CN103532547B - 频率调制器和具有频率调制器的磁共振断层造影仪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及频率调制器和具有频率调制器的磁共振断层造影仪。要呈现一种在具有直流能力的频率调制器（1）中如何能够无需大的开销而抑制共模干扰的解决方案。按照本发明的频率调制器（1）除了采用具有两个电容二极管（6,7）的第一二极管对之外，与之平行地还采用了具有另外两个电容二极管（16,17）的第二二极管对，并且除了用于接收第一调制信号的第一调制器输入端（2）之外，附加还提供了用于接收对称的第二调制信号（UM2）的第二调制器输入端（18）。两个二极管对耦接到振荡器单元（10）。

Description

频率调制器和具有频率调制器的磁共振断层造影仪
技术领域
本发明涉及一种用于提供频率调制的通信信号的频率调制器，特别是用于磁共振断层造影仪。频率调制器包括用于调制信号的调制器输入端，用于规定对于通信信号的频率调制，以及振荡器单元或者说振荡器电路，其构造为根据调制信号在振荡器输出端上产生频率调制的通信信号。具有两个互相串联的电容元件的容性元件对一方面耦接到振荡器单元另一方面与参考电势耦接。位于电容元件之间的节点与调制器输入端耦接，从而在该节点上可以提供调制信号。本发明还涉及一种具有这样的频率调制器的磁共振断层造影仪。
背景技术
目前兴趣集中在所谓的具有直流能力的频率调制器，其中频率调制器也可以将直流电压作为调制信号处理。本发明在此从如在图1中示出的频率调制器出发。该公知的并总体上用1标记出的频率调制器具有调制器输入端2，在该调制器输入端上连接了用于提供调制信号UM的与地不对称的调制源3。调制信号UM一般是交流信号，也就是交流电压。但是调制信号UM也可以在特定情况下是直流电压。调制器输入端2经过电阻4与节点5耦接，容性元件对的两个电容元件6、7与该节点相连。在此处示出的例子中，两个电容元件6、7构造为电容二极管，但是也可以例如通过可控的电容器构成，或者可以设置为，电容元件6、7中的一个通过电容二极管构成，而另一个电容元件通过简单的电容器构成。电容元件6、7在此互相反向串联，从而各自的阴极直接与节点5相连。电容二极管7的阳极与参考电势8直接相连，而电容二极管6的阳极与振荡器单元10的谐振器耦接。电容二极管6的阳极在此优选经过谐振器的线圈连接到参考电势8。替换地，当替换LC谐振器而使用石英谐振器时，与石英并联的、电容二极管6的阳极与参考电势8的连接就足够，也就是例如经过与石英并联的电阻。振荡器单元10与电容二极管6、7一起优选构成电压控制的振荡器（VCO,voltage-controlledoscillator）。振荡器单元10与参考电势8耦接并且具有振荡器输出端11，其与调制器输出端12耦接。在振荡器输出端11上，并且由此在调制器输出端12上提供了频率调制的通信信号UK。
振荡器单元10可以通过振荡器电路构成，其例如可以具有振荡器和振荡电路，例如LC振荡电路、石英振荡电路等。本发明在此不限于振荡器单元10的特殊构造。
在缺少调制信号UM的情况下，在调制器输入端2上施加偏置电压，其例如为2V，即关于参考电势8。由此两个电容二极管6、7始终在截止方向工作，因为在各自的阴极和对应的阳极之间降落正的电压。在缺少调制信号UM的情况下，由此通信信号UK的频率是恒定的。如果此时调制信号UM与在调制器输入端2上偏置电压叠加，例如在调制器输入端2上提供作为调制信号具有例如1V振幅的正弦信号，并由此提供了总共1V至3V的交流电压，则电容二极管6、7的电容和由此总VCO的振荡频率也改变。根据振荡器单元10上的交流电压US的可变的频率，相同的单元10然后产生通信信号UK，其频率与调制信号UM类似地改变。通信信号UK的频率调制因此通过借助调制源3产生的调制信号UM预先给出。
按照图1的频率调制器1虽然表示了具有直流能力的调制器，但是该频率调制器1也具有一定的缺陷：在按照图1的频率调制器1中不能抑制在调制路径中的共模干扰。如果此时例如存在耦合到在调制源3和节点5之间的导线上或者之前耦合到调制源3上的干扰电压或电流，则该干扰电压与调制信号叠加并且由此发生通信信号UK的不期望的调制。
在此，频率调制器实现一定的补救，其中在调制器输入端之前连接对称传输器，如例如在“M.Meinke,F.W.Gundlach:Taschenbuch der Hochfrequenztechnik,3.Aufl.1968,Abb.57.2,S.1373”中建议的那样。但是这样的频率调制器然后按照特性是不具有直流能力的，并且由此通过调制不能产生静态的或准静态的频率偏移。例如当要没有信息损失地传输振幅压缩的信号时，于是可能需要这样的频率偏移。对称传输器的采用还特别地在磁共振断层造影仪中证明是不利的，也就是当调制器在相对强的磁场中工作时。也就是说不可能具有铁芯或铁氧体芯。
在此，所谓的电流镜像可以实现另一种补救，其可以连接在调制器输入端之前。这样的电流镜像例如从“U.Tietze,Ch.Schenk:Halbleiterschaltungstechnik,9.Aufl.,Abb.7.18,S.140”中作为公知而获悉。但是这样的电路是相对开销大的，并且附加地还需要其他有源组件，所述有源组件具有与之相关的缺陷，特别是关于电流消耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，呈现一种在本文开头提到种类的频率调制器中如何能够无需大的开销而抑制共模干扰的途径。
相应地按照本发明建议，频率调制器除了第一调制器输入端之外还具有用于接收与第一调制信号对称的（特别是与地对称的）第二调制信号的第二调制器输入端以及与第一容性元件对并联的、具有两个互相串联的电容元件的第二元件对。位于第二元件对的电容元件之间的第二节点（优选经过电阻）与第二调制器输入端耦接，从而在第二节点上可以提供第二调制信号。
按照本发明也就是这样构造按照图1的频率调制器，即，与第一容性元件对并联地设置由两个串联的电容元件构成的第二容性元件对，所述电容元件与第二调制器输入端耦接，在所述第二调制器输入端上提供与第一调制信号对称的第二调制信号。以这种途径实现，利用对称的（与地对称的）调制源驱动频率调制器并且由此在调制源和振荡器之间提供两个对称的信号路径。这又实现了对共模干扰的可靠和有效抑制，由此可以防止错误的频率调制。由此不必采用附加的对称传输器或具有与之相关的关于损耗功率的缺陷的电流镜像。总体上按照本发明实现具有直流能力的频率调制器，其中附加地还无需太多开销抑制共模干扰。
优选地，第一元件对的至少一个电容元件和/或第二元件对的至少一个电容元件通过电容二极管构成。这些电容二极管能够以简单的方式借助施加的截止电压控制。
优选地，第一元件对的两个电容元件分别通过电容二极管构成，其中第一元件对的电容二极管互相反向串联。在此也可以设置，第二元件对的两个电容元件也通过各自的电容二极管构成，它们互相反向串联，并且它们以与第一元件对的电容二极管相反的极性连接到振荡器单元。由此对于振荡频率获得由两个单独的二极管对组成的并联电路，所述两个二极管对被耦接到振荡器单元并且由此影响整个振荡器电路的振荡频率。
优选地，第一和第二元件对的电容元件是相同组件类型的组件，并且特别地是相同的组件类型的电容二极管或者相同的二极管。由此一方面实现了所需的对称性；另一方面由此使得关于所需的组件类型的开销最小化。
优选地，第一元件对通过至少一个耦合电容器与第二元件对在振荡器单元的频带中耦接。特别地，在此设置两个这样的耦合电容器，即一方面是第一耦合电容器以及另一方面（也就是在参考电势的一侧）是第二耦合电容器。至少一个耦合电容器优选选择为，其表示高频短路，从而对于振荡器单元的振荡频率，至少一个耦合电容器将两个元件对互相短路，并且关于偏置电压，两个元件对互相电分离。在此优选有以下关系，即，至少一个耦合电容器的电容明显大于运行中的电容二极管的最大电容。因此通过采用这样的耦合电容器使两个元件对能够关于偏置电压互相可靠电分离。
频率调制器可以具有供电装置，利用所述供电装置将偏置电压提供到第一元件对的各个电容元件上和/或第二元件对的各个电容元件上。由此，对于可控的电容元件，可以无需太大开销而调节各自的电容元件的电容。如果电容元件构造为电容二极管，则这些二极管能够通过施加偏置电压始终处于截止方向工作。
按照一种实施方式，第二元件对的电容元件构造为电容二极管，其通过其阳极与第二节点（并且由此与第二调制器输入端）相连。然后可以借助供电装置将（关于参考电势的）电偏置电势提供到电容二极管的阴极上。此外，供电装置可以在第一和第二调制器输入端上提供（关于参考电势的）电输入电势。由此保证在所有电容二极管上降落在各自的阴极和各自的阳极之间的偏置电压并且所有的电容二极管始终处于截止方向工作。
如果在第二元件对的电容二极管的阴极上的偏置电势是在调制器输入端上的输入电势的两倍大，则在此证明是特别有利的。由此，所有的电容二极管被施加了在截止方向上的相同的偏置电压，并且保证了所需的对称性。由此还可以选择二极管特征曲线的尽可能线性工作区，并由此选择在频率改变和电容二极管上的调制电压改变之间的关系的线性区域。
调制信号在此特别地理解为交流信号或交流电压，其对于自身来看互相是与地对称的或关于参考电势（地）是对称的。这些调制信号可以具有从0Hz到预定的最大频率值的频率，例如直到500kHz的频率。在极端情况下，调制信号也可以是直流电压，其与各自的偏置电压或在调制器输入端上的各自的输入电势叠加。通过调制信号与输入电势的叠加在调制器输入端上提供信号，所述信号关于输入电势是对称的。
此外，一种具有按照本发明的频率调制器的磁共振断层造影仪也属于本发明。关于按照本发明的调制器介绍的优选实施方式及其优点相应地适用于按照本发明的磁共振断层造影仪。
本发明的其他特征从附图和附图描述中得到。所有前面在描述中提到的特征和特征组合以及后面在附图描述中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以按照分别给出的组合，而且可以按照另外的组合或单独使用。
附图说明
以下借助优选实施例以及参考附图详细解释本发明。其中，
图1按照示意图示出了按照现有技术的频率调制器，
图2示出了按照本发明的实施方式的频率调制器。
附图中相同的或功能相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
与按照图1的频率调制器1不同，按照图2的按照本发明的实施方式的频率调制器1附加地还具有包括了两个电容元件16、17的第二容性元件对，也就是在该实施例中具有第一和第二电容二极管16、17的二极管对，它们互相反向串联并且总体上对于振荡频率与第一二极管对6、7并联。频率调制器1附加地还具有第二调制器输入端18。调制源3此时构造为用于提供两个对于自身来看与地对称的（也就是关于参考电势8对称的）调制信号UM1、UM2。第二调制器输入端18通过电阻19与第二节点20耦接，该节点位于第二二极管对的两个电容二极管16、17之间。第二节点20在此与电容二极管16、17的各自的阳极直接相连。
电容二极管16的阴极通过第一耦合电容器21与电容二极管6的阳极耦接，并且电容二极管17的阴极通过第二耦合电容器22与参考电势8并且由此也与电容二极管7的阳极耦接。通过各自的电阻23、24，在第二二极管对的电容二极管16、17的阴极上借助相应的供电装置施加+U0的电偏置电势，例如4V。
两个对称调制器输入端2、18被持续地施加偏压为U0/2的电输入电势，从而例如成立：U0/2=2V。
通过偏置电势U0和输入电势U0/2由此得到，所有的电容二极管6、7、16、17以相同偏置电压U0/2在截止方向上被施加偏压。由此一方面得到所需的对称性；另一方面在截止方向上的电容二极管6、7、16、17可以通过合适选择U0和U0/2而在工作点工作，该工作点处于总体上非线性的二极管特征曲线的尽可能近似线性的区域。
耦合电容器21、22具有明显大于电容二极管6、7、16、17的最大电容的电容。两个耦合电容器21、22由此表示高频短路。相反地，电阻4、19、23、24的阻值选择为其表示高频空载。对于这些电阻4、19、23、24以下成立：Rv>>1/(ωCmin)，其中Rv表示电阻4、19、23、24的阻值，并且Cmin表示电容二极管6、7、16、17的最小电容，并且ω是振荡器单元10的、每个调制最小的角频率。
两个调制器输入端2、18由此被持续施加偏压为U0/2的输入电势。在缺少调制信号UM1、UM2的情况下，在调制器输入端2、18上由此分别施加U0/2的输入电势（例如2V）。如果调制源3提供对于自身来看与地对称的调制信号UM1、UM2，则所述调制信号UM1、UM2与U0/2的输入电势叠加。因为两个调制信号UM1、UM2对于自身来看是与地对称的信号，所以在节点5、20上获得各自的信号，所述信号关于U0/2的偏置电压是互相对称的。因为在电容二极管16、17的阴极上始终提供U0的偏置电势，所以所述电容二极管16、17始终在截止方向工作。因为此外电容二极管6、7的阳极位于参考电势8，所以所述电容二极管6、7也始终在截止方向工作。
在缺少调制信号UM1、UM2的情况下，由此在第一和第二调制器输入端2、18上分别施加输入电势U0/2，从而通信信号UK的频率保持恒定。如果此时调制器输入端2、18上的输入电势U0/2与各自的与地对称的调制器信号UM1、UM2叠加，则在节点5上以及在节点20上都获得各自的电压，其关于电势U0/2是互相对称的。如果U0例如等于4V，并且与U0/2叠加的调制电压的振幅例如为1V，则在节点5上的电压例如在1V和3V之间改变，并且同时在节点20上的电压相反地从3V至1V改变。由此电容二极管6、7和16、17的电容也以相同的方式改变，并且由此在振荡器单元10的接头上的电压US的频率也改变。振荡器10然后产生具有相应改变的频率的通信信号UK。
为了将两个调制器输入端2、18加偏压到的输入电势U0/2，并且为了提供偏置电势U0，频率调制器1具有相应的供电装置，其例如也集成在调制源3本身中，或者也可以作为单独的源提供。

Claims (12)

1.一种用于提供频率调制的通信信号(UK)的频率调制器(1)，包括：
-用于第一调制信号(UM1)的第一调制器输入端(2)，用于规定对于通信信号(UK)的频率调制，
-与第一调制器输入端(2)耦接的振荡器单元(10)，其构造为根据第一调制信号(UM1)在振荡器输出端(11)上产生频率调制的通信信号(UK)，和
-具有两个互相串联的电容元件(6,7)的第一容性元件对，第一容性元件对的第一元件耦接到振荡器单元(10)，第一容性元件对的第二元件与参考电势(8)耦接，其中，位于电容元件(6,7)之间的第一节点(5)与第一调制器输入端(2)耦接，从而在该第一节点(5)上可以提供第一调制信号(UM1)，
其特征在于，
所述频率调制器(1)具有用于接收与第一调制信号(UM1)对称的第二调制信号(UM2)的第二调制器输入端(18)以及与第一容性元件对并联的、具有两个互相串联的电容元件(16,17)的第二容性元件对，其中，位于所述第二容性元件对的电容元件(16,17)之间的第二节点(20)与第二调制器输入端(18)耦接，从而在第二节点(20)上能够提供第二调制信号(UM2)，其中第二容性元件对的第一元件耦接到振荡器单元(10)，第二容性元件对的第二元件与参考电势(8)耦接。
2.根据权利要求1所述的频率调制器(1)，其特征在于，所述频率调制器(1)用于磁共振断层造影仪。
3.根据权利要求1所述的频率调制器(1)，其特征在于，所述第一容性元件对的至少一个电容元件(6或7)和/或所述第二容性元件对的至少一个电容元件(16或17)通过电容二极管构成。
4.根据权利要求3所述的频率调制器(1)，其特征在于，
-所述第一容性元件对的两个电容元件(6,7)分别通过电容二极管(6,7)构成，其中所述第一容性元件对的电容二极管(6,7)互相反向串联，并且
-所述第二容性元件对的两个电容元件(16,17)通过各自的电容二极管(16,17)构成，它们互相反向串联，并且它们以与所述第一容性元件对的电容二极管(6,7)相反的极性连接到振荡器单元(10)。
5.根据权利要求1、2或3所述的频率调制器(1)，其特征在于，所述第一容性元件对和第二容性元件对的电容元件(6,7,16,17)是相同组件类型的组件。
6.根据权利要求5所述的频率调制器(1)，其特征在于，所述第一容性元件对和第二容性元件对的电容元件(6,7,16,17)是相同的组件类型的二极管。
7.根据权利要求1、2或3所述的频率调制器(1)，其特征在于，所述第一容性元件对(6,7)通过至少一个耦合电容器(21,22)与所述第二容性元件对(16,17)耦接。
8.根据权利要求1所述的频率调制器(1)，其特征在于，所述频率调制器(1)具有供电装置，用于将偏置电压(U0/2)提供到所述第一容性元件对的各个电容元件(6,7)上和/或所述第二容性元件对的各个电容元件(16,17)上。
9.根据权利要求8所述的频率调制器(1)，其特征在于，所述第二容性元件对的电容元件(16,17)构造为电容二极管(16,17)，其通过其阳极与第二节点(20)相连，并且所述供电装置构造为在该电容二极管(16,17)的阴极上提供电的偏置电势(U0)。
10.根据权利要求8或9所述的频率调制器(1)，其特征在于，所述供电装置构造为在所述第一和第二调制器输入端(2,18)上提供电的输入电势(U0/2)。
11.根据权利要求10所述的频率调制器(1)，其特征在于，所述偏置电势(U0)是所述输入电势(U0/2)的两倍大。
12.一种具有按照权利要求3至11中任一项所述的频率调制器(1)的磁共振断层造影仪。
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