CN1322679C - 用于压缩模拟信号的动态压缩器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于压缩模拟信号的动态压缩器，其具有若干串联的放大级(11)。其中，第一放大级(11)将待压缩的模拟信号作为输入信号，而其它放大级(11)分别将前一放大级的输出信号作为其输入信号。每个放大级(11)用级增益(v)将其输入信号放大直至其达到级极限电平(Pi)。该模拟信号和这些放大级(11)的输出信号都输入到一个加法级(12)中，以求和出一个和信号。该和信号的曲线的绝对值在最小电平之上约等于该模拟信号绝对值的幂特性曲线。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于压缩模拟信号的动态压缩器，其具有若干串联的放大级，
-其中，放大级的第一级将模拟信号作为输入信号，而其它放大级将前一放大级的输出信号作为其输入信号，
-其中，每个放大级用级增益将输入其中的输入信号放大后输出，直至由其输出的输出信号达到级极限电平，
-其中，该模拟信号和这些放大级的输出信号都输入到一个加法级，由此可输出一个和信号。
背景技术
磁共振接收信号的动态区域很大，但其在磁共振频率级上的相对带宽却很小。典型地是动态区域为大约100dB，而观察带宽为大约500kHz。由于较高的动态要求，尽管带宽相对小，信号处理仍然是开销很大的，并因此是成本很高的。因此，通过对磁共振信号进行压缩，然后再进行扩展(采用适当增高的带宽)可使成本下降，并特别是对于从局部线圈无线读出信号开辟了新的途径。
磁共振信号的扩展可在将磁共振信号数字化之后进行。由此可使其以相对较低的成本实现，例如通过对已经存在的存储校正值的存储器重新编程来实现。而压缩须对模拟磁共振信号进行。在此对特性曲线、相稳定性等的输入动态特性、定义以及可重现性都有很高的要求。此外，在无线读出信号时还要求动态压缩器所消耗的电流较少。
在UKW-Berichten(UKW报告)2/87，第66至87页中公开了一种按照分类的动态压缩器。这种动态压缩器的所有放大级都具有相同的级极限电平和相同的级增益。借助于这种动态压缩器可以实现对数特性曲线。
由Gerhard Dickopp和Ernst Schroeder所著“Der Telefunken-Kompander”(Rundfunktechnische Mitteilungen(广播技术通讯)年度22(1978)，卷2，第63至74页)公开了一种压缩模拟信号的动态压缩器，该动态压缩器具有若干相互串联的放大级。这些放大级中的第一级将模拟信号作为其输入信号，而其它放大级将其前一级的输出信号作为其输入信号。每个放大级用级增益将输入其中的输入信号放大后输出，直至由其输出的输出信号达到级极限电平。该动态压缩器具有对数控制特性曲线。
由DE 2842945 B2公开了一种具有指数控制特性曲线的动态压缩器。
对于对数压缩来说，随后的扩展是很麻烦的。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，以尽可能低的成本实现动态压缩器，使得过后的扩展能更简单地实施。本发明的技术问题是这样解决的，使和信号曲线的绝对值在最小电平之上约等于模拟信号绝对值的幂特性曲线(Potenzkennlinie)。
该幂特性曲线的指数当然须小于1。优选地，该指数位于0.2至0.5之间，特别是在0.3至0.35之间。特别具有优点的是一个为三分之一的值，即当该幂特性曲线为立方根时。
这种类型的特性曲线因此而尤其具有优点，因为其通过原始曲线并且是点对称的。因此一个信号的两个半波将被同样压缩。
在实际中，对任意小的信号的幂特性曲线须用有限上升的直线去接近。因为否则则须在零点附近进行无限高的放大。因此，将最小电平定义为，从线性区域转换到幂特性曲线区域的过渡电平。
幂特性曲线例如可以这样实现，即至少一个放大级的级增益不同于其它放大级的级增益，而这些放大级的级极限电平相互之间是相同的。
此外，还可以这样实现，即至少有一个放大级的级极限电平不同于其它放大级的级极限电平，而这些放大级的级增益相互之间是相同的。
当幂特性曲线这样实现时尤其具有优点，即所述放大级的级极限电平是成对地不同的。尤其是当级极限电平从第一放大级至最后放大级(尤其是等距离)单调下降时。
通常，使用的放大级越多，对幂特性曲线的近似就越好。另一方面随着使用的放大级数量的增加，当然也使电路技术的成本上升。一种较好的折衷是，该动态压缩器所具有的放大级在四个至十个之间，特别是在五个和八个之间，例如六个。
在下述情况下，放大级工作得尤其好，即每个放大级具有两个可持续控制的放大部件，其各具有一个控制连接端和两个主连接端，每个所述放大部件的一个主连接端通过一个其自身的限流电阻与电源电压相连接，其另一个主连接端通过公共稳流电源与基准电位相连接，引入这些放大级的输入信号被加在控制端，以及可在主连接端和限流电阻之间获得由这些放大级输出的信号。
当所有放大级的限流电阻都具有相同的电阻值，以及所有放大级的稳流电源都给出相互不同的恒定电流时，可使各放大级具有相对统一的结构。
另一种可能性是，所有放大级的限流电阻都具有相互不同的电阻值，以及所有放大级的稳流电源都给出相同的恒定电流。
当每个放大级的输入信号是分别对称引入的，以及每个放大级的输出信号是对称引入加法级的时，则可大大减少偶数失真。
当将加法级输入端设计成电流节点时，对各个放大级输出信号的求和尤其简单。根据对模拟信号与和信号之间的相位常数的要求，可以在加法级与放大级电路之间设置输入电阻、低通回路或移相网络(Allpaess)。
本发明的动态压缩器优选地用于磁共振线圈中，以对磁共振信号进行压缩。
附图说明
下面将结合附图和本发明的一种实施方式对本发明的其它优点和细节进行描述，在原理图中示出了：
图1示出了一个磁共振接收部分的简化示意图；
图2示出了一个动态压缩器的方框图；
图3详细示出了图2中动态压缩器的电路图。
具体实施方式
如图1所示，线圈装置的接收线圈1接收磁共振信号。该磁共振信号由一个谐振电容器2引出并通过前置放大器3输入到动态压缩器4。该模拟磁共振信号将通过动态压缩器4压缩。动态压缩器4给出一个(同样是模拟的)和信号，它相对于原始磁共振信号具有更小的动态范围。该和信号的曲线的绝对值在最小电平之上约等于该磁共振信号的曲线的绝对值的幂特性曲线。该幂特性曲线具有一个其值典型地介于0.2和0.5之间，特别是主要介于0.3和0.35之间的指数，例如为三分之一。
该和信号然后被引入调制器5，该调制器5将该和信号在高频载波信号上加以调制。该调制器的输出信号被引入发送装置6，并由该发送装置无线地发送给接收电路的接收装置7。
接收装置7接收的信号被送入解调器8，通过解调再现和信号。该和信号被输入给模拟-数字转换器9，该模拟-数字转换器9将该模拟的和信号数字化。该数字化的和信号被送入扩展器10，该扩展器10对由动态压缩器4压缩的信号进行补偿。由此得到的重新被扩展了的磁共振信号将被继续送到图中为清楚起见而未示出的部件进行进一步处理。
图1所示的线圈装置为局部线圈，因此它表示一个不是固定在磁共振装置中的、而是相对于其运动的磁共振线圈。
如图2和图3所示，动态压缩器4具有若干串联的放大级11。放大级11的数量一般在四个至十个之间。优选地为五至八个之间。按照所示实施方式，有六个放大级11。
按照图2和图3，第一放大级11将磁共振信号(以下称之为模拟信号)作为输入信号。其它放大级11分别将前一放大级11的输出信号作为其输入信号。每个放大级11用级增益v将输入其中的输入信号放大后输出，直至由其输出的输出信号达到级极限电平Pi(i＝1，...，6)。
该模拟信号和这些放大级(11)的输出信号都输入到一个加法级12中。加法级12对输入到其中的信号求和，并输出一个相应的和信号。
如上所述，借助于动态压缩器4可以实现幂特性曲线。这可以通过不同的措施实现。特别是例如可以这样实现，即使放大级11的级极限电平Pi相互相同，而使放大级11的级增益v相互之间不同。但根据本实施方式为放大级11的级增益v相互相同，而放大级11的级极限电平Pi则成对地不同。尤其是从第一放大级11至最后放大级11级极限电平Pi是等距离单调下降的。
按照实施方式下例成立：
Pi＝P6+(1-i/6)×D
其中，D为和信号的动力。级极限电平Pi和动力D在此用对数值来表示，例如用dB表示。
通过上述电路作为结果可以得到最大增益V，只要该模拟信号处于最下电平之下。该最大增益V在此等于级增益v的结果，按照本实施方式即等于级增益v的6次幂。超过最小电平之后，放大将逐级下降。有效放大作为待压缩模拟信号的函数可以容易地实现。然后可以将指数迭代地与所得出的函数相匹配。通常，所得出的指数比所期望的小。
如果上述过程不能满足要求，还可以附加地将级极限电平Pi也这样进行变换，以使它们不再是等距离的。
在端部的放大级11最好用对称差分放大器实现。这种差分放大器也用于许多对数压缩放大器。按照图3，这种放大级11具有两个放大部件13。放大部件13通常是晶体管13，各具有一个控制端(基极)和两个主连接端(发射极和集电极)。由于晶体管13的应用，对放大部件13可连续进行控制。
放大部件13的集电极通过一个其自身的限流电阻14与正电源电压U+相连接，放大部件13的发射极通过负反馈电阻15和公共稳流电源16与基准电位(大地)相连接。当前的输入信号通过耦合电容器17或耦合电感18对称地输入放大级11。输入信号明显地加在各放大级11的放大部件13的控制端。由各放大级11输出的输出信号可分别从集电极和限流电阻14之间获得。
显然，各放大级11的输出信号也是对称地输入到加法级12中的。可能发生的信号的偶数干扰在此也被很好地抑制了。
放大级11的小信号增益v通过限流电阻和负反馈电阻14，15的电阻值RC，RE、稳流电源16的电流I以及通过所谓的温度电压UT来确定。由下式得出：
v＝RC/(RE+2UT/I)
与级增益v相同的该小信号增益v对于所有放大级11应具有相同的值。这例如可以这样实现：所有放大级11的限流电阻14都具有相同的电阻值RC、由稳流电源16给出相互不同的恒定电流I并使用负反馈电阻15，以实现放大级11所要求的参数化。还可以这样实现：使限流电阻14的电阻值RC变化，而使恒定电流I相同并使用负反馈电阻15，以实现放大级11所要求的参数化。在此可以选择对所有放大级11设置负反馈电阻15。还可以将放大级11设计成，使最后一级放大级11不具有负反馈电阻15。
按照图3，加法级12的输入端是在基本电路中运行的晶体管19的发射极。因此，加法级12在输入端一侧被构成为电流节点。通过图3所示的加法级12的电流镜向电路(Stromspiegelschaltung)将电流半波按照符号相互迭加。
作为图示用于加法级12的晶体管电路的替代物，还可以例如使用一个运算放大器，在其反向的输入端输入各输出信号。
可以看出，所述模拟信号(即原始输入信号)和放大级11的输出信号通过移相网络20输入加法级12。借助于移相网络20可以实现对各级输出信号的延迟时间的很好的补偿。在相误差很小的情况下，也可用简单的低通回路替代移相网络20。如果不必对相移进行补偿，甚至还可以仅使用电阻。
图2和图3所示的本发明动态压缩器4中，还可以集成到一个局部线圈中。该局部线圈所需的电能非常少，以至在一段较长的时间内可用电池来驱动。
Claims (22)
1.一种用于压缩模拟信号的动态压缩器，其具有若干串联的放大级(11)，
-其中，放大级(11)的第一级将模拟信号作为输入信号，而其它放大级(11)分别将前一放大级的输出信号作为其输入信号，
-其中，每个放大级(11)用级增益(v)将输入其中的输入信号放大后输出，直至由其输出的输出信号达到级极限电平(Pi)，
-其中，该模拟信号和这些放大级(11)的输出信号都输入到一个加法级(12)中，由此可输出一个和信号，
其特征在于，该和信号的曲线的绝对值在最小电平之上约等于该模拟信号绝对值的幂特性曲线。
2.根据权利要求1所述的动态压缩器，其特征在于，所述幂特性曲线具有一个其值介于0.2和0.5之间的指数。
3.根据权利要求2所述的动态压缩器，其特征在于，所述幂特性曲线具有其值介于0.3和0.35之间的指数。
4.根据权利要求1或2所述的动态压缩器，其特征在于，至少有一个放大级(11)的级增益(v)不同于其它放大级(11)的级增益(v)，以及这些放大级(11)的级极限电平(Pi)相互之间是相同的。
5.根据权利要求1或2所述的动态压缩器，其特征在于，至少有一个放大级(11)的级极限电平(Pi)不同于其它放大级(11)的级极限电平(Pi)，以及这些放大级(11)的级增益(v)相互之间是相同的。
6.根据权利要求5所述的动态压缩器，其特征在于，所述放大级(11)的级极限电平(Pi)成对地不同。
7.根据权利要求6所述的动态压缩器，其特征在于，所述各级极限电平(Pi)从第一放大级(11)至最后一个放大级(11)是单调下降的。
8.根据权利要求7所述的动态压缩器，其特征在于，所述各级极限电平(Pi)从第一放大级(11)至最后一个放大级(11)是距离地单调下降。
9.根据权利要求1或2所述的动态压缩器，其特征在于，其所具有的放大级(11)在四个至十个之间。
10.根据权利要求9所述的动态压缩器，其特征在于，其所具有的放大级(11)在五个和八个之间。
11.根据权利要求1或2所述的动态压缩器，其特征在于，
-每个所述放大级(11)具有两个可持续控制的放大部件(13)，它们分别具有一个控制连接端和两个主连接端，
-每个所述放大部件(13)的一个主连接端通过一个其自身的限流电阻(14)与电源电压(U+)相连接，其另一个主连接端通过一公共稳流电源(16)与基准电位相连接，
-引入这些放大级(11)的输入信号被加在控制连接端，以及
-可在主连接端和限流电阻(14)之间获得由这些放大级(11)输出的信号。
12.根据权利要求11所述的动态压缩器，其特征在于，所有所述放大级(11)的限流电阻(14)都具有相同的电阻值，以及所有所述放大级(11)的公共稳流电源(16)都给出相互不同的恒定电流(I)。
13.根据权利要求11所述的动态压缩器，其特征在于，所有所述放大级(11)的限流电阻(14)都具有相互不同的电阻值，以及所有所述放大级(11)的公共稳流电源(16)都给出相同的恒定电流(I)。
14.根据权利要求12或13所述的动态压缩器，其特征在于，至少有一部分放大级(11)在公共稳流电源(16)和与之相连的主连接端之间设置了其自身的负反馈电阻(15)。
15.根据权利要求14所述的动态压缩器，其特征在于，对于最后的放大级(11)在公共稳流电源(16)和与之相连的主连接端之间没有设置其自身的负反馈电阻(15)。
16.根据权利要求11所述的动态压缩器，其特征在于，每个放大级(11)的输入信号是分别对称引入的，以及每个放大级(11)的输出信号对称引入加法级(12)。
17.根据权利要求1或2所述的动态压缩器，其特征在于，所述加法级(12)在输入端设计成电流节点。
18.根据权利要求17所述的动态压缩器，其特征在于，在所述加法级(12)和放大级(11)之间设置了输入电阻。
19.根据权利要求17所述的动态压缩器，其特征在于，在所述加法级(12)和放大级(11)之间设置了低通回路。
20.根据权利要求17所述的动态压缩器，其特征在于，在所述加法级(12)和放大级(11)之间设置了移相网络(20)。
21.根据权利要求1或2所述的动态压缩器，其特征在于，在所述加法级(12)后设置了一个用于将压缩后的磁共振信号无线传输给接收装置(7)的发送装置(6)。
22.根据权利要求1或2所述的动态压缩器，其特征在于，为了压缩磁共振信号将其用于磁共振线圈，尤其是局部线圈中。
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