[發明專利]一種基于DDS和QAM的數字化MRI射頻發生器

在審

• 申請號: 201510567135.0
• 申請日: 2015-09-08
• 公開（公告）號: CN105203976A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 竇俊;呂華平
• 申請（專利權）人: 江蘇綠揚電子儀器集團有限公司
• 主分類號: G01R33/32
• 分類號: G01R33/32;G01R33/48
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 劉水明

技術領域

本發明屬于信號處理領域，具體涉及一種基于DDS和QAM的數字化MRI射頻發生器。

背景技術

磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)是醫學影像領域中的一種高新技術，它利用特定的射頻脈沖和經過空間編碼的磁場，使生物體內的氫核共振產生信號，經計算機處理而成像。由于MRI具有對比度高、成像參數多、可任意層面斷層成像、無骨偽影干擾、無電離輻射等特點，目前已經成為影像學檢查中最先進的工具之一，廣泛應用于人體各部位的臨床檢查。

譜儀是磁共振成像系統的核心控制平臺，包括時序控制器、射頻發生器、射頻接收器和梯度信號發生器等，控制著MRI系統的工作時序和各種信號的產生、發射、接收和處理。其中，射頻發生器是譜儀的重要組成部分，它負責對基帶射頻信號的頻率、幅度和相位進行調制和數模轉換。

發明內容

本發明提出一種基于DDS和QAM的數字化射頻脈沖發生器，并用FPGA芯片和多功能QDUC模塊進行硬件實現，具有結構簡單、功能豐富、性能出色、成本低等優點。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種基于DDS和QAM的數字化MRI射頻發生器，包括FPGA芯片、存儲器、QUDC模塊和發射接口電路模塊。

所述FPGA芯片，用于負責從譜儀的掃描控制器接收配置參數和射頻觸發信號，并控制其他部件按要求進行工作；所述存儲器，用于放置基帶波形數據；所述QUDC模塊，用于完成基帶信號的正交調制和D/A轉換；所述發射接口電路模塊，用于對調制后的信號進行濾波，并按照要求對信號進行調節并輸出。

優選地，所述QUDC模塊采用ADI公司的型號為AD9957的芯片。

本發明以高性能QDUC模塊為核心，設計了一種基于DDS和QAM的數字化MRI射頻發生器，所用的QDUC模塊AD9957內部集成了DDS、數字正交調制、數字濾波、D/A轉換等功能，極大地簡化了硬件設計的復雜度。該射頻發生器可以快速改變基帶波形、調制頻率、幅度和相位，具有精度高、穩定性好、頻率覆蓋范圍廣、集成度高、成本低等特點，可滿足主流MRI系統的需求。

附圖說明

圖1為本發明的模塊組成示意圖；

圖2為是本發明的AD9957在QDUC工作模式下的功能結構圖。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明的內容作進一步敘述。

一種基于DDS和QAM的數字化MRI射頻發生器，包括FPGA芯片、存儲器、QUDC模塊和發射接口電路模塊。

所述FPGA芯片，用于負責從譜儀的掃描控制器接收配置參數和射頻觸發信號，并控制其他部件按要求進行工作；所述存儲器，用于放置基帶波形數據；所述QUDC模塊，用于完成基帶信號的正交調制和D/A轉換；所述發射接口電路模塊，用于對調制后的信號進行濾波，并按照要求對信號進行調節并輸出。

所述QUDC模塊采用ADI公司的型號為AD9957的芯片。

在射頻發生器中，QDUC模塊是完成射頻脈沖波形調制和D/A轉換的重要模塊，其性能的優劣直接影響到射頻信號的質量。為了進一步提高射頻發生器的性能，我們選用了ADI(AnalogDevices)公司最新推出的AD9957作為射頻發生器的QDU模塊。AD9957是一款多功能的芯片，集成了DDS、正交調制電路、時鐘倍頻器、數字濾波器、DAC等模塊。它具有高達1GSPS的內部系統時鐘，可輸出高達400MHz的模擬信號，根據拉莫爾定理，頻率范圍可以覆蓋高達9T的磁場中氫核的共振頻率，完全滿足主流MRI系統的射頻激勵需求。AD9957內置14bit的高速DAC，數模轉換精度高。芯片內部提供了8個profile寄存器，每個寄存器中包含了8bit的輸出比例因子、16bit的相位偏移字和32bit的頻率調諧字，可以方便、精確地控制調制信號的幅度、相位和頻率，并可方便地實現調制參數的切換。AD9957的相位噪聲小，在400MHz載波和1kHz偏移的情況下相位噪聲小于125dBc/Hz；動態性能卓越，無雜散動態范圍(SpuriousFreeDynamicRange，SFDR)大于80dB。以上這些特點表明了AD9957具有出色的性能，且在單片芯片中集成了多種功能，極大地簡化了硬件結構，與東北大學和華師大的射頻發射模塊相比具有高的頻率覆蓋范圍和數模轉換精度，非常適合用于新型MRI譜儀射頻發生器的設計。

AD9957支持3種基本工作模式，正交調制(QDUC)模式、DAC插值模式和單頻調制模式。具體的工作模式通過控制功能寄存器1(CFR1)中的工作模式位來進行選擇。在單頻模式下，AD9957作為正弦波發生器，通過DDS直接驅動DAC。在DAC插值模式中，芯片內部的DDS被旁路，允許用戶以低于DAC采樣率的速度將基帶數據發送到芯片中，芯片內部對基帶信號進行濾波和上采樣(插值)至DAC的采樣頻率。在QDUC模式中，DDS和插值濾波器均啟用，兩個并行的速率插值濾波器對基帶信號進行處理，而DDS則提供調制所需的載波信號。在MRI譜儀的射頻發生器中，我們需要AD9957工作在QDUC模式下，這時它的有效功能模塊如圖2所示。AD9957的數據輸入端口主要包括18bit的并行端口和SPI端口，為了保證射頻脈沖基帶數據的精度和切換速度，在本發明的射頻發生器的設計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生的觸發控制。