CN201615943U - 高磁场共振系统射频信号发生器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高磁场共振系统射频信号发生器，PC机通过串口模块与CPLD模块进行通信，键盘部分输出信号输入到CPLD模块，同时CPLD模块将处理后信息通过LCD显示模块实时显示，CPLD模块控制DDS模块直接输出高频的信号，高频信号经滤波电路滤波后送放大电路。此射频信号发生器性能优良，控制精确，最高可产生400MHz的高频射频脉冲，无杂散动态范围(SFDR)达到-86dBc，频率分辨率可达0.23Hz，相位分辨率可达0.005°，振幅分辨率达到6×10-5电路简单，调制高频脉冲无需配置额外的存储芯片来存储波形的振幅数据，减少了电路复杂度，降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种射频信号发生器，特别涉及一种基于可编程逻辑芯片和频率合成器的高磁场共振系统射频信号发生器。
背景技术
频率源是通信、电子、雷达、磁共振等系统实现高性能指标的关键，很多现电子设备和系统的功能都直接依赖于所用频率源的性能。在磁共振成像系统中对射频脉冲的宽度、频率、相位有严格的要求，激发脉冲的中心频率是否稳定精确，频率切换相位是否连续，切换速度是否快捷，很大程度上决定了谱图或者图像的质量，因此频率源可以说是磁共振成像系统的“心脏”。随着磁共振成像技术的不断发展，对信号源、频率源的频率稳定度、频谱纯度、频率范围、输出频率的个数提出了越来越高的要求。目前，在低场谱仪和成像系统中，基于频率合成器(DDS)直接射频输出的频率源得到了广泛应用.而由于受技术所限，以往DDS芯片的输出频率较低，输出杂散大，频率稳定性差，受此影响DDS技术难以应用到高场MRI系统中，为解决此问题，已有的频率合成技术多采用对DDS输出信号的频率进行倍频，混频等来获得，由于大量的倍频、混频、滤波等电路，频率源的构成十分复杂，而且由于器件增多造成的输出端的谐波、噪声及寄生频率难以抑制。
发明内容
本实用新型是针对现在高磁场共振系统DDS技术运用困难的问题，提出了一种高磁场共振系统射频信号发生器，采用专用的频率合成器DDS芯片及外围信号处理电路作为核心构成核磁共振信号源电路，以可编程逻辑芯片(CPLD)为核心构成控制与运算电路，产生高频低杂散的核磁脉冲，解决高磁场共振系统的DDS技术应用。
本实用新型的技术方案为：一种高磁场共振系统射频信号发生器，包括PC机、串口模块、CPLD模块、DDS模块、LCD显示模块、键盘部分、滤波电路、放大电路，PC机通过串口模块与CPLD模块进行通信，键盘部分输出信号输入到CPLD模块，同时CPLD模块将处理后信息通过LCD显示模块实时显示，CPLD模块控制DDS模块直接输出高频的信号，高频信号经滤波电路滤波后送放大电路。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型高磁场共振系统射频信号发生器，性能优良，控制精确。最高可产生400MHz的高频射频脉冲，无杂散动态范围(SFDR)达到-86dBc，频率分辨率可达0.23Hz，相位分辨率达到0.005°，振幅分辨率达到6×10-5；电路简单，调制高频脉冲无需配置额外的存储芯片来存储波形的振幅数据，减少了电路复杂度，降低了成本。
附图说明
图1为本实用新型高磁场共振系统射频信号发生器结构示意框图；
图2为本实用新型现有技术示意图；
图3为本实用新型高磁场共振系统射频信号发生器中DDS和CPLD芯片连接图。
具体实施方式
如图1所示高磁场共振系统射频信号发生器结构示意框图，由PC机1、串口模块2、CPLD模块4、DDS模块5、LCD显示模块3、键盘部分8、滤波电路6、放大电路7构成。系统控制部分采用高性能可编程逻辑CPLD芯片，可以选择单板模式或是基于PC机模式，在单板模式下，还可以对信号振幅相位频率进行设置，同时在LCD中显示当前的设置，基于PC机模式下，PC端上位机软件通过串口模块与电路板上的CPLD模块4进行通信，同时CPLD模块4将信息通过LCD显示模块3实时显示当前产生的波形频率振幅相位等信息。
图2所示为现有技术示意图，已有的采用DDS方案的频率源中，在实现波形调制的方法上，往往多采用数字调幅或者采用乘法器与调制信号相乘之后输出。在第一种方案下，由于振幅控制字多在12-16位或者更高，而相关DDS的芯片接口速度大多在MHz的数量级，故每修改一次振幅控制字则需要数个微妙，再加上控制器对芯片的读写时间，调制一次振幅需要数十个微妙的数量级，当采样频率要求提高时，往往需要调制大量的波形点，这样就无法产生高频的信号。第二种方案，往往需要两路输出信号，一路通过控制器的作用下将SDRAM中的数据送往DAC，经过DA输出后与另一路DDS产生的高频信号进行相乘，以此实现高频信号的幅度调制，该方法受限于存储器的存储容量，在输出高频脉冲信号时，必然需要存储大量的振幅数据，且需要引入乘法器，DA等芯片，增加了成本以及电路复杂性。而本方案采用CPLD作为控制器，控制高性能的DDS芯片(AD9910)直接输出高频的信号，仅需要输出一路波形，直接在DDS内部对其进行数字域幅度调制，同时具有OSK，DRG，RAM等多种调制模式，简化了以往设计的复杂性。
本实用新型的CPLD和DDS间采用SPI三线模式。如图3所示，SCLK为CPLD对DDS的控制时钟线，SDO为DDS的SPI输出端，SDIO为DDS的SPI输入端，CS为片选信号。在完成一个寄存器的读写操作之后，需要IO_UPDATE信号的上升沿触发，才最终完成该次读写操作。
DDS内部可以选择单频模式、RAM调制模式、DRG模式等。在单频模式下，可以选择自动或手动OSK方式，对输出信号的幅度进行调制，当设置OSK ENABLE管脚为高电平时，OSK采用手动模式，这时CPLD通过控制DDS内部的ASF寄存器中相应值，来控制DDS输出信号的振幅，从而调制出不同波形的信号。在此方式下进行的幅度调制速度上受限于DDS的串口速度或者控制芯片的读写速度，DDS的串口速度可以达到70Mb/s。在进行高速调制时多采用下面的DRG或RAM模式。
在DRG模式下，可以通过设置相应的控制字来实现对振幅频率相位的扫描输出。若设置为扫描振幅，则可通过CFR1，CFR2，CFR3来设置步进大小，时间间隔，输出范围的上限和下限等，在IO_UPDATE信号使能之后即可按照设置进行输出。在此模式下，通过CPLD控制DDS的DRCTL，从而控制波形的上升，下降，当DRCTL为高电平时，DDS将按照前面设定的输出范围上下限以及步进大小，时间间隔等进行波形的输出，DRHOLD可以使得输出波形保持当前的状态，通过在CPLD中采取合适的时序逻辑控制，可以灵活高效的产生所需的波形。
在RAM调制模式下，RAM中的存储内容可以映射为振幅相位频率或者振幅和相位的组合，通过AD9910的CFR1，CFR2，CFR3寄存器来进行选择控制，首先将CFR1的31位(RAM Enable)为0，再设置好RAM中地址的边界范围，然后将要存储的数据依次写入RAM中。完成上述操作之后，重新设置CFR1的31位(RAM Enable)为1，这样DDS就可以输出指定内容的波形。由于RAM中的数据是可以随意设置的，这就实现了对振幅相位频率的非线性扫描输出。另外通过CPLD对DDS的Profile0，Profile1，Profile2脚的控制，可以产生8中不同的状态，从而控制8路信号高速切换。DDS输出高频信号经滤波电路滤波后送放大电路。
Claims (1)
1.一种高磁场共振系统射频信号发生器，包括PC机、串口模块、CPLD模块、DDS模块、LCD显示模块、键盘部分、滤波电路、放大电路，其特征在于，PC机通过串口模块与CPLD模块进行通信，键盘部分输出信号输入到CPLD模块，同时CPLD模块将处理后信息通过LCD显示模块实时显示，CPLD模块控制DDS模块直接输出高频的信号，高频信号经滤波电路滤波后送放大电路。
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| CN2010200330352U CN201615943U (zh) | 2010-01-14 | 2010-01-14 | 高磁场共振系统射频信号发生器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102073032A (zh) * | 2010-11-02 | 2011-05-25 | 中国兵器工业第二○六研究所 | 多波形雷达信号的模块化产生方法 |
| CN104932379A (zh) * | 2015-06-12 | 2015-09-23 | 中国电子科技集团公司第四十一研究所 | 一种微波湿度密度检测仪中跳频信号源的实现方法 |
| CN109450444A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-08 | 成都前锋电子仪器有限责任公司 | 一种基于dds高性能宽频信号源 |
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