐘周期為T，數字下變頻芯片的控制由FPGA(現場可編程門陣列)完成。數 字下變頻芯片實現兩個功能：數字混頻和數字抽取濾波，常用的數字下變頻芯片 在完成配置工作之后進入自由工作狀態，它不能區分輸入數據是有效數據還是無 效數據，將對輸入信號不加區分的進行處理。數字濾波器與數字抽取器共同構成 數字抽取濾波器，抽取率為N的抽取濾波器，輸出數據的速率等于輸入數據速 率的1/N，存在N種可能的抽取時刻。在采樣時間里接收機對數字抽取濾波器的 輸出數據進行保存，如果采樣的開始時間與抽取濾波器的抽取時間間隔是隨機 的，那么采集到的第一個數據點與采樣開始時刻有N種可能，這種現象會影響 多次采樣的數據之間的相關性。

對與使用DSP(數字信號處理)實現的數字抽取濾波器，可以通過編程的方 法區分輸入數據是有效數據還是無效數據，可以從第一個有效數據開始對數據進 行抽取濾波，因而不會產生采樣時刻的抖動。針對專用數字下變頻芯片實現的抽 取濾波器，有兩種方法，一種是不改變采樣起始時刻與抽取時刻的隨機關系，而 是通過計時器記錄采樣開始時間與采樣開始后抽取濾波器輸出的第一個數據的 時間間隔，然后通過軟件計算的方法將該隨機時間間隔的影響消除，這種方法存 在計算復雜的缺點，而且不能完全消除這種隨機影響；另外一種方法是在確定的 時刻對數字抽取濾波器進行同步，這種方法實現簡單，但是同步時刻的選擇對實 驗結果的影響比較大，尚未有公開文獻指出何時對數字濾波器進行同步。

發明內容

本發明的目的是在于提出了一種核磁共振譜儀接收機數字抽取濾波器的同 步方法，這種方法使用FPGA控制AD6620的工作。這種方法實現簡單、靈活， 只需要用一個同步脈沖作用于數字抽取濾波器就可以使濾波器的狀態得到復位， 同步脈沖的產生時刻可以方便地調整，同步脈沖的寬度可以靈活的改變，同步脈 沖與AD6620的系統時鐘相關，不會因為在不同時鐘域之間過渡引起同步的不準 確。這種方法的適用范圍廣，可用于AD6620、GC5016等多種型號的數字下變 頻芯片，也可以用于基于FPGA實現的數字下變頻模塊。用這種方法對核磁譜儀 接收機中的數字抽取濾波器進行同步，采集到的FID數據之間的相關性不會受到 影響，主要表現在使用相同的譜寬進行采樣時，接收機采集到的第一個數據點與 接收機采樣控制信號的之間的時間間隔恒定，消除了采樣抖動。

一種核磁共振譜儀接收機數字抽取濾波器的同步方法，其步驟是：