CN101019309A - 用于稳定放大器的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明一般涉及稳定放大器。在一个方面，提供与放大器电连接的稳定模块。此稳定模块包括开环控制系统和闭环控制系统两部分。开环控制系统被用来修正由稳定模块接收的输入信号的至少一特性和将控制传递给闭环控制系统。然后，闭环控制系统被用来修正输入信号的至少一特性。向放大器提供经修正的输入信号。

Description

用于稳定放大器的方法和系统

技术领域

本发明一般涉及用于稳定放大器的方法和系统，尤其涉及使用组合的开环和闭环控制系统稳定放大器的方法和系统。

背景技术

磁共振成像(MRI)系统通常采用射频(RF)放大器来驱动位于MRI系统的主磁结构内的RF线圈。RF放大器接收由一外部RF源生成的一串脉冲作为输入，并生成功率增强的一串脉冲作为输出。RF放大器的输出被用来驱动RF线圈。

因为要求改进图像质量，所以需要高特斯拉磁铁，而且需要较大的RF放大器输出功率。然而，提供较大输出功率会将RF放大器的增益非线性和相位非线性引入系统，从而会导致MRI图像失真。

发明内容

本发明提供用于稳定放大器的方法和系统。这些方法和系统通常使得使用在MRI系统中的脉冲RF放大器变得稳定。然而，本发明的方法和系统也可用来稳定使用在其它系统中的放大器。例如，它们可被用来稳定脉冲RF雷达放大器。

在本发明的一实施例中，本发明的稳定模块结合了用于稳定放大器的硬件和软件。稳定模块包括开环控制系统和闭环控制系统两部分。

在脉冲开始时使用闭环控制系统往往导致不稳定(例如，闭环控制系统的增益和相位参数往往被驱动成它们的最大值或最小值)。因而，本发明的实施例在脉冲开始时使用开环控制系统以稳定放大器。开环控制系统例如通过使用由稳定模块所接收的输入信号的输入功率来稳定放大器。一旦放大器已经稳定，则使用闭环控制系统来进一步稳定放大器。

在一些实施例中，本发明的系统和方法使用了校准例程改进开环控制系统的性能。在一些实施例中，校准例程通过基于由闭环控制系统先前生成的输出的开环控制系统生成供使用的输出。由此校准例程使得开环控制系统能向闭环控制系统学习。因此，开环控制系统的性能随着时间得到改进。

一方面，本发明一般涉及用于稳定放大器的方法。此方法包括四个步骤。一个步骤是提供与放大器电连接的稳定模块，并且该模块包括开环控制系统和闭环控制系统。另一个步骤是使用开环控制系统来修正由稳定模块所接收的输入信号的至少一特性，并将控制传递给闭环控制系统。又一个步骤是使用闭环控制系统来修正输入信号的至少一特性。最后的步骤是向放大器提供经修正的输入信号。

在本发明的这个方面的各个实施例中，输入信号的至少一特性是输入信号的振幅或输入信号的相位。在一个实施例中，在输入信号的输入功率高于阈值电平时使用开环控制系统。在另一个实施例中，在输入信号的输入功率高于阈值电平期间持续使用开环控制系统一预定时间段之后使用闭环控制系统。一实施例的闭环控制系统中，滤波器基于开环控制系统的输出由开环控制系统初始化。

在一些实施例中，测量输入信号的输入功率。在一些此类实施例中，开环控制系统被用来基于输入功率修正输入信号的至少一特性。在一个此实施例中，开环控制系统基于查找表中对应于输入功率的值来修正输入信号的至少一特性。查找表可基于闭环控制系统的输出进行更新。在一些此类实施例中，输出信号与表示放大器输入信号的反馈信号之间的第一误差以及输入信号与反馈信号之间的第二误差也被测量。一此类实施例中的闭环控制系统被用来基于输入功率、第一误差和第二误差修正输入信号的至少一特性。在另一个实施例中，闭环控制系统调节第一误差和第二误差两者。

在一些实施例中，闭环控制系统解决由稳定模块引入的至少一非线性。在另一些实施例中，开环控制系统解决由稳定模块引入的至少一非线性。在一些实施例中，放大器是磁共振成像系统的脉冲射频放大器。

另一个方面，本发明一般涉及用在用于稳定放大器的稳定模块中的系统。此系统包括第一控制模块和第二控制模块。第一控制模块用于执行三个功能：(a)接收表示由稳定模块所接收的输入信号的第一信号，(b)生成可被用来使用开环控制例程修正输入信号的第一特性的第二信号，以及(c)发送可被用来将控制传递给第二控制模块的第三信号。第二控制模块用于生成可被用来使用闭环控制例程修正输入信号的第一特性的第四信号。

在本发明此方面的一些实施例中，第一控制模块能够确定输入信号的输入功率是否高于阈值电平，并且在输入功率高于阈值电平时可生成能够用来使用开环控制例程修正输入信号的第一特性的第二信号。在一些实施例中，第一控制模块能够在输入信号的输入功率高于阈值电平期间确定第一控制模块是否已经持续使用开环控制例程一预定时间段。在一些此类实施例中，第一控制模块在满足上述判据时发送第三信号。在其中第二控制模块包括滤波器的一实施例中，系统还可包括用于生成用来初始化滤波器的表项的校准模块。在一此类实施例中，第一控制模块能够使用表项来初始化第二控制模块中的滤波器。

在一些实施例中，第一控制模块能够生成可被用来使用开环控制例程修正输入信号的第二特性的第五信号，而第二控制模块能够生成可被用来使用闭环控制例程修正输入信号的第二特性的第六信号。在一些相关实施例中，系统包括用于生成表示输入信号第一特性修正量的第一值和表示输入信号第二特性修正量的第二值的校准模块。第一值和第一值可被第一控制模块所使用。在一实施例中，第一控制模块可使用第一值来生成第二信号，并且能够使用第二值来生成第五信号。在一相关实施例中，校准模块可基于第二控制模块的输出更新第一值和第二值。在另一个实施例中，校准模块可生成第一值和第二值以解决由稳定模块引入的至少一非线性。

在一些实施例中，输入信号的第一特性是输入信号的振幅，而输入信号的第二特性是输入信号的相位。在又一些实施例中，第二控制模块可生成第四信号以解决由稳定模块引入的非线性，而第二控制模块可接收第一误差信号和第二误差信号，并可调节第一误差信号和第二误差信号以补偿第一误差信号和第二误差信号中存在的非线性。在再一些实施例中，第一控制模块解决生成第二信号时由稳定模块引入的非线性。

又一个方面，本发明一般以供稳定模块用于稳定放大器的制造物品为特色。物品包括用于接收表示由稳定模块接收的输入信号的第一信号、用于生成可被用来使用开环控制例程修正输入信号的特性的第二信号，以及用于发送可被用来将控制传递给第二控制模块的第三信号的装置。物品也包括用于生成可被用来使用闭环控制例程修正输入信号的特性的第四信号。

再一个方面，本发明涉及用于稳定放大器的方法。此方法包括四个步骤。一个步骤是使用包括开环控制系统和闭环控制系统的稳定模块接收输入信号。另一个步骤是使用开环控制系统修正输入信号的相位并使放大器的相位非线性最小，并且将控制传递给闭环控制系统。另一步骤是从使用开环控制系统转换成使用闭环控制系统以修正输入信号的相位并使放大器的相位非线性最小。

在本发明此方面的一个实施例中，方法包括在输入信号的输入功率高于阈值电平期间持续使用开环控制系统一预定时间段之后进行转换。在另一个实施例中，方法还包括使用开环控制系统基于开环控制系统的输出初始化闭环控制系统中的滤波器。

又一方面，本发明一般涉及用于稳定放大器的稳定模块。稳定模块包括第一控制模块和第二控制模块。第一控制模块用于执行三个功能：(a)接收表示由稳定模块所接收的输入信号的第一信号，(b)生成可被用来通过使用开环控制例程修正输入信号的相位使放大器的相位非线性最小的第二信号，以及(c)发送可被用来将控制传递给第二控制模块的第三信号。第二控制模块用于生成可被用来使用闭环控制例程修正输入信号的相位使放大器的相位非线性最小的第四信号。

附图说明

通过参考以下描述并结合附图，本发明的上述及其它目的、方面、特性和优点将变得更加显而易见，并可更好地进行理解。

图1是根据本发明一示例性实施例用于稳定放大器的方法的流程图；

图2也是根据本发明一示例性实施例用于稳定放大器的方法的流程图；

图3是根据本发明一示例性实施例用在用于稳定放大器的稳定模块中的系统的框图；

图4是根据本发明一示例性实施例用于稳定放大器的稳定模块的电路图；

图5是根据本发明一示例性实施例用于稳定放大器、包括开环控制例程和闭环控制例程的方法的流程图；以及

图6是用在本发明一实施例中的校准例程的流程图。

具体实施方式

图1描述了根据本发明一示例性实施例用于稳定放大器的方法100。方法100可通过与放大器电连接且包括开环控制系统和闭环控制系统的稳定模块来执行。在图1所示方法中，测量输入信号的属性(步骤104)，开环控制系统被用来修正由稳定模块所接收的输入信号的至少一特性(步骤108)，基于一个或多个控制参数的满足(步骤112)将控制传递给闭环控制系统(步骤116)，闭环控制系统被用来修正输入信号的至少一特性(步骤120)。在使用开环控制系统期间(步骤108)和使用闭环控制系统期间(步骤120)，向放大器提供经修正的输入信号。方法100通过稳定模块接收到脉冲输入信号来启动，并可分别在各个脉冲中重复。例如，可实践此方法以稳定MRI系统中的放大器。

步骤104是测量输入信号的属性。在一个实施例中，属性是输入信号的输入功率。在另一个实施例中，属性是输入信号的电压电平。在又一个实施例中，属性是输入信号的电流。在一个实施例中，通过稳定模块中的元件来测量属性。

在步骤108，开环控制系统被用来修正输入信号的至少一特性。例如，在图1方法的一个实施例中，开环控制系统在步骤108修正输入信号的振幅。在另一个实施例中，开环控制系统在步骤108修正输入信号的相位。在又一个实施例中，在步骤108，开环控制系统修正输入信号的振幅和相位。

开环控制系统被用来基于所测量的输入信号的属性修正输入信号的至少一特性。在一个实施例中，开环控制系统使用通过所测量的属性做索引的查找表来修正至少一特性。例如，在一个实施例中，所测量的属性是输入信号的输入功率，至少一特性是振幅，并且表标识各个输入功率电平振幅的改变量。如以下更详细描述的，然后通过开环控制系统向放大器提供经修正的输入信号以稳定放大器。

在步骤112，核对一个或多个控制参数以确定是否是开环控制系统将控制传递给闭环控制系统的适当时间。在满足一个或多个控制参数时，开环控制系统在步骤116将控制传递给闭环控制系统。另一方面，在控制参数不满足时，使用开环控制系统(步骤108)。在一个实施例中，控制参数是计数器值。在另一个实施例中，控制参数是流逝的时间段。在又一个实施例中，控制参数是输入信号的振幅。在一个具体实施例中，开环控制系统核对控制参数。或者，闭环控制系统或另一个元件可核对控制参数。

在步骤116，开环控制系统可将控制传递给闭环控制系统。在以下更详细描述的一个实施例中，开环控制系统初始化闭环控制系统以便使用。

在将控制传递给闭环控制系统之后，闭环控制系统被用来修正输入信号的至少一特性(步骤120)。闭环控制系统接收表示放大器输出信号的反馈信号。在各个实施例中，修正的至少一特性是输入信号的振幅和/或相位。在一些实施例中，闭环控制系统测量输入信号与反馈信号之间的第一误差。在一些此类实施例中，闭环控制系统也测量输入信号与反馈信号之间的第二误差。在这些实施例中，闭环控制系统被用来基于输入功率、第一误差和第二误差修正输入信号的至少一特性。然后，在步骤120，通过闭环控制系统向放大器提供经修正的输入信号以稳定放大器。

在各个实施例中，闭环控制系统包括用于确定如何修正输入信号的至少一特性的一个或多个滤波器。在一个实施例中，滤波器被用来确定用于修正输入信号振幅的适当输出。在另一个实施例中，滤波器被用来确定用于修正输入信号相位的适当输出。在一个实施例中，如A.J.Viterbi所提供的二阶滤波器被用在闭环控制系统中。在另一些实施例中，闭环控制系统使用任何类型的滤波器，包括但并不限于比例积分滤波器和比例积分导数滤波器。在一个实施例中，滤波器包括一个或多个积分器。再参看步骤116，在一些实施例中，通过开环控制系统初始化滤波器，或者更具体地，通过基于开环控制系统的输出初始化积分器来初始化闭环控制系统。

图2是根据本发明用于稳定放大器的方法200的流程图。与图1所述的方法100相比，图2所述的方法200包括另外三个步骤。具体地，图2示例性方法确定是否满足使用开环控制系统的判据(步骤106)、确定是否满足继续使用闭环控制系统的判据(步骤124)，并更新开环控制参数(步骤128)。一般而言，图2的步骤104、108、112、116和120类似于图1相同标号的步骤，并且通过类似方式实现。

在稳定模块接收到输入信号时启动图2的方法。例如，输入信号可来自外部脉冲RF源。在步骤104，测量输入信号的属性。

在步骤106，确定是否满足使用开环控制系统的一个和多个判据。在一实施例中，步骤106通过开环控制系统自身来执行。在另一些实施例中，稳定模块中的另一个元件执行步骤106。在一些实施例中，一判据对应于所测量的输入信号的属性。例如，在一此类实施例中，当输入信号的输入功率高于阈值电平时，在步骤108使用开环控制系统。另一方面，如果在此实施例中输入信号的输入功率低于阈值电平，则不使用开环控制系统，并且在步骤104重新测量输入信号的输入功率。可重复步骤104，直到输入信号的输入功率高于阈值电平。在实施例中，用于确定是否使用开环控制系统的一个判据是放大器是否激活。确定是否使用开环控制系统可考虑更多的判据。

在步骤108，开环控制系统被用来修正输入信号的特性并使放大器与此特性相关联的非线性最小。因而，在一具体实施例中，在步骤108可最初使用开环控制系统以修正输入信号的相位使放大器的相位非线性最小。这个步骤可通过类似于图1步骤108的描述来实现。

在步骤112，确定是否从使用开环控制系统转移到使用闭环控制系统。例如在一实施例中，在输入信号的输入功率高于阈值电平期间，持续使用开环控制系统一预定时间段之后进行转换。如果在步骤112满足判据，则在步骤116将控制传递给闭环控制系统。在一实施例中，开环控制系统初始化闭环控制系统以便使用。初始化可作为从使用开环控制系统转换到使用闭环控制系统的一部分。

在步骤120，闭环控制系统被用来修正输入信号的特性并使放大器与此特性相关联的非线性最小。例如在一实施例中，闭环控制系统调节输入信号的相位并使放大器的相位非线性最小。

在步骤124，确定是否满足继续使用闭环控制系统的判据。在一些实施例中，通过参考测量输入信号的属性来做出确定。例如在一实施例中，当输入信号的输入功率高于阈值电平时，将在步骤120继续使用环控制系统。另一方面，如果在此实施例中输入信号的输入功率低于阈值电平，则将不使用闭环控制系统而将执行步骤106。在另一实施例中，在确定是否应当继续使用闭环控制系统时，稳定模块可替代和另外使用其它判据。例如，在一具体实施例中，如以下将讨论的，在确定是否使用闭环控制系统时，除了输入信号的输入功率，还考虑放大器是否激活。

在通过图2所示的本发明实施例中，在步骤128更新开环控制参数。在以下参照图6详细描述的实施例中，运行校准例程以更新开环控制系统所使用的查找表。在一此类实施例中，校准例程基于闭环控制系统的输出更新查找表。

图3描述了根据本发明一示例性实施例用在用于稳定放大器的稳定模块中的系统300。系统300包括第一控制模块304和第二控制模块308。在一个实施例中，第一控制模块304和第二控制模块308的每一个被实现为软件程序。或者，在另一个实施例中，第一控制模块304和/或第二控制模块308被实现为一个或多个硬件器件。在一实施例中，第一控制模块304使用开环控制例程，而第二控制模块使用闭环控制例程。在一个实施例中，硬件器件是专用集成电路(ASIC)。在另一个实施例中，硬件器件是现场可编程门阵列(FPGA)。在其它实施例中，使用另一类型的硬件器件。

系统300的第一控制模块308用于执行三个功能：(a)接收表示由稳定模块所接收的输入信号的第一信号312，(b)生成可被用来通过使用开环控制例程修正输入信号的第一特性的第二信号316，以及(c)发送可被用来将控制传递给第二控制模块308的第三信号320。系统300的第二控制模块308用于生成可被用来使用闭环控制例程修正输入信号的第一特性的第四信号324。

在一些实施例中，如以下进一步描述的，第一控制模块可生成第二信号316以解决由稳定模块引入的非线性。在一些实施例中，如以下进一步描述的，第二控制模块308可生成第四信号324以解决稳定模块硬件引入的非线性。

在一些实施例中，第一控制模块304可生成能够被用来使用开环控制例程修正输入信号的第二特性的第五信号336。在相关实施例中，第二控制模块308可生成能够被用来使用闭环控制例程修正输入信号的第二特性的第六信号340。

在一个实施例中，第一控制器376被用来修正输入信号的第一特性。在另一个实施例中，第二控制器380被用来修正输入信号的第二特性。

在一些实施例中，输入信号的第一特性是输入信号的振幅，而输入信号的第二特性是输入信号的相位。在另一实施例中，输入信号的第一特性是输入信号的相位，而输入信号的第二特性是输入信号的振幅。

在一些实施例中，第一控制模块304包括转换逻辑模块332。在一些此类实施例中，转换逻辑模块332核对一个和多个判据并确定是否将使用开环控制例程。在一个此类实施例中，转换逻辑模块332可确定放大器是否激活。在另一个此类实施例中，转换逻辑模块332可确定输入信号的输入功率328是否高于阈值电平。如果是，则第一控制模块304将使用开环控制例程生成可被用来修正输入信号的第一特性的第二信号316。在一些此类实施例中，转换逻辑模块332核对一个和多个判据并确定是否将控制传递给第二控制模块308。在一此类实施例中，转换逻辑模块332可确定第一控制模块304在输入信号的输入功率328高于阈值电平期间是否已经持续使用开环控制例程一预定时间段。如果是，则第一控制模块304将第三信号302发送到第二控制模块308。

在又一实施例中，第二控制模块308可接收表示由稳定模块所接收的输入信号的信号346以及一个或多个误差信号344和348。在一个此类实施例中，误差信号可代表由稳定模块所接收的输入信号与表示放大器输出信号的反馈信号之间的振幅误差。在另一个此类实施例中，误差信号可表示输入信号与反馈信号之间的相位误差。在一实施例中，如以下进一步描述的，第二控制模块308调节一个或多个误差信号344和348以补偿第一误差信号和/或第二误差信号中存在的非线性。

在一些实施例中，第二控制模块308包括转换逻辑模块356。在一些此类实施例中，转换逻辑模块356核对一个或多个判据并确定是否将使用闭环控制例程或者是否经由连接线352将控制传递给第一控制模块304。在一此类实施例中，转换逻辑模块356可确定放大器是否激活。在另一个此类实施例中，转换逻辑模块332可确定输入信号的输入功率328是否高于阈值电平。如果不是，则第二控制模块308经由连接线352将控制传递给第一控制模块304。

在另一个实施例中，系统300包括校准模块360。校准模块360可实现为软件程序并可使用校准例程。或者，在另一个实施例中，校准模块实现为硬件器件。在一实施例中，硬件器件是ASIC。在另一个实施例中，硬件器件是FPGA。在另一些实施例中，使用另一类硬件器件。

在一实施例中，校准模块360可生成用于初始化第二控制模块308所使用的一个或多个滤波器的表项。然后，第一控制模块304可经由连接线364从校准模块360中检索表项，并通过使用转换逻辑模块332用表项初始化第二控制模块308中的一个或多个滤波器。

在另一个实施例中，校准模块360可生成表示输入信号的第一特性修正量的第一值和表示输入信号的第二特性修正量的第二值。第一控制模块304可经由连接线364从校准模块360中检索第一值和第二值。第一控制模块304可使用第一值生成第二信号316，并可使用第二值生成第五信号336。

在另一个实施例中，校准模块360可基于经由连接线368所接收的来自第二控制模块308的输出来更新第一值和第二值。在又一个实施例中，如以下进一步描述的，校准模块360使用算法生成第一值和第二值以解决由稳定模块硬件引入的至少一个非线性。在更多实施例中，校准模块360可经由连接线372接收来自第一控制模块304的数据。

图4描述了根据本发明一示例性实施例用于稳定放大器404的稳定模块400。在所示示例性实施例中，与放大器404电连接的稳定模块400包括硬件和软件组合。此软件运行于处理器408中。

稳定模块400在前置放大器416接收来自外部源(例如电源)的输入信号412。在一个实施例中，输入信号412是脉冲RF输入信号。然后，定向耦合器418采样前置放大器的输入信号412。第一样本420被输入到误差放大器424，同时第二样本428被输入到第一控制器432和第二控制器436。在一个实施例中，第一控制器432是用来修正输入信号412振幅的增益控制器。在另一个实施例中，第二控制器436是用来修正输入信号412相位的移相器。如以下描述的，经调节输入信号440由第一控制器432和第二控制器436输出，并输入到放大器404。

在一个实施例中，放大器404是脉冲RF放大器。在另一个实施例中，放大器404被用在MRI系统中。表示放大器404的输出信号448的反馈信号444也被输入到误差放大器424。在一个实施例中，误差放大器包括用于放大第一采样420和反馈信号444的对数中频(LOG IF)放大器426。误差放大器424生成第一误差信号452和第二误差信号456。在一个实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412与反馈信号444之间的振幅误差。在另一个实施例中，第一误差信号452/第二误差信号456表示输入信号412与反馈信号444之间的相位误差。

在一个实施例中，稳定模块400包括三个模数转换器(A/D)460。A/D转换器将数字化表示的表示输入信号412的第一信号464、第一误差信号452和第二误差信号456输入到处理器408。处理器408执行信号处理以生成输出到数模(D/A)转换器468的控制信号。在一个实施例中，处理器408包括第一控制模块304、第二控制模块308和校准模块360。在一个实施例中，处理器运行第一控制模块304以实现开环控制例程。在另一个实施例中，处理器运行第二控制模块308以实现闭环控制例程。在又一个实施例中，用模拟控制系统整个替代包括A/D转换器460、处理器408和D/A转换器468的数字控制系统。或者，仅用模拟控制系统局部替代数字控制系统。

在一个实施例中，在处理器408运行开环控制例程时，第一控制模块304生成可被用来修正输入信号412的第一特性的第一信号472和可被用来修正输入信号412的第二特性的第二信号476。在另一个实施例中，在处理器运行闭环控制例程时，第二控制模块308生成可被用来修正输入信号412的第一特性的第一信号472和可被用来修正输入信号412的第二特性的第二信号476。在一个实施例中，输入信号4 12的第一特性是输入信号412的振幅，而输入信号412的第二特性是输入信号412的相位。

在一个实施例中，D/A转换器468将模拟表示的信号472和476分别输入到控制器432和436。在一个实施例中，第一控制器432使用模拟表示的第一信号472来修正输入信号的振幅，并由此最小化放大器404的振幅非线性。在另一个实施例中，第二控制器436使用模拟表示的第二信号476来修正输入信号的相位，并由此最小化放大器404的相位非线性。如上所述，然后向放大器404提供经修正的输入信号440。

图5描述了包括开环控制例程600和闭环控制例程700的软件例程500的一个实施例。在一个实施例中，开环控制例程600通过第一控制模块304来运行。在另一个实施例中，闭环控制例程700通过第二控制模块308来运行。在一个实施例中，在输入信号最初由稳定模块接收到时(例如，在诸如例如电源的外部源最初接通时)，软件例程500默认使用开环控制例程600。

在步骤604，开环控制例程600提取由稳定模块接收的输入信号的输入功率。然后，在步骤608，开环控制例程600通过确定放大器是否激活(即启用)以及输入信号的输入功率是否高于第一阈值来确定是否满足使用开环控制例程600的判据。如果放大器被启用且输入信号的输入功率高于第一阈值，则在步骤612开环控制例程600使开环计数器增数。

在步骤616，开环控制例程600输出可被用来修正输入信号的至少一个特性的至少一个信号。在一个实施例中，开环控制例程600输出一个可被用来修正输入信号的振幅和一个可被用来修正输入信号的相位的两个信号。在另一个实施例中，开环控制信号600仅输出两个上述信号之一。在一个实施例中，例如以下参照图6讨论的，开环控制例程600使用由校准例程建立的查找表以生成至少一个要输出的信号。在此一实施例中，查找表可使用输入信号的输入功率作为索引。基于在步骤604提取的输入信号的输入功率，开环控制例程600查找对应的表值。此值可例如表示在步骤616将由开环控制例程600输出的信号的电流或电压。在步骤616，开环控制例程600输出此信号。在另一个实施例中，例如以下参照图6讨论的，开环控制例程600使用由校准例程建立的查找阵列来生成至少一个要输出的信号。在此实施例中，查找阵列可使用输入信号的输入功率作为索引。基于在步骤604提取的输入信号的输入功率，开环控制例程600查找对应的表项。此表项可例如表示输入信号振幅或相位的修正量。在此一实施例中，如以下所述，开环控制例程600运行由闭环控制例程700在步骤720运行的相同的算法以调节表项，从而解决由稳定模块硬件引入的非线性。然后，开环控制例程600使用经调节的表项生成在步骤616输出的至少一信号。

在根据图5的实施例中，开环控制例程600在步骤620通过将数据写入校准阵列来将数据输出到校准例程。在此类实施例中，开环控制例程600以最小值将开环模式标志输出到校准例程。在一个实施例中，开环控制例程600也将输入信号的输入功率输出到校准例程。在另一个实施例中，开环计数器的值通过开环控制例程600输出到校准例程。

在步骤624，开环控制例程600确定开环计数器是否大于第二阈值。如果是，则开环控制例程600前进到步骤628。否则，开环控制例程600前进到步骤632，其中在开环控制例程重新在步骤604提取输入信号的输入功率之前，暂时延迟运行开环例程600。

步骤624的第二阈值和步骤632中存在的延迟确保在步骤628将控制传递给闭环控制例程700之前持续运行开环控制例程600一最小时间段。因此，软件例程500在从开环控制例程600转换到闭环控制例程700之前，放大器被给予一时间段以用于稳定。在一个实施例中，步骤624的第二阈值是可调的。在另一个实施例中，步骤632中存在的延迟是可调的。

再参看步骤608，如果放大器非激活或输入信号的功率电平低于第一阈值，则开环控制例程600前进到步骤636。在步骤636，开环控制例程600确定开环计数器是否大于0。如果不是，则开环控制例程600前进到步骤632。如果是，则开环控制例程600前进到步骤640。在步骤640，开环控制例程输出可被用于修正输入信号的至少一特性的至少一信号。在一个实施例中，如以上参照步骤616讨论的，这通过使用查找表来完成。

在低输入功率电平下，大多数放大器线性运行。在一个实施例中，步骤608的第一阈值电平基于这个事实来选择，即第一阈值电平被选择成放大器在低于所选第一阈值电平的输入功率电平下线性运行。这样，只要输入信号的实际输入功率低于第一阈值，它将与在步骤604输出至少一信号非相关。因此同样其中输入信号的输入功率低于第一阈值的至少一信号可在步骤640输出，不管其实际值。因此，步骤640仅需要执行一次。为了确保这种情况，在步骤644清零开环计数器。

再参看步骤628，在开环控制例程600确定其在输入信号的输入功率高于第一阈值电平期间被持续运行一预定时间段之后(即步骤604、608、612、616、620、624和632被持续运行一预定时间段，因为开环控制例程600总是从步骤608前进到步骤612)，开环控制例程600将控制传递给闭环控制例程700。在一个实施例中，例如参照图6描述的，在步骤628，开环控制例程600通过闭环控制例程700以校准例程生成的表项来初始化在步骤716使用的滤波器。表项可对应于在步骤616由开环控制例程最后输出的一个或多个信号。这样，闭环控制例程在开环控制例程禁用时的相同设置下开始运行。在一个实施例中，表项表示输入信号振幅的增加量或减少量。在另一实施例中，表项代表输入信号的相移量。在一个实施例中，通过校准例程将表项存储在例如一个或多个查找阵列中。这些阵列可使用输入信号的输入功率作为索引。因而，基于在步骤604提取的输入信号的输入功率，开环控制例程600可查找并使用由校准例程生成的对应表项来初始化闭环控制例程700的滤波器。

在开环控制例程600已将控制传递给闭环控制例程700之后，在步骤732存在延迟。在一个实施例中，步骤732中的延迟时间是可调的。在步骤732进行延迟之后，闭环控制例程700可在步骤704提取多个信号。在一个实施例中，这些信号包括输入信号的输入功率、输入信号与表示放大器输出信号的反馈信号之间的第一误差以及输入信号与反馈信号之间的第二误差。在一个此类实施例中，第一误差是输入信号与反馈信号之间的振幅误差，第二误差是输入信号与反馈信号之间的相位误差。

在步骤708，闭环控制例程700确定是否满足使用闭环控制例程700的一个或多个判据。在一个实施例中，闭环控制例程700确定放大器是否激活(即启用或非消隐)，输入信号的输入功率是否高于阈值。如果满足判据，则闭环控制例程700前进到步骤712。如果不满足，则软件例程500返回到开环控制例程600并在步骤604提取输入信号的输入功率。在一个实施例中，闭环控制例程700中使用的阈值的值小于开环控制例程600中使用的第一阈值的值以允许滞后程度，并防止软件例程500在开环控制例程600与闭环控制例程700之间切换。如果第一阈值与闭环控制例程700中使用的阈值相等，并且输入信号的输入功率在这些阈值周围略为变化，则软件例程500会在开环控制例程600与闭环控制例程700之间切换。

如本领域技术人员将易于理解的，被稳定模块用来生成表示第一误差和/或第二误差的信号的硬件可能是非理想的。因此，硬件可能过调或欠调用于第一误差和/或第二误差的实际值。事实上，硬件将对输入信号各个输入功率电平引入偏离第一误差和/或第二误差的实际值的可预测偏差。因此，在一个实施例中，在步骤712，闭环控制例程调节由稳定模块硬件在步骤704提供的第一误差和第二误差测量值。在一个实施例中，在步骤712，闭环控制例程700使用输入信号的输入功率电平作为索引的查找图。对于每个输入功率电平，查找图列出了第一误差和/或第二误差实际值的期望过调或欠调。通过将期望过调或失调加入到由硬件提供的第一误差和/或第二误差的测量值，闭环控制例程700由此获得第一误差和/或第二误差的实际值。

在步骤712，一旦闭环控制例程700已适当调节了第一误差和/或第二误差，则在步骤716，闭环控制例程确定输入信号的至少一特性的调节量。例如，在一个实施例中，闭环控制例程700确定两个量：一个用于修正输入信号的振幅，另一个用于修正输入信号的相位。在另一个实施例中，闭环控制例程700仅确定上述两个量之一。在一个实施例中，如上所讨论，闭环控制例程700使用由A.J.Viterbi所提供的二阶滤波器来确定至少一个量。或者，在步骤716，例如诸如比例积分滤波器和/或比例积分导数滤波器的任何类型滤波器可被闭环控制例程700用来确定至少一个量。

在步骤724之前，在步骤720，一些实施例的闭环控制例程700解决由稳定模块的硬件引入的非线性。在一个此类实施例中，闭环控制例程700运行一算法以调节步骤716确定的期望量。然后，调节量被用于生成在步骤724输出的至少一信号。算法被实现成选择调节量，从而在步骤724输出的至少一信号实际上表示在步骤716确定的期望量，并伴随着由硬件非线性引入的任何失真。这样，算法补偿了稳定模块硬件的非线性。

在步骤724输出至少一信号之后，闭环控制例程返回步骤704之前，在步骤732重新延迟运行闭环控制例程。

在步骤728，闭环控制例程700通过将数据写入校准阵列来将数据输出到校准例程。例如，闭环控制例程700将输入信号的输入功率、第一误差、第二误差、在步骤716确定的至少一个量和闭环控制模式标志输入到校准例程。

图6描述了根据本发明一示例性实施例的校准例程800的一个实施例。在一个实施例中，校准例程800是由校准模块360运行的软件例程。在一个实施例中，当开环控制例程600和闭环控制例程700都空闲时，运行校准例程800。例如，在由步骤632和/或732引入延迟期间，运行校准例程800。如以下详细描述的，校准例程800启动开环控制例程600以向闭环控制例程700学习，从而随时间改进开环控制例程600的性能。

在步骤804，校准例程800检索先前在步骤620通过开环控制例程600和在步骤728通过闭环控制例程700写入到校准阵列的数据。然后，在步骤808，校准例程800确定闭环控制例程700是否在运行。例如，在一个实施例中，校准例程800进行核对以察看是否存在闭环模式标志。如果不存在(即存在开环模式标志)，则在步骤812，校准例程800清零校准计数器并在步骤804继续从校准阵列进一步检索数据。如果闭环控制例程700正在运行，则在步骤816，校准例程800使校准计数器增数并继续处理数据。这样，校准例程800仅处理通过闭环控制例程700写入到校准阵列的数据。

在步骤820，校准例程800确定校准计数器是否在较低阈值与较高阈值之间。如果不是，则校准例程800返回步骤804以进一步从校准阵列中检索数据。如果是，则校准例程800在步骤824从校准阵列中提取输入信号的输入功率以及第一误差和/或第二误差。通过确保校准计数器在前进到步骤824之前大于较低阈值，校准例程800确保不处理通过闭环控制例程700最初写入到校准阵列的数据。相反，校准例程800确保处理闭环控制例程700已运行一时间段之后(即在放大器更稳定时)通过闭环控制例程700写入到校准阵列的数据。类似地，通过确保在前进到步骤824之前校准计数器小于较高阈值，校准例程800确保处理临近闭环控制例程800启动时(即在临近脉冲启动时)通过闭环控制例程700写入到校准阵列的数据。

在步骤828，校准例程800确定第一误差和/或第二误差是否小于固定量。如果是，则放大器已经稳定且校准例程前进到步骤832。否则，校准例程800继续在步骤804进一步从校准阵列中检索数据。在步骤832，校准例程800从校准阵列提取由闭环控制例程700写入的量。

在步骤836，校准例程800生成在步骤628被开环控制例程600用来初始化闭环控制例程700中的滤波器的表项。此表项使用输入信号的输入功率作为索引并存储在查找阵列中。在一个实施例中，校准例程800使用加权滤波器生成表项。例如，校准例程800通过将提取量的加权值添加到在此输入功率电平下出现在查找阵列中的先前表项的加权值来生成用于输入信号的特定输入功率的当前表项。

在步骤840，校准例程800使用在步骤836生成的表项来确定在步骤616开环控制例程600使用的值。从而，校准例程800解决了由稳定模块的硬件引入的非线性。例如，校准例程800运行闭环控制例程700在步骤720运行的相同的算法。由校准例程800生成的值存储在查找表中。

在步骤844，校准例程800将校准计数器设置成高于步骤802的较高阈值。这样，确保校准例程800每个脉冲仅生成表项和值。

本发明可设置成体现在一个或多个制品中的一个或多个计算机可读程序。制品可以是软盘、硬盘、CD ROM、闪存记忆卡、PROM、RAM、ROM或磁带。通常，计算机可读程序可用任何程序设计语言编制。可使用的语言的一些示例包括C、C++或JAVA。软件程序可存储在一个或多个制品中作为结果代码。

以上描述了本发明的特定实施例。然而，特别注意：本发明并不仅仅限于这些实施例，而是本文特别所描述的附加和更改也包括在本发明的范围内。此外，应当理解：本文所描述的各种实施例的特征并不相互抵触，并且可进行各种组合和排列，即使是本文中未作说明的组合或排列也不背离本发明的精神和范围。事实上，本领域普通技术人员可进行本文所描述的改变、更改和其它实现而不背离本发明的精神和范围。同样地，本发明并非仅通过前述示例性说明书来限定。

Claims (36)

1.一种用于稳定放大器的方法，所述方法包括：

(a)提供与所述放大器电通信并包括开环控制系统和闭环控制系统的稳定模块；

(b)使用所述开环控制系统来修正由所述稳定模块接收的输入信号的至少一个特性，并将控制传递给所述闭环控制系统；

(c)使用所述闭环控制系统修正所述输入信号的至少一个特性；以及

(d)向所述放大器提供所述经修正的输入信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入信号的所述至少一个特性包括所述输入信号的振幅。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入信号的所述至少一个特性包括所述输入信号的相位。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述输入信号的输入功率高于阈值电平时，使用所述开环控制系统。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在输入信号的输入功率高于阈值电平期间持续使用所述开环控制系统一预定时间段之后使用所述闭环控制系统。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括基于所述开环控制系统的输出使用所述开环控制系统来初始化所述闭环控制系统中的滤波器。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括测量所述输入信号的输入功率。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括基于所述输入功率使用所述开环控制系统来修正所述输入信号的所述至少一个特性。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括基于对应于所述输入功率的查找表中的值来修正所述输入信号的所述至少一个特性。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括基于所述闭环控制系统的输出来更新所述查找表。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括测量所述输入信号的输入功率，其中步骤(c)还包括测量所述输入信号与表示所述放大器输出信号的反馈信号之间的第一误差以及所述输入信号与所述反馈信号之间的第二误差。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(c)还包括基于所述输入功率、第一误差和第二误差使用所述闭环控制系统来修正所述输入信号的所述至少一特性。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤(c)还包括使用所述闭环控制系统来调节所述第一误差和调节所述第二误差。

14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(c)还包括使用所述闭环控制系统来解决由所述稳定模块引入的至少一个非线性度。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)还包括使用所述开环控制系统来解决由所述稳定模块引入的至少一个非线性度。

16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述放大器包括脉冲射频放大器。

17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)包括向磁共振成像系统的所述放大器提供所述经修正的输入信号。

18.一种用在用于稳定放大器的稳定模块中的系统，包括：

第一控制模块，用于接收表示由所述稳定模块接收的输入信号的第一信号，用于生成可被用来使用开环控制例程修正所述输入信号的第一特性的第二信号、以及用于发送可被用来将控制传递给第二控制模块的第三信号；以及

所述第二控制模块用于生成可被用来使用闭环控制例程调节所述输入信号的所述第一特性的第四信号。

19.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块可确定所述输入信号的输入功率是否高于阈值电平，并在所述输入功率高于所述阈值电平时能够生成可被用来使用所述开环控制例程修正所述输入信号的第一特性的所述第二信号。

20.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块可确定在所述输入信号的输入功率高于阈值电平期间所述第一控制模块是否持续使用所述开环控制例程一预定时间段，并可在所述第一控制模块已持续使用所述开环控制例程一预定时间段之后发送所述第三信号。

21.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第二控制模块包括滤波器，所述系统还包括用于生成用于初始化所述滤波器的表项的校准模块。

22.如权利要求21所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块可使用所述表项来初始化所述第二控制模块中的所述滤波器。

23.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块能够生成可被用来使用所述开环控制例程修正所述输入信号的第二特性的第五信号，且所述第二控制模块能够生成可被用来使用所述闭环控制例程修正所述输入信号的所述第二特性的第六信号。

24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，还包括用于生成表示所述输入信号的所述第一特性的修正量的第一值和表示所述输入信号的所述第二特性的修正量的第二值，所述第一值和所述第二值供所述第一控制模块使用。

25.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块可使用所述第一值生成所述第二信号，并可使用所述第二值来生成所述第五信号。

26.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述校准模块可基于所述第二控制模块的输出更新所述第一值和所述第二值。

27.如权利要求24所述的系统，其特征在于，所述校准模块可生成所述第一值和所述第二值以解决由所述稳定模块引入的至少一个非线性度。

28.如权利要求23所述的系统，其特征在于，所述输入信号的所述第一特性包括所述输入信号的振幅，而所述输入信号的所述第二特性包括所述输入信号的相位。

29.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第二控制模块可生成第四信号以解决由所述稳定模块引入的非线性度。

30.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第二控制模块可接收第一误差信号和第二误差信号，并可调节所述第一误差信号和所述第二误差信号以补偿所述第一误差信号和所述第二误差信号中存在的非线性度。

31.如权利要求18所述的系统，其特征在于，所述第一控制模块解决由所述稳定模块在生成所述第二信号中引入的非线性度。

32.一种供稳定模块用于稳定放大器的制品，所述制品包括：

用于接收表示由所述稳定模块接收的输入信号的第一信号、用于生成可被用来使用开环控制例程调节所述输入信号的一特性的第二信号，以及用于发送可被用来将控制传递给第二控制模块的第三信号的装置；以及

用于生成可被用来使用闭环控制例程修正所述输入信号的所述特性的第四信号的装置。

33.一种用于稳定放大器的方法，所述方法包括：

使用包括开环控制系统和闭环控制系统的稳定模块接收输入信号；

使用所述开环控制系统来修正所述输入信号的相位和使所述放大器的相位非线性度最小以及将控制传递给所述闭环控制系统；

从使用所述开环控制系统转换到使用所述闭环控制系统，以修正所述输入信号的所述相位并使所述放大器的所述相位非线性度最小。

34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，还包括在所述输入信号的输入功率高于阈值电平期间持续使用所述开环控制系统一预定时间段之后进行转换。

35.如权利要求33所述的方法，其特征在于，还包括基于所述开环控制系统的输出使用所述开环控制系统来初始化所述闭环控制系统中的滤波器。

36.一种用于稳定放大器的稳定模块，包括：

第一控制模块，用于接收表示由所述稳定模块接收的输入信号的第一信号，用于生成可被用来通过使用开环控制例程修正所述输入信号的相位来使所述放大器的相位非线性度最小的第二信号，并用于发送可被用来将控制传递给第二控制模块的第三信号；以及

第二控制模块，用于生成可被用来通过使用闭环控制例程修正所述输入信号的所述相位来使所述放大器的相位非线性度最小的第四信号。

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