CN101051057B - 共用基准信号的方法和基准信号配置系统 - Google Patents

Abstract

用于向多个系统组件提供一共用基准信号的方法和基准信号配置系统。本发明涉及一种向一系统(1)的多个系统组件(2)提供一共用基准信号的方法，其中，用一基准信号发生器(5)生成一电输出基准信号(R_E1)，基于所述电输出基准信号(R_E1)生成多个光基准信号(R_O)。将所述光基准信号传输至所述各系统组件(2)，在所述各系统组件(2)上或在所述各系统组件(2)中，并在系统组件(2)上或者在系统组件(2)中分别基于传输过来的光基准信号(R_O)为相关系统组件(2)生成一电输入基准信号(R_E2)。此外，本发明还涉及一种相应的基准信号配置系统、一种基准信号发送装置(4)、一种具有多个系统组件(2)的电工系统(1)与一种用于所述系统(1)的系统组件(2)。

Description

共用基准信号的方法和基准信号配置系统

技术领域

本发明涉及一种共用基准信号的方法，应用于一电工系统的两个或两个以上系统组件。此外，本发明还涉及一种相应的基准信号配置系统，应用于向一电工系统的两个或两个以上系统组件提供一共用基准信号。除此之外，本发明还涉及一种基准信号发送装置、一种包括多个系统组件的电工系统和一种用于所述系统的系统组件。

背景技术

目前，很多电工系统，例如电工设备、电工部件或部件配置，都是模块式结构。这一点特别体现在像磁共振系统或计算机断层摄影系统这样的医疗工程系统上。

为使这些医疗工程系统的各组件能同时起作用，必须向这些组件发送适当的控制信号。例如欧洲专利EP 0350120A1中描述了如何用共用的开环和闭环控制单元控制一磁共振系统的不同磁场发生器和发送器/接收器接收和发送射频信号。通常借助一数据总线来实施这种控制。对此，德国专利DE 19722221A1所提供的解决方案是，上述总线部分通过一光总线而实现，其中，控制信号由一光纤传输，借此可避免电控制信号在射频范围内引起干扰。针对同一问题，美国专利US 5,869,966所提供的解决方案是，在一磁共振系统中借助一段光纤链路来将一用于开启和关闭一射频天线的开关信号从一控制设备传输至所述射频天线。同样是针对上述问题，德国专利DE 4200992A1所提供的解决方案是，先对接收到的磁共振信号进行处理，将其转化为光信号，随后以光学方式将其传输到位于射频区域以外的控制设备上。其中，通过非电方法，例如通过光信号或热能传递方法来提供在射频射频内进行信号处理所需的控制信号和能量。此外，德国专利DE 10148442C2还针对这种光纤传输提供了一种磁共振信号进行适当处理的方法。

此外，为实现各系统组件或模块在同步上的精确定时，往往需要一共用基准信号，例如一时钟信号。这一方面的典型例子是这样一种现代磁共振系统，其可通过对不同天线单元或模式进行分开启动来借助相关天线单元或用相关模式发送射频脉冲，或者借助所用天线单元或用所用的模式接收磁共振信号。为此需要为每个天线单元或每个模式配备一单独的收发器组件。这些收发器组件必须同步工作。

迄今为止，向一电工系统的各组件提供基准信号的常见做法是用一基准信号发生器来生成一适用的电基准信号，并经由电路径将这个电基准信号分配给多个组件。图1显示的就是这样一种传统基准信号配置系统的典型结构。基准信号一般用VCO(Voltage Controlled Oscillator，压控振荡器)生成，并被传输至一放大器，所述放大器将电基准信号传输至一所谓的“分配器”，基准信号在这个分配器中分离到N个期望的发送信道上，其中，N就是需要向其提供基准信号的系统组件的数量。基准信号一般通过同轴电缆从分配器传输到各组件上。每个系统组件均具有一选定的输入阻抗，所述输入阻抗在所用同轴电缆的末端起到电负载的作用。

上述分配方法具有各种缺点。一方面，如果需要向其提供基准信号的系统组件的数量较大，基准信号发生器就必须有很大的输出功率。此外，每个连接在一同轴传输线末端的负载，即每个系统组件，均有一定的反射系数。这会降低分配器输出端之间的电绝缘性，从而增加各系统组件之间发生串扰的风险。再者，多次反射会明显降低有待分配的基准信号的信号质量。此外，分配器输出端与各系统组件的输入端之间的距离不能太大，否则基准信号的最高允许频率会受到很大限制。因此，只有需要向其提供基准信号的系统组件的数量较小，并且这些组件优选配置在一外壳内，或尤其优选配置在一电路板上时，目前所用的方案才能较好地满足要求。而且，基准信号的频率几乎总是受到很大限制。因此就目前而言，一般都无法传输100MHz以上频率的基准信号。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种共用基准信号的方法和相应的装置，应用于一电工系统的两个或两个以上系统组件，即使需要向其提供基准信号的两个或两个以上系统组件相隔很远，通过所述方法和装置也能避免上述缺点。

根据本发明的方法，与现有技术相同，先用一基准信号发生器生成一电基准信号，特别是一时钟信号。这个信号在下文中称为“电输出基准信号”。随后基于所述电输出基准信号生成多个光基准信号，所述光基准信号可传输到各系统组件上。紧接着，在各系统组件上或在各系统组件中基于传输过来的光基准信号重新为相关系统组件生成电输入基准信号。其中，所述光信号可以是可见或不可见光频谱中的任意一种信号。

在使用本发明的方法时需要对基准信号进行两次转化。也就是说，先将电基准信号转化为一个或一个以上光基准信号，随后借助一光学分配系统将其分配给各系统组件，从而为每个系统组件提供一光基准信号，之后再将这其分配给各系统组件，从而为每个系统组件提供一光基准信号，之后再将这些光基准信号重新转化为可用于相关系统组件的电基准信号。因此，基准信号的整个传输过程可通过在光路上进行，例如借助光纤来进行。

这种操作方法具有多方面的优点。各系统组件可与基准信号发生器电绝缘，以此来避免不同模块之间的串扰现象。其次，与借助同轴电缆所进行的分配相比，光信号传输可在更长的距离上使用更高的基准信号频率。再者，不管向其提供基准信号的系统组件的数量如何，也不需要使用功率特别大的基准信号发生器。此外，特别对于磁共振系统而言，借助光纤进行的传输具有这样一个优点，即，灵敏的天线不会受到基准信号的干扰；反之，基准信号内也不会引入例如由用于切换梯度场的较强脉冲所引起的干扰。

本发明的一相应的基准信号配置系统首先需要一用于生成一电输出基准信号的基准信号发生器。其次，所述基准信号配置系统还必须包括一与所述基准信号发生器耦合的第一信号转换装置，所述第一信号转换装置的作用是基于电输出基准信号生成多个光基准信号。此外，所述基准信号配置系统还需要一用于向各系统组件分别传输一光基准信号的光纤系统和多个用于在各系统组件中分别基于传输过来的光基准信号为相关系统组件生成一电输入基准信号的第二信号转换装置。

因此，本发明的用于这样一种基准信号配置系统的基准信号发送装置需要：一用于生成电输出基准信号的相应的基准信号发生器；一与所述基准信号发生器耦合的、基于所述电输出基准信号生成多个光基准信号的第一信号转换装置；以及相应数量的可与所述光纤系统相连的光基准信号输出端。

此外，本发明还包括一种电工系统，所述电工系统特定而言为一医疗工程系统，特别为一计算机断层摄影系统或磁共振断层摄影系统，其具有多个系统组件与一本发明的基准信号配置系统。

本发明的可用于这种电工系统框架中的一系统组件具有一与所述光纤系统相连的、用于接收一光基准信号的输入端与一用于基于接收到的光基准信号为相关系统组件生成一电输入基准信号的第二信号转换装置。

从属权利要求和下述说明部分涉及的均是本发明的其它优选的改进方案与实施方案。其中，可对本发明的方法进行进一步改进，如有关所述基准信号配置系统的从属权利要求，反之亦然。同样，也可根据方法权利要求或基准信号配置系统的从属权利要求对本发明的基准信号发送装置、本发明的系统组件和本发明的电工系统进行改进。

根据一优选实施例，第一信号转换装置设计为可直接基于电输出基准信号生成多个平行发出的光基准信号。也就是说，电输出基准信号被直接转化为多个光基准信号。

上述实施例的一个特别简单的优选实施方案为：第一信号转换装置包括一具有多个发光元件的电路配置，所述电路配置以适当方式与基准信号发生器耦合，从而可根据电输出基准信号对发光元件进行操作来生成光基准信号。所述发光元件优选为发光二极管。举例而言，也可使用半导体激光器或其他可发射可见或不可见频谱内的光的元件。

根据一特别优选的建构方案，发光元件可串联在一起，并与一电源和一开关元件相连，使得当开关元件处于接通位置时，会有一电流流过发光元件。其中，所述开关元件与基准信号发生器采取这样的连接方式，即，开关元件可在电输出基准信号的作用下接通。这种方案的优点在于，无论需要工作的发光元件，例如通常情况下为受电流控制的发光二极管，的数量为多少，输出基准信号只需一较小的输出功率就可将开关元件接通。

为能尽可能精确地选定开关元件的接通时间，基准信号发生器与开关元件之间优选配置有一限压元件，例如一充当限压器工作的放大器或诸如此类的元件。

或者，也可将基于电输出基准信号生成的一光基准信号分成多个用于各系统组件的光基准信号。为此，基准信号配置系统必须设有一个或一个以上适用的光学信号分配器，其中，市场上可购得的信号分配器包括半透光反射镜、光纤信号分配器等。

借助这种光学信号分割可通过下述方法生成两个或两个以上光基准信号，即，在一信号分配器上分离出特定部分光，并且以级联形式将多个上述类型的信号分配器彼此相连。但也可以使用可将一输入的光信号直接分成两个以上分离光信号的信号分配器。

其中，也可使用某一类型的光学放大器，当由于频繁分离而使得信号的强度太低无法进一步传输时，所述类型的光学放大器可将光学信号再次放大。

根据一优选实施例，基准信号配置系统具有至少一个第二信号转换装置，其设计成可为相关系统组件生成一频率低于输出基准信号频率的输入基准信号。为此，所述第二信号转换装置优选可具有一分频器。

在此情况下，可由基准信号发送装置传输一频率高于各系统组件实际所需频率的基准信号。随后可在目的地对基准信号进行缩减，从而获得期望的基准信号频率。其优点是可以更好地抑制必然会一再出现的相位噪声。

可利用本发明的方法实现上述方案的主要原因是，如上文所述，借助一光学分配系统可以传输频率不是特别高的信号。

附图说明

下面借助附图所示的实施例对本发明作进一步说明，其中相同或相似组件用相同的参考符号表示：

图1为一现有技术的基准信号发送装置的框图，该基准信号发送装置能对电基准信号进行电分配；

图2为一本发明的基准信号配置系统的第一实施例的框图；

图3为图2所示的基准信号配置系统的基准信号发送装置的详图；以及

图4为一本发明的基准信号配置系统的第二实施例的示意框图。

参考符号表

1电工系统

1′电工系统

2系统组件

2′系统组件

3主机

4基准信号发送装置

4′基准信号发送装置

5基准信号发生器

6第一信号转换装置

6′第一信号转换装置

7光纤

7a光纤段

7b光纤段

8第二信号转换装置

9分频器

10发送单元

11接收单元

12电源

13开关

14发光元件

15放大器

16分光器

OA信号输出端

OE信号输入端

R_E1电信号

R_E2电信号

R₀光基准信号

具体实施方式

开篇论及迄今所用的基准信号配置系统的缺点时已对图1进行了详细说明。在这样一个传统系统中，由基准信号发生器生成并放大的基准信号在一分配器(splitter)中被分成所需数量的基准信号，随后通过同轴传输线将这些基准信号传输到各系统组件上。

而在本发明的系统(例如参见图2)中，由一基准信号发生器5生成的基准信号R_E1先在一第一信号转换器6中转化为许多光基准信号R_O，R_E1在此被称为“输出基准信号R_E1”。基准信号发生器5可以是一普通的VCO。

在图2所示的实施例中，第一信号转换装置6用于将输出基准信号R_E1直接转化为多个平行发送的光基准信号R_O。基准信号发送装置4包括基准信号发生器5和第一信号转换装置6，该基准信号发送装置具有相应数量的、可平行输出光基准信号R_O的光输出端OA。这些光基准信号R_O随后通过光纤7传输到各系统组件2上。

各系统组件2分别具有一用于接收光基准信号R_O的光信号输入端OE。输入的光基准信号R_O到达各系统组件后由一配置在各系统组件2中的第二信号转换装置8重新转化为电信号R_E2。第二信号转换装置8为此具有一合适的、例如带有一光电二极管的电路配置，所述电路配置基于接收到的光信号R_O生成一电信号R_E2，再将电信号R_E2相应放大并对其进行后处理。此处需注意，为避免信号之间出现相移，转换时应达到足够高的相稳定性，特别是信号边缘的相稳定性，并产生可再现的、规定的内部信号延迟。

在所示实施例中，包括各系统组件2在内的电工系统1为一磁共振系统1。需要基准信号的所示系统组件2是这个磁共振系统1的收发器组件2。收发器组件2通常具有一发送单元10，通过借助一(未图示的)天线或天线单元从所述发送单元发送一用于进行磁共振检测的高频信号，从而在一样本体积内感应一磁共振信号。另一方面，这些收发器组件2还分别具有一接收单元11，借助所述接收单元11可通过相关天线组件接收感应磁共振信号并对其进行预处理。

显然，在这样一个系统1中，不同收发器组件2之间的同步工作必须非常精确。为此，这些组件2会获得一由基准信号发生器5生成、并用本发明的方法传输到各收发器组件2上的基准信号。基准信号发送装置4例如包含在一主处理器3内，所述主处理器3还包括有磁共振断层摄影系统1的其他控制组件。基准信号发送装置4原则上也可配置在所述磁共振断层摄影系统的一其他组件内。此外，磁共振断层摄影系统1还具有这种系统1通常情况下所需的所有其他组件。由于这些必备组件像磁共振系统的工作方式一样为本领域技术人员所熟知，因而此处就不再对其进行详细说明和图示。如果系统还具有其他必须与收发器组件2同步工作的系统组件，则可以相同方式向这些组件传输基准信号。

在图2所示的实施例中，第二信号转换装置8还具有一分频器9。所述分频器的作用是使在第二信号转换装置8中生成的电输入信号R_E2具有比光基准信号R_O或最初的输出基准信号R_E1小九倍的频率。

举例而言，基准信号发生器5可生成一100MHz的输出基准信号R_E1。这个基准信号R_E1随后被转化为期望的光基准信号R_O，所述信号在各系统组件2中重新转化为一电输入基准信号R_E2时，其频率会降低至10MHz。这个电基准信号R_E2随后会在各收发器组件2中被传输给所述发送单元和接收单元，上述单元均用同一基准信号以已知方法工作，例如对发送信号进行升频转换处理，对接收信号进行降频转换处理。

图3对基准信号发送装置4的结构作了详细图示，对各个光基准信号R_O通过光纤7向系统组件内的第二信号转换装置8的传输只进行了粗略图示。第二信号转换装置8不必直接配置在系统组件2中，其也可以配置在系统组件2的附近。

基准信号发送装置4的核心组件是第一信号转换装置6，其在所示实施例中由许多串联发光二极管14构成，这些发光二极管一端与电源12相连，另一端与一开关13相连。开关13由基准信号发生器5所生成的电输出基准信号R_E1控制。然而，在此之前，这个输出基准信号R_E1还须接受一放大器15的放大处理，所述放大器同时还用作限制器15。在此情况下，可通过基准信号R_E1实现更精确的开关点。

电路元件13为一所谓的SPST(单刀单掷)开关，即一相对较快的晶体管开关。开关13闭合时，电流从电源12流经所有串联在一起的发光二极管14，从而产生一光信号。开关13断开时，发光二极管14内无光信号产生。借此可相应将电基准信号R_E1同时转化为多个平行的光基准信号R_O。

由各发光二极管14产生的光以普通方式耦合进光纤7内进行传输。在所示实施例中，光先被耦合进配置在基准信号发送装置4中的光纤段7a内，所述光纤段7a通向相应的光信号输出端OA。这些光信号输出端OA可以普通方式与一光纤7连接，从而将光信号R_O从信号输出端OA耦合至相关光纤7中。

各系统组件2可以相同方式分别设有可连接光纤7的光输入端OE。各系统组件2内分别配置有可将所述光输入端OE与第二信号转换装置8相连的光纤段7b。

图4显示本发明的一基准信号配置系统的一第二实施例。这个实施例与图2所示的基准信号配置系统的区别在于：基准信号发送装置4′内的第一信号转换装置6′只产生一个光基准信号R_O。这个光基准信号R_O随后分成多个光基准信号R_O。这一方案在图4所示的实施例中借助分光器16来实现，所述分光器实施为配置在系统组件2′中的部分透光的反射镜。也就是说，到达一系统组件2的光基准信号R_O的一部分被耦合出，然后作为光基准信号R_O传输到另一系统组件2上。只有较小部分的信号强度能实际到达相关组件2内的第二信号转换装置8，然后在第二信号转换装置8中转化为电输入基准信号R_E2。通过这种方法可将多个与基准信号传输相关的系统组件2以所谓的“菊花链”式连接起来。

最后还需指出的是，上文详细说明的方法和图示的基准信号配置系统及系统只是本发明的例示性实施例，本领域技术人员可在本发明范围内以各种方式对其进行改进。举例而言，附图所示的半透光反射镜形式的分光器16也可用光纤分光器代替。同样，分光器16也可配置在其他位置上，例如配置在基准信号发送装置4′内，并在分光器所在的位置上就用光学方式从一第一光基准信号R_O中耦合出多个光基准信号。同样，也可使用其他方法来直接从一电输出基准信号R_E1中生成多个光基准信号R_O。例如，也可将发光二极管并联，而不是像图3那样将发光元件或者发光二极管串联。然而，串联电路的优点在于，无须根据所用发光二极管的数量来为基准信号发生器选定输出功率。

上文借助一医学领域内的磁共振断层摄影系统举例对本发明进行了说明。但本发明也适用于其他任何一种需要为两个或者两个以上系统组件提供相同基准信号的应用领域或系统。

Claims (18)

1.一种共用基准信号的方法，应用于一系统(1，1′)的两个或两个以上系统组件(2，2′)其中，用一基准信号发生器(5)生成一电输出基准信号R_E1，基于所述电输出基准信号R_E1生成多个光基准信号R_O，将所述光基准信号传输至所述各系统组件(2，2′)，在所述各系统组件(2，2′)附近或在所述各系统组件(2，2′)中分别基于传输过来的光基准信号R_O为本系统组件(2，2′)生成一电输入基准信号R_E2。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于

将所述电输出基准信号R_E1直接转化为两个或两个以上光基准信号R_O。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

依据所述电输出基准信号R_E1操作两个或两个以上发光元件(14)生成所述多个光基准信号R_O。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

开关元件(13)闭合时，一电流流经两个或两个以上串联发光元件(14)，从而生成所述多个光基准信号R_O，而所述开关元件由所述电输出基准信号R_E1控制。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

用光学方法将基于所述电输出基准信号R_E1生成的一光基准信号R_O分成两个或两个以上光基准信号。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

生成一频率低于所述电输出基准信号R_E1的频率的电输入基准信号R_E2。

7.一种基准信号配置系统，应用于向一电工系统(1，1′)的两个或两个以上系统组件(2，2′)提供一共用基准信号，其包括

一用于生成一电输出基准信号R_E1的基准信号发生器(5)，

一与所述基准信号发生器(5)耦合的第一信号转换装置(6，6′)，其基于所述电输出基准信号R_E1生成多个光基准信号R_O，

一用于向所述各系统组件分别传输一光基准信号的光纤系统(7)，以及

多个用以在所述各系统组件(2，2′)附近分别基于传输过来的光基准信号R_O为本系统组件(2，2′)生成一电输入基准信号R_E2的第二信号转换装置(8)。

8.根据权利要求7所述的基准信号配置系统，其特征在于，

所述第一信号转换装置(6)设计为直接基于所述电输出基准信号R_E1生成多个光基准信号R_O。

9.根据权利要求8所述的基准信号配置系统，其特征在于，

所述第一信号转换装置(6)包括一具有多个发光元件(14)的电路配置，所述多个发光元件与所述基准信号发生器(5)耦合。

10.根据权利要求9所述的基准信号配置系统，其特征在于，

所述多个发光元件(14)彼此串联，并与一电源(12)和一开关元件(13)连接，当所述开关元件(13)闭合时，一电流流过所述多个发光元件(14)，所述开关元件(13)由所述电输出基准信号R_E1控制。

11.根据权利要求10所述的基准信号配置系统，其特征在于，

所述基准信号配置系统具有一配置在所述基准信号发生器(5)与所述开关元件(13)之间的限压元件(15)。

12.根据权利要求7至11中任一项所述的基准信号配置系统，其特征在于，

所述基准信号配置系统具有一用于分离一光基准信号R_O的分光器(16)。

13.根据权利要求7至11中任一项所述的基准信号配置系统，其特征在于，

所述多个第二信号转换装置(8)中的至少一个设计为生成一频率低于所述电输出基准信号R_E1的频率的电输入基准信号R_E2。

14.根据权利要求13所述的基准信号配置系统，其特征在于，

所述第二信号转换装置(8)具有一分频器(9)。

15.一种电工系统(1，1′)，所述电工系统具有多个系统组件(2，2′)，与一根据权利要求7至14中任一项所述的、用于向所述系统组件(2，2′)提供一共用基准信号的基准信号配置系统。

16.根据权利要求15所述的电工系统，其特征在于，

所述电工系统为一医疗工程系统。

17.根据权利要求16所述的电工系统，其特征在于，

所述电工系统为一计算机断层摄影系统或磁共振断层摄影系统。

18.一种基准信号发送装置(4，4′)，所述基准信号发送装置用于一根据权利要求7至14中任一项所述的基准信号配置系统，其特征在于，

所述基准信号发送装置具有

一用于生成一电输出基准信号R_E1的基准信号发生器(5)，

一与所述基准信号发生器(5)耦合的第一信号转换装置(6，6′)，其基于所述电输出基准信号R_E1生成多个光基准信号R_O，以及

多个用于发送所述光基准信号R_O的信号输出端OA。

Images