CN201541238U - 一种能降低低频噪声的磁共振成像mri系统前置放大器 - Google Patents

一种能降低低频噪声的磁共振成像mri系统前置放大器 Download PDF

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一种能降低低频噪声的磁共振成像MRI系统前置放大器属于射频电子放大器领域，其特征在于，含有砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管T1、接入所述晶体管T1栅极的输入匹配网络，接入所述晶体管T1和地之间的反馈网络，与所述输入匹配网络相连的直流偏置网络，以及与电源Vcc相连的滤波网络，所述滤波网络输出端和所述直流偏置网络的输入端相连，同时再经分压后与所述输出匹配网络的输入端相连。本实用新型在10MHz-100MHz的频带内绝对稳定，能在任意中心频率实现小于0.45dB的噪声系数和大于25dB的信号增益，而且带宽只有5MHz，有利于抑制MRI系统中频带外噪声对图像质量的影响，而且只有一级放大电路，易于设计和调试。

Description

一种能降低低频噪声的磁共振成像MRI系统前置放大器
技术领域
一种能降低低频噪声的磁共振成像MRI系统前置放大器，属于射频电子中的放大器领域。
背景技术
在现有的磁共振成像MRI系统低噪声前置放大器的设计中，低噪声晶体管通常是GaAsFET或HEMT，以获得低噪声和高增益性能。但这种晶体管在低频下过高的增益使其在低频下，特别是在小于50MHz的频段下，处于严重的潜在不稳定状态。GE公司的US4835485专利提供了目前唯一被公布的可工作在50MHz以下的低噪声放大器电路，该放大器是使用由两级放大电路构成的电路结构，其中第一级放大电路的功能是实现电路的噪声匹配以及对信号的初步放大，第二级电路的功能是为信号提供一定的增益，并且为第一级电路提供合适的负载阻抗，使整个电路稳定工作。通过调试，该放大器电路可以在15MHz到500MHz中的任意目标频率实现低噪声和绝对稳定。但是这种两极放大结构增加了电路的设计难度和成本，降低了其工作可靠性，并且该电路不适合使用在工作频率为12.6MHz的0.3T磁共振成像系统中。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种单级放大结构的低噪声前置放大器电路，以克服现有放大器设计难度和成本大、可靠性不高以及不适合工作在15MHz以下频段的缺点。
本实用新型的特性在于，含有一个型号为ATF-54143的砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(T1)，一个输入匹配网络，一个反馈网络，一个直流偏置网络，一个滤波网络以及一个输出匹配网络，其中，
输入匹配网络，实现对所述前置放大器的噪声匹配，含有：第一电容(C1)，第二电容(C2)，第三电容(C3)和第一电感(L1)，其中，
第一电容(C1)，第二电容(C2)和第一电感(L1)各有一端共连后接所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(T1)的栅极，第三电容(C3)的一端和所述第一电感(L1)的另一端相连，所述第二电容(C2)的另一端和第三电容(C3)的另一端共同接地，所述第一电容(C1)的另一端通过保护电路与输入端口(Input)连接所述保护电路由第一二极管(D1)和第二二极管(D2)构成，所述第一二极管(D1)的正极和第二二极管(D2)的负极共同接地，所述第一二极管(D1)的负极和第二二极管(D2)的正极相连后共同与所述第一电容(C1)的另一端和输入端口(Input)相连，
反馈网络，由第三电感(L3)构成，一端与所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(T1)的源极相连，而所述第三电感(L3)的另一端接地，
直流偏置网络，实现对所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(T1)的静态工作点的控制，含有：第一电阻(R1)，第二电阻(R2)，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，所述第一电感(L1)的另一端依次串联所述第四电阻(R4)和第一电阻(R1)后接地，所述第四电阻(R4)和第一电阻(R1)的串接点又依次串联第二电阻(R2)和第三电阻(R3)，而所述第三电阻(R3)的一端为所述直流偏置网络的输入端，
滤波网络，用于抑制直流电源(Vcc)引入所述磁共振成像MRI系统前置放大器的噪声，含有：第七电容(C7)，第八电容(C8)和第四电感(L4)，其中，所述第四电感(L4)的一端接所述直流电源(Vcc)，另一端通过并联的所述第七电容(C7)和第八电容(C8)接地，同时与所述第三电阻(R3)的所述直流偏置网络的输入端相连，
输出匹配网络，实现对所述MRI系统前置放大器的输出阻抗匹配，含有：第四电容(C4)，第五电容(C5)，第六电容(C6)，第五电阻(R5)和第二电感(L2)，其中：所述第四电容(C4)一端为所述输出匹配网络的输出端，另一端和所述第五电容(C5)，第二电感(L2)和第五电阻(R5)各自的一端相连后接砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(T1)的漏极，所述第六电容(C6)一端接地，另一端和所述第五电容(C5)，第二电感(L2)和第五电阻(R5)各自的另一端相连后接所述互相串联的第二电阻(R2)和第三电阻(R3)的串接处。
本实用新型的MRI系统低噪声前置放大器有如下优点：
1.本实用新型的低噪声放大器在10MHz-100MHz的频带内绝对稳定，通过调节输入输出匹配网络，可以在任意中心频率实现小于0.45dB的噪声系数和大于25dB的信号增益。
2.本实用新型的低噪声放大器的带宽小于5MHz，有利于抑制MRI系统中频带外噪声对图像质量的影响。
3.本实用新型的低噪声放大器只含有一级放大电路，设计和调试过程较为简单，并有助于降低成本。
附图说明
图1为本实用新型的低噪声放大器电路结构图。
图2为本实用新型的低噪声放大器结构框图。
图3为US4835485专利公布的低噪声放大器结构框图。
具体实施方式
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的，本实用新型的低噪声前置放大器含有：
一个型号为ATF-54143的砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管T1，所述的晶体管T1采用共源极结构组成电压串联负反馈放大器电路，对输入信号进行放大，其源极通过电感L3接地，其栅极通过输入匹配网络与输入端口Input和直流偏置网络连接；晶体管T1的漏极通过输出匹配网络与输出端口Output和直流偏置网络连接。
一个滤波网络，抑制直流电源引入电路的噪声，包括：电容C7，C8和电感L4，电容C7和C8并联，一端直接接地，其另一端通过电感L4与直流电源Vcc连接。
一个直流偏置网络，实现对晶体管的静态工作点的控制，包括：电阻R1，R2，R3和R4，电阻R1的一端直接接地，其另一端经电阻R4和电感L1与所述的晶体管T1的栅极连接，经电阻R2和电感L2与所述的晶体管T1的漏极连接，电阻R3的一端经所述的滤波电路与直流电源连接，另一端经电感L2与所述的晶体管T1的漏极连接。
一个输入匹配网络，实现对放大器的噪声匹配，包括：电容C1，C2，C3和电感L1，电容C1的一端通过保护电路与输入端口Input连接，另一端与所述的晶体管T1的栅极连接，电容C2的一端直接接地，另一端与所述的晶体管T1的栅极连接，电容C3的一端直接接地，另一端通过电感L1与所述的晶体管T1的栅极连接。
一个输出匹配网络，实现对放大器的输出阻抗匹配，并提高其稳定性，包括：电容C4，C5，C6，电感L2和电阻R5，电容C4的一端连接输出端口Output，其另一端与所述的晶体管T1的漏极连接，电容C5与电感L2、电阻R5并联，一端与晶体管T1的漏极连接，其另一端通过电容C6接地。
下面结合附图进一步说明其工作原理及对各元件参数的要求。
本实用新型的低噪声放大器结构框图如图2所示，本实用新型的低噪声放大器电路包括一个砷化镓高电子迁移率晶体管，一个反馈网络，一个滤波网络，一个直流偏置网络，一个输入匹配网络以及一个输出匹配网络。
本实用新型的低噪声放大器电路结构图如图1所示。
本实用新型的低噪声放大器采用晶体管T1源极接地过孔的杂散电感作为源极负反馈网络，在几乎不影响放大器噪声性能的情况下大幅提高其低频稳定性。由电容C7，C8和L4组成滤波网络，其中电容C7和C8分别为nF和pF量级，以确保该低通滤波电路在相当宽的频段内滤除电源噪声。由电阻R1，R2，R3和R4组成直流偏置网络，其中电阻R1与R2起到调节静态工作点的作用，电阻R3作为电阻负反馈，被用来抑制晶体管静态工作点的漂移，电阻R4是KOhm量级，其作用是抑制流入晶体管T1的栅极的直流电流。由电容C1，C2，C3和电感L1组成输入匹配网络，其中电容C1，C2和电感L1构成LC匹配网络，起到输入噪声匹配的作用，在达到最佳输入噪声匹配的情况下，放大器的噪声达到最小值，电容C3在工作频率下相当于短路，将直流回路与交流回路隔开。电感L1为单层间绕的线圈，其直径大于1.5cm，匝数小于10，其在12MHz时的品质因数接近200，有助于减小损耗，提高放大器的噪声性能。电感L1被单独封装在一个铜质的屏蔽盒中，以抑制该射频线圈接收到的MRI系统中电磁噪声干扰。由电容C4，C5，C6，电感L2和电阻R5组成输出匹配网络，其中电容C4，C5和电感L2构成LC匹配网络，起到输出增益匹配的作用，使放大器具有更好的输出驻波，电阻R5减小放大器的信号增益，起到提高放大电路稳定性的作用，电容C6被用来接地，并隔离直流回路和交流回路。

Claims (1)

1.一种能降低低频噪声的磁共振成像MRI系统前置放大器，其特征在于：含有一个型号为ATF-54143的砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(T1)，一个输入匹配网络，一个反馈网络，一个直流偏置网络，一个滤波网络以及一个输出匹配网络，其中，
输入匹配网络，实现对所述前置放大器的噪声匹配，含有：第一电容(C1)，第二电容(C2)，第三电容(C3)和第一电感(L1)，其中，
第一电容(C1)，第二电容(C2)和第一电感(L1)各有一端共连后接所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(T1)的栅极，第三电容(C3)的一端和所述第一电感(L1)的另一端相连，所述第二电容(C2)的另一端和第三电容(C3)的另一端共同接地，所述第一电容(C1)的另一端通过保护电路与输入端口(Input)连接，所述保护电路由第一二极管(D1)和第二二极管(D2)构成，所述第一二极管(D1)的正极和第二二极管(D2)的负极共同接地，所述第一二极管(D1)的负极和第二二极管(D2)的正极相连后共同与所述第一电容(C1)的另一端和输入端口(Input)相连，
反馈网络，由第三电感(L3)构成，一端与所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(T1)的源极相连，而所述第三电感(L3)的另一端接地，
直流偏置网络，实现对所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(T1)的静态工作点的控制，含有：第一电阻(R1)，第二电阻(R2)，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，所述第一电感(L1)的另一端依次串联所述第四电阻(R4)和第一电阻(R1)后接地，所述第四电阻(R4)和第一电阻(R1)的串接点又依次串联第二电阻(R2)和第三电阻(R3)，而所述第三电阻(R3)的一端为所述直流偏置网络的输入端，
滤波网络，用于抑制直流电源(Vcc)引入所述磁共振成像MRI系统前置放大器的噪声，含有：第七电容(C7)，第八电容(C8)和第四电感(L4)，其中，所述第四电感(L4)的一端接所述直流电源(Vcc)，另一端通过并联的所述第七电容(C7)和第八电容(C8)接地，同时与所述第三电阻(R3)的所述直流偏置网络的输入端相连，
输出匹配网络，实现对所述MRI系统前置放大器的输出阻抗匹配，含有：第四电容(C4)，第五电容(C5)，第六电容(C6)，第五电阻(R5)和第二电感(L2)，其中：所述第四电容(C4)一端为所述输出匹配网络的输出端，另一端和所述第五电容(C5)，第二电感(L2)和第五电阻(R5)各自的一端相连后接砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(T1)的漏极，所述第六电容(C6)一端接地，另一端和所述第五电容(C5)，第二电感(L2)和第五电阻(R5)各自的另一端相连后接所述互相串联的第二电阻(R2)和第三电阻(R3)的串接处。
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