[发明专利]一种基于DDS和QAM的数字化MRI射频发生器

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，具体涉及一种基于DDS和QAM的数字化MRI射频发生器。

背景技术

磁共振成像(MagneticResonanceImaging，MRI)是医学影像领域中的一种高新技术，它利用特定的射频脉冲和经过空间编码的磁场，使生物体内的氢核共振产生信号，经计算机处理而成像。由于MRI具有对比度高、成像参数多、可任意层面断层成像、无骨伪影干扰、无电离辐射等特点，目前已经成为影像学检查中最先进的工具之一，广泛应用于人体各部位的临床检查。

谱仪是磁共振成像系统的核心控制平台，包括时序控制器、射频发生器、射频接收器和梯度信号发生器等，控制着MRI系统的工作时序和各种信号的产生、发射、接收和处理。其中，射频发生器是谱仪的重要组成部分，它负责对基带射频信号的频率、幅度和相位进行调制和数模转换。

发明内容

本发明提出一种基于DDS和QAM的数字化射频脉冲发生器，并用FPGA芯片和多功能QDUC模块进行硬件实现，具有结构简单、功能丰富、性能出色、成本低等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于DDS和QAM的数字化MRI射频发生器，包括FPGA芯片、存储器、QUDC模块和发射接口电路模块。

所述FPGA芯片，用于负责从谱仪的扫描控制器接收配置参数和射频触发信号，并控制其他部件按要求进行工作；所述存储器，用于放置基带波形数据；所述QUDC模块，用于完成基带信号的正交调制和D/A转换；所述发射接口电路模块，用于对调制后的信号进行滤波，并按照要求对信号进行调节并输出。

优选地，所述QUDC模块采用ADI公司的型号为AD9957的芯片。

本发明以高性能QDUC模块为核心，设计了一种基于DDS和QAM的数字化MRI射频发生器，所用的QDUC模块AD9957内部集成了DDS、数字正交调制、数字滤波、D/A转换等功能，极大地简化了硬件设计的复杂度。该射频发生器可以快速改变基带波形、调制频率、幅度和相位，具有精度高、稳定性好、频率覆盖范围广、集成度高、成本低等特点，可满足主流MRI系统的需求。

附图说明

图1为本发明的模块组成示意图；

图2为是本发明的AD9957在QDUC工作模式下的功能结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的内容作进一步叙述。

一种基于DDS和QAM的数字化MRI射频发生器，包括FPGA芯片、存储器、QUDC模块和发射接口电路模块。

所述FPGA芯片，用于负责从谱仪的扫描控制器接收配置参数和射频触发信号，并控制其他部件按要求进行工作；所述存储器，用于放置基带波形数据；所述QUDC模块，用于完成基带信号的正交调制和D/A转换；所述发射接口电路模块，用于对调制后的信号进行滤波，并按照要求对信号进行调节并输出。

所述QUDC模块采用ADI公司的型号为AD9957的芯片。

在射频发生器中，QDUC模块是完成射频脉冲波形调制和D/A转换的重要模块，其性能的优劣直接影响到射频信号的质量。为了进一步提高射频发生器的性能，我们选用了ADI(AnalogDevices)公司最新推出的AD9957作为射频发生器的QDU模块。AD9957是一款多功能的芯片，集成了DDS、正交调制电路、时钟倍频器、数字滤波器、DAC等模块。它具有高达1GSPS的内部系统时钟，可输出高达400MHz的模拟信号，根据拉莫尔定理，频率范围可以覆盖高达9T的磁场中氢核的共振频率，完全满足主流MRI系统的射频激励需求。AD9957内置14bit的高速DAC，数模转换精度高。芯片内部提供了8个profile寄存器，每个寄存器中包含了8bit的输出比例因子、16bit的相位偏移字和32bit的频率调谐字，可以方便、精确地控制调制信号的幅度、相位和频率，并可方便地实现调制参数的切换。AD9957的相位噪声小，在400MHz载波和1kHz偏移的情况下相位噪声小于125dBc/Hz；动态性能卓越，无杂散动态范围(SpuriousFreeDynamicRange，SFDR)大于80dB。以上这些特点表明了AD9957具有出色的性能，且在单片芯片中集成了多种功能，极大地简化了硬件结构，与东北大学和华师大的射频发射模块相比具有高的频率覆盖范围和数模转换精度，非常适合用于新型MRI谱仪射频发生器的设计。

AD9957支持3种基本工作模式，正交调制(QDUC)模式、DAC插值模式和单频调制模式。具体的工作模式通过控制功能寄存器1(CFR1)中的工作模式位来进行选择。在单频模式下，AD9957作为正弦波发生器，通过DDS直接驱动DAC。在DAC插值模式中，芯片内部的DDS被旁路，允许用户以低于DAC采样率的速度将基带数据发送到芯片中，芯片内部对基带信号进行滤波和上采样(插值)至DAC的采样频率。在QDUC模式中，DDS和插值滤波器均启用，两个并行的速率插值滤波器对基带信号进行处理，而DDS则提供调制所需的载波信号。在MRI谱仪的射频发生器中，我们需要AD9957工作在QDUC模式下，这时它的有效功能模块如图2所示。AD9957的数据输入端口主要包括18bit的并行端口和SPI端口，为了保证射频脉冲基带数据的精度和切换速度，在本发明的射频发生器的设计中使用并行端口输入基带波形，而SPI端口用作输入芯片的配置信息，包括工作模式的选择、载波的频率、相位、增益控制等。芯片的TxENABLE引脚可用作射频波形发生的触发控制。