CN209860890U

CN209860890U - 一种用于核磁共振的射频发射电路

Info

Publication number: CN209860890U
Application number: CN201920682512.9U
Authority: CN
Inventors: 李春林
Original assignee: Yangtze University
Current assignee: Yangtze University
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2019-12-27
Anticipated expiration: 2029-05-14

Abstract

本实用新型提出了一种用于核磁共振的射频发射电路，通过在DDS信号源中设置频率合成器和数模转换器，频率合成器可以使输出的射频信号频率稳定性高，频率分辨率高，同时输出频率范围宽，可以有效地满足核磁共振系统对信号源的要求；数模转换器可以准确快速地定位最佳的核磁共振信号的频率点；通过在功率放大器中设置一级放大电路和二级放大电路，通过一级放大电路对DDS信号源输出信号进行预放大，保证波形具有较小的失真度，保证DDS信号源输出信号可以无衰减地传输至二级放大电路；通过二级放大电路，可以使DDS输出信号的功率满足驱动线圈所需的功率。

Description

一种用于核磁共振的射频发射电路

技术领域

本实用新型涉及核磁共振领域，尤其涉及一种用于核磁共振的射频发射电路。

背景技术

射频电路是核磁共振的基础，它能提供电磁波所需的射频信号，随着核磁共振技术朝着数字化和微型化发展的重要趋势，对射频电路的要求也日益提高，同时要求射频信号具有频率稳定度高、相位噪声低、频率分辨率高等特性，射频电路具有集成度高、体积下、成本低等特征，因此，为满足射频电路数字化和微型化的要求，本实用新型提供一种频率稳定度高、频率分辨率高和体积小的射频反射电路。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了一种频率稳定度高、频率分辨率高和体积小的射频反射电路。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种用于核磁共振的射频发射电路，其包括单片机、DDS信号源、选层包络发生器、混频器、功率放大器和线圈，功率放大器包括一级放大电路和二级放大电路；

DDS信号源与混频器的本振信号输入端电性连接，选层包络发生器与混频器的中频信号输入端电性连接，混频器的射频信号输出端、一级放大电路、二级放大电路和线圈顺次电性连接，单片机分别与DDS信号源和选层包络发生器电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，一级放大电路包括运算放大器、电阻R50-R57、电容C112-C114、MOS管Q7-Q8、三极管Q9；

运算放大器的同相输入端与混频器的射频信号输出端电性连接，电阻R50的一端与运算放大器的同相输入端电性连接，电阻R50的另一端接地，运算放大器的反相输入端与运算放大器的输出端电性连接，运算放大器的输出端通过电容C112与MOS管Q7的栅极电性连接，MOS管Q7的栅极通过电阻R51与电源电性连接，MOS管Q7的源极通过电阻R56与电源电性连接，MOS管Q7的漏极通过电阻R52与三极管Q9的集电极电性连接，MOS管Q7的源极通过电容C113与MOS管Q8的源极电性连接，MOS管Q8的源极通过电阻R53与三极管Q9的集电极电性连接，MOS管Q8的漏极通过电阻R57与电源电性连接，MOS管Q8的栅极通过电容C114接地，MOS管Q8的通过电阻R55与电源电性连接，三极管Q9的发射极通过电阻R54接地，三极管Q9的基极与电源电性连接。

进一步优选的，二级放大电路包括MOS管Q10-Q11、电阻R58-R62、电容C115、电容C116、电感L41-L43、二极管D6和二极管D7；

MOS管Q10的栅极与MOS管Q7的漏极电性连接，MOS管Q10的栅极通过电阻R60与电源电性连接，MOS管Q10的源极通过电阻R58接地，MOS管Q10的漏极通过电感L42与电源电性连接，MOS管Q10的漏极通过串联的电容C116和电感L40分别与二极管D6的正极和二极管D7的负极电性连接，二极管D6的负极和二极管D7的正极均通过电阻R62接地，MOS管Q11的栅极与MOS管Q8的漏极电性连接，MOS管Q11的栅极通过电阻R61与电源电性连接，MOS管Q11的源极通过电阻R59接地，MOS管Q11的漏极通过电感L43与电源电性连接，MOS管Q11漏极通过串联的电容C115和电感L41接地。

在以上技术方案的基础上，优选的，DDS信号源包括相互连接的频率合成器和数模转换器；

单片机分别与频率合成器和数模转换器电性连接，频率合成器与混频器的本振信号输入端电性连接。

进一步优选的，单片机为STC12C5A60S2。

进一步优选的，频率合成器为AD9851频率合成器。

进一步优选的，数模转换器为TLC5615数模转换器；

AD9851频率合成器的R_SET引脚与TLC5615数模转换器的OUT引脚电性连接，AD9851频率合成器的D0～D7引脚分别与STC12C5A60S2的P2口的I/O引脚一一对应电性连接，AD9851频率合成器的W_CLK、FQ_UD、REFCLK、VOUTP和RESET引脚分别与STC12C5A60S2的P3.7、P3.6、XTAL2、P3.5和P5.1引脚一一对应电性连接，TLC5615数模转换器的CS、DIN和SCLK引脚分别与STC12C5A60S2的P3.2～P3.4引脚一一对应电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，混频器为TUF-1LH。

在以上技术方案的基础上，优选的，选层包络发生器包括顺次电性连接的波形存储器、D/A转换器和低通滤波器；

波形存储器和D/A转换器分别与单片机电性连接，低通滤波器与混频器的中频信号输入端电性连接。

进一步优选的，还包括移相器和正交调制器；

移相器分别与频率合成器和正交调制器电性连接，正交调制器分别与频率合成器和混频器的本振信号输入端电性连接。

本实用新型的一种用于核磁共振的射频发射电路相对于现有技术具有以下

有益效果：

(1)通过在DDS信号源中设置频率合成器和数模转换器，频率合成器可以使输出的射频信号频率稳定性高，频率分辨率高，同时输出频率范围宽，可以有效地满足核磁共振系统对信号源的要求；数模转换器可以准确快速地定位最佳的核磁共振信号的频率点；

(2)通过在功率放大器中设置一级放大电路和二级放大电路，通过一级放大电路对DDS信号源输出信号进行预放大，保证波形具有较小的失真度，保证DDS信号源输出信号可以无衰减地传输至二级放大电路；通过二级放大电路，可以使DDS输出信号的功率满足驱动线圈所需的功率；

(3)整个电路可以实现DDS信号源输出信号的频率稳定度高以及频率分辨率高，通过功率放大器放大DDS信号源的输出功率，使DDS信号源输出信号可以以较小的失真度传输至线圈。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种用于核磁共振的射频发射电路的结构图；

图2为本实用新型一种用于核磁共振的射频发射电路中单片机的引脚图；

图3为本实用新型一种用于核磁共振的射频发射电路中频率合成器的电路图；

图4为本实用新型一种用于核磁共振的射频发射电路中一级功率放大电路的电路图；

图5为本实用新型一种用于核磁共振的射频发射电路中二级功率放大电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种用于核磁共振的射频发射电路，其包括单片机、频率合成器、选层包络发生器、混频器、功率放大器、线圈、移相器和正交调制器，频率合成器、移相器、正交调制器、混频器的本振信号输入端顺次电性连接，选层包络发生器与混频器的中频信号输入端电性连接，混频器的射频信号输出端和功率放大器电性连接。

如图2所示，本实施例中采用的单片机为STC12C5A60S2，STC12C5A60S2具有单时钟周期、高速、低功耗、超强抗干扰的特点，并且内置4路PWM以及8路高速10位A/D转换。

频率合成器，产生正交的高频信号。在本实施例中，如图3所示，频率合成器包括AD9851频率合成器和TLC5615数模转换器；具体的，AD9851频率合成器的R_SET引脚与TLC5615数模转换器的OUT引脚电性连接，AD9851频率合成器的D0～D7引脚分别与STC12C5A60S2的P2口的I/O引脚一一对应电性连接，AD9851频率合成器的W_CLK、FQ_UD、REFCLK、VOUTP和RESET引脚分别与STC12C5A60S2的P3.7、P3.6、XTAL2、P3.5和P5.1引脚一一对应电性连接，TLC5615数模转换器的CS、DIN和SCLK引脚分别与STC12C5A60S2的P3.2～P3.4引脚一一对应电性连接，AD9851频率合成器以及TLC5615数模转换器的外围电路如图3所示，属于现有技术，在此不再累述。本实施例采用的AD9851频率合成器产生的高频激励信号的频率分辨率高，频率切换速度快，输出的正交信号相位差精确，另外，AD9851频率合成器内部包括可编程DDS系统、高性能DAC及高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成和时钟发生，AD9851频率合成器采用DDS技术，以数字振荡器的形式产生频率/相位可变的正弦波，经内部10位的高速数/模转换输出模拟信号，片内高速比较器可以将模拟正弦波信号转变为稳定的TTL/CMOS兼容的方波输出；TLC5615数模转换器可以使频率合成器输出幅度可调，具体实现方式为，单片机控制TLC5615数模转换器的输出电压在0～1.2V范围内可调，进而调节AD9851频率合成器的1OUT和2OUT引脚输出电流，进而实现输出幅度可调。

在本实施例中，射频发送电路还包括移相器和正交调制器，其中，移相器对AD9851频率合成器输出的高频激励信号进行相位调制，正交调制器对进过相位调制的高频激励信号进行幅度调制，使AD9851频率合成器输出的高频激励信号具有稳定的中心频率。

选层包络发生器，用于产生选层包络信号，高频激励信号决定中心频率的大小，选层包络波形决定带宽的宽度，由高频激励信号和选层包络信号混频得到具有一定带宽的射频信号。在本实施例中，选层包络发生器包括顺次电性连接的波形存储器、D/A转换器和低通滤波器；具体的，波形存储器和D/A转换器分别与单片机电性连接，低通滤波器与混频器的中频信号输入端电性连接。在本实施例中，由于受单片机内部存储空间的限制，需要将产生的波形数据存储在外部的波形存储器中，当需要输出波形时，单片机再从波形存储器中调用波形，在调用波形存储器中的波形后，送入D/A转换器得到模拟的选层包络信号。在本实施例中，选层包络发生器属于现有技术，在此不再累述。

混频器，将高频激励信号和选层包络信号进行混频，得到射频信号。在本实施例中，混频器的型号为TUF-1LH，高频激励信号为混频器的本振信号，选层包络信号为混频器的中频信号，混频器的输出端输出所需的射频信号。

功率放大器，对混频器输出端输出的射频信号进行功率放大，使其功率可以驱动线圈。在本实施例中，功率放大器包括一级放大电路和二级放大电路，其中一级放大电路属于中间级驱动电路，驱动二级放大电路正常工作，一级功率放大电路具有足够的带宽，良好的线性度，功率大并且可以无失真地放大正弦波信号等特点；二级放大器具有足够的功率，在核磁共振现象的频率点具有最大的功率，从而完成对线圈的激励。在本实施例中，如图4所示，一级放大电路包括运算放大器、电阻R50-R57、电容C112-C114、MOS管Q7-Q8、三极管Q9；具体的，运算放大器的同相输入端与混频器的射频信号输出端电性连接，电阻R50的一端与运算放大器的同相输入端电性连接，电阻R50的另一端接地，运算放大器的反相输入端与运算放大器的输出端电性连接，运算放大器的输出端通过电容C112与MOS管Q7的栅极电性连接，MOS管Q7的栅极通过电阻R51与电源电性连接，MOS管Q7的源极通过电阻R56与电源电性连接，MOS管Q7的漏极通过电阻R52与三极管Q9的集电极电性连接，MOS管Q7的源极通过电容C113与MOS管Q8的源极电性连接，MOS管Q8的源极通过电阻R53与三极管Q9的集电极电性连接，MOS管Q8的漏极通过电阻R57与电源电性连接，MOS管Q8的栅极通过电容C114接地，MOS管Q8的通过电阻R55与电源电性连接，三极管Q9的发射极通过电阻R54接地，三极管Q9的基极与电源电性连接。如图5所示，二级放大电路包括MOS管Q10-Q11、电阻R58-R62、电容C115、电容C116、电感L41-L43、二极管D6和二极管D7；具体的，MOS管Q10的栅极与MOS管Q7的漏极电性连接，MOS管Q10的栅极通过电阻R60与电源电性连接，MOS管Q10的源极通过电阻R58接地，MOS管Q10的漏极通过电感L42与电源电性连接，MOS管Q10的漏极通过串联的电容C116和电感L40分别与二极管D6的正极和二极管D7的负极电性连接，二极管D6的负极和二极管D7的正极均通过电阻R62接地，MOS管Q11的栅极与MOS管Q8的漏极电性连接，MOS管Q11的栅极通过电阻R61与电源电性连接，MOS管Q11的源极通过电阻R59接地，MOS管Q11的漏极通过电感L43与电源电性连接，MOS管Q11漏极通过串联的电容C115和电感L41接地。

本实施例的工作原理为：由选层包络发生器产生选层包络信号，并进入中频信号输入端，DDS信号源产生高频激励信号，高频激励信号经过移相器进行相位移动90°，移相后的信号与未移相的高频激励信号进入正交调制器进行幅度调制，调制后的信号进入混频器的本振信号输入端，混频器混频后输出射频信号，射频信号经过一级放大电路和二级放大电路后，获得足够大的功率，进而驱动线圈。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于核磁共振的射频发射电路，其包括单片机、DDS信号源、选层包络发生器、混频器、功率放大器和线圈，其特征在于：所述功率放大器包括一级放大电路和二级放大电路；

所述DDS信号源与混频器的本振信号输入端电性连接，选层包络发生器与混频器的中频信号输入端电性连接，混频器的射频信号输出端、一级放大电路、二级放大电路和线圈顺次电性连接，单片机分别与DDS信号源和选层包络发生器电性连接。

2.如权利要求1所述的一种用于核磁共振的射频发射电路，其特征在于：所述一级放大电路包括运算放大器、电阻R50-R57、电容C112-C114、MOS管Q7-Q8、三极管Q9；

所述运算放大器的同相输入端与混频器的射频信号输出端电性连接，电阻R50的一端与运算放大器的同相输入端电性连接，电阻R50的另一端接地，运算放大器的反相输入端与运算放大器的输出端电性连接，运算放大器的输出端通过电容C112与MOS管Q7的栅极电性连接，MOS管Q7的栅极通过电阻R51与电源电性连接，MOS管Q7的源极通过电阻R56与电源电性连接，MOS管Q7的漏极通过电阻R52与三极管Q9的集电极电性连接，MOS管Q7的源极通过电容C113与MOS管Q8的源极电性连接，MOS管Q8的源极通过电阻R53与三极管Q9的集电极电性连接，MOS管Q8的漏极通过电阻R57与电源电性连接，MOS管Q8的栅极通过电容C114接地，MOS管Q8的通过电阻R55与电源电性连接，三极管Q9的发射极通过电阻R54接地，三极管Q9的基极与电源电性连接。

3.如权利要求2所述的一种用于核磁共振的射频发射电路，其特征在于：所述二级放大电路包括MOS管Q10-Q11、电阻R58-R62、电容C115、电容C116、电感L41-L43、二极管D6和二极管D7；

所述MOS管Q10的栅极与MOS管Q7的漏极电性连接，MOS管Q10的栅极通过电阻R60与电源电性连接，MOS管Q10的源极通过电阻R58接地，MOS管Q10的漏极通过电感L42与电源电性连接，MOS管Q10的漏极通过串联的电容C116和电感L40分别与二极管D6的正极和二极管D7的负极电性连接，二极管D6的负极和二极管D7的正极均通过电阻R62接地，MOS管Q11的栅极与MOS管Q8的漏极电性连接，MOS管Q11的栅极通过电阻R61与电源电性连接，MOS管Q11的源极通过电阻R59接地，MOS管Q11的漏极通过电感L43与电源电性连接，MOS管Q11漏极通过串联的电容C115和电感L41接地。

4.如权利要求1所述的一种用于核磁共振的射频发射电路，其特征在于：所述DDS信号源包括相互连接的频率合成器和数模转换器；

所述单片机分别与频率合成器和数模转换器电性连接，频率合成器与混频器的本振信号输入端电性连接。

5.如权利要求4所述的一种用于核磁共振的射频发射电路，其特征在于：所述单片机为STC12C5A60S2。

6.如权利要求5所述的一种用于核磁共振的射频发射电路，其特征在于：所述频率合成器为AD9851频率合成器。

7.如权利要求6所述的一种用于核磁共振的射频发射电路，其特征在于：所述数模转换器为TLC5615数模转换器；

所述AD9851频率合成器的R_SET引脚与TLC5615数模转换器的OUT引脚电性连接，AD9851频率合成器的D0～D7引脚分别与STC12C5A60S2的P2口的I/O引脚一一对应电性连接，AD9851频率合成器的W_CLK、FQ_UD、REFCLK、VOUTP和RESET引脚分别与STC12C5A60S2的P3.7、P3.6、XTAL2、P3.5和P5.1引脚一一对应电性连接，TLC5615数模转换器的CS、DIN和SCLK引脚分别与STC12C5A60S2的P3.2～P3.4引脚一一对应电性连接。

8.如权利要求1所述的一种用于核磁共振的射频发射电路，其特征在于：所述混频器为TUF-1LH。

9.如权利要求1所述的一种用于核磁共振的射频发射电路，其特征在于：所述选层包络发生器包括顺次电性连接的波形存储器、D/A转换器和低通滤波器；

所述波形存储器和D/A转换器分别与单片机电性连接，低通滤波器与混频器的中频信号输入端电性连接。

10.如权利要求4所述的一种用于核磁共振的射频发射电路，其特征在于：还包括移相器和正交调制器；

所述移相器分别与频率合成器和正交调制器电性连接，正交调制器分别与频率合成器和混频器的本振信号输入端电性连接。