CN212845877U - 一种基于fpga多通道磁共振信号采集电路板 - Google Patents
一种基于fpga多通道磁共振信号采集电路板 Download PDFInfo
- Publication number
- CN212845877U CN212845877U CN202020832371.7U CN202020832371U CN212845877U CN 212845877 U CN212845877 U CN 212845877U CN 202020832371 U CN202020832371 U CN 202020832371U CN 212845877 U CN212845877 U CN 212845877U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- stage
- switch
- signal
- gain amplifier
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)
Abstract
本实用新型所涉及一种基于FPGA多通道磁共振信号采集电路板，包括信号采集模块，核心处理模块，存储模块，PCI接口模块，电脑主机以及电源模块；信号采集模块包括MCU控制模块，信号电源模块，信号放大器模块，模拟选通开关模块，带通滤波器，模拟数字转换模块，可变增益放大器；信号放大器模块包括第一级选通第一开关，第一级固定增益放大器，第一级选通第二开关，第二级选通第一开关，第二级固定增益放大器，第二级系统第二开关。在此结构中，基于所述的信号采集模块采用同步信号的多通道及多通道或多片数的模数转换器模块，以及更加强大FPGA模块的支持下，可以方便的拓展更多的通道的应用场景，从而达到提高磁共振成像所获取的图像质量的目的。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及一种用于电路板加工领域的基于FPGA多通道磁共振信号采集电路板。
【背景技术】
近年来，核磁共振成像凭借组织对比度高，无辐射等优点，已经成为临床诊断方面的主流产品。由于所述核磁共振产品大部分都是采用一通道或二通道射频接收信号通道，使得核磁共振成像的对比度比较低，导致所获取的图像的质量比较低、
【实用新型内容】
有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够提高获取图像质量的基于FPGA多通道磁共振信号采集电路板。
为此解决上述技术问题，本实用新型中的技术方案所提供一种基于FPGA 多通道磁共振信号采集电路板，其包括信号采集模块，核心处理模块，存储模块，PCI接口模块，电脑主机以及电源模块；所述核心处理模块中的处理器是采用XINLINX公司的型号为KINTEX-7系列的FPGA模块，并配以 STMicroelectronics公司的型号为STM32F407的芯片协同处理；所述存储模块是由DDR3存储设备构成；所述FPGA模块的后级信号输出通过PCI接口模块传输到电脑主机；所述的信号采集模块包括MCU控制模块，信号电源模块，信号放大器模块，模拟选通开关模块，带通滤波器，模拟数字转换模块，可变增益放大器；所述模拟数字转换模块和可变增益放大器分别与MCU控制模块连接，而带通滤波器和可变增益放大器分别与信号电源模块连接，所述的带通滤波器输出端与可变增益放大器输入端连接，所述可变增益放大器输出端与模拟数字转换模块输入端连接，所述的信号放大器模块与带通滤波器相互连接，所述的信号放大器模块分别与MCU控制模块与信号电源模块相互连接；所述信号放大器模块包括第一级选通第一开关，与第一级选通第一开关连接的第一级固定增益放大器，与第一级固定增益放大器连接的第一级选通第二开关，与第一级选通第二开关连接的第二级选通第一开关，与第二级选通第一开关连接的第二级固定增益放大器，与第二级固定增益放大器连接的第二级系统第二开关；所述第一级选通第一开关分别与 MCU控制模块、信号电源模块连接，第一级固定增益放大器和第一级选通第二开关共同与信号电源模块连接，第二级选通第一开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接，第二级固定增益放大器与信号电源模块连接，所述第二级选通第二开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接。
进一步限定，所述的模拟数字转换模块是由ADI公司设计的串行模数转换器构成；所述串行模数转换器包括型号为AD9653的芯片U1，设置于芯片U1上的引脚1至引脚49；设置于芯片U1的引脚40上的电阻R1，设置于芯片U1的引脚41上的电阻R2、电阻R3，电阻R2与电阻R3并联连接，连接在电阻R3另一端的电容C1、电容C2，电容C1与电容C2相互并联；设置于芯片U1的引脚43上的电容C3，而电容C3一端接地，连接在电容 C3另一端的电阻R4、电阻R5，电阻R4与电阻R5并联连接。
本实用新型的有益技术效果：因所述的信号采集模块包括MCU控制模块，信号电源模块，信号放大器模块，模拟选通开关模块，带通滤波器，模拟数字转换模块，可变增益放大器；所述模拟数字转换模块和可变增益放大器分别与MCU控制模块连接，而带通滤波器和可变增益放大器分别与信号电源模块连接，所述的带通滤波器输出端与可变增益放大器输入端连接，所述可变增益放大器输出端与模拟数字转换模块输入端连接，所述的信号放大器模块与带通滤波器相互连接，所述的信号放大器模块分别与MCU控制模块与信号电源模块相互连接；所述信号放大器模块包括第一级选通第一开关，与第一级选通第一开关连接的第一级固定增益放大器，与第一级固定增益放大器连接的第一级选通第二开关，与第一级选通第二开关连接的第二级选通第一开关，与第二级选通第一开关连接的第二级固定增益放大器，与第二级固定增益放大器连接的第二级系统第二开关；所述第一级选通第一开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接，第一级固定增益放大器和第一级选通第二开关共同与信号电源模块连接，第二级选通第一开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接，第二级固定增益放大器与信号电源模块连接，所述第二级选通第二开关分别与 MCU控制模块、信号电源模块连接。在此结构中，基于所述的信号采集模块采用同步信号的多通道及多通道或多片数的模数转换器模块，以及更加强大FPGA 模块的支持下，可以方便的拓展更多的通道的应用场景，从而达到提高磁共振成像所获取的图像质量的目的。
下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
图1为本实用新型一种基于FPGA多通道磁共振信号采集电路板的方框示意图；
图2为本实用新型中信号采集模块的方框示意图；
图3为本实用新型中模拟数字转换模块的电路图。
【具体实施方式】
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参考图1至图3所示，下面结合实施例说明一种基于FPGA多通道磁共振信号采集电路板，其包括信号采集模块，核心处理模块，存储模块，PCI 接口模块，电脑主机以及电源模块。
前级信号的信号采集模块实现四通道的信号接收。所述FPGA模块的后级信号输出通过PCI接口模块传输到电脑主机。所述的信号采集模块包括 MCU控制模块，信号电源模块，信号放大器模块，模拟选通开关模块，带通滤波器，模拟数字转换模块，可变增益放大器。所述模拟数字转换模块和可变增益放大器分别与MCU控制模块连接，而带通滤波器和可变增益放大器分别与信号电源模块连接，所述的带通滤波器输出端与可变增益放大器输入端连接，所述可变增益放大器输出端与模拟数字转换模块输入端连接，所述的信号放大器模块与带通滤波器相互连接，所述的信号放大器模块分别与MCU控制模块与信号电源模块相互连接。所述信号放大器模块包括第一级选通第一开关，与第一级选通第一开关连接的第一级固定增益放大器，与第一级固定增益放大器连接的第一级选通第二开关，与第一级选通第二开关连接的第二级选通第一开关，与第二级选通第一开关连接的第二级固定增益放大器，与第二级固定增益放大器连接的第二级系统第二开关；所述第一级选通第一开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接，第一级固定增益放大器和第一级选通第二开关共同与信号电源模块连接，第二级选通第一开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接，第二级固定增益放大器与信号电源模块连接，所述第二级选通第二开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接。
信号放大器模块接收从毫伏级到伏级范围的模拟信号，增益调节范需达60 dB，步进精确到0.5dB。一般使用时，选择两级固定增益放大器和一级增益可调放大器级联。其中，通过控制模拟开关可以方便地选通或不选通固定增益放大器。带通滤波器是为在模拟-数字转换之前进行抗混叠模拟预滤波。在本实施例中，带通滤波器在使用中，选用中讯四方公司的中心频率为64MHz的SF2078 带通滤波器。该滤波器1dB带宽约为10.2MHz，40dB带宽约为16.4MHz，具有很好的带外滚降特性，能够较好地滤去带外噪声，以避免影响模拟-数字转换的精度。
模拟数字转换模块选择ADI公司的型号为AD9653的串行模数转换器。 AD9653拥有4个通道，可同时传输16位数据，速率最高可达125MSPS，片内集成有采样保持电路。根据参数手册，串行模数转换器的最佳性能出现在以差分的方式来驱动模拟输入的情况下。在基带应用中，利用差分双巴伦配置驱动串行模数转换器能够为ADC提供出色的性能和灵活的接口。而在本实施例中，前级增益可调放大器的输出为差分输出，因此，经过阻抗匹配和滤波后可直接接入串行模数转换器的差分输入引脚。
所述的模拟数字转换模块是由ADI公司设计的串行模数转换器构成；所述串行模数转换器包括型号为AD9653的芯片U1，设置于芯片U1上的引脚1至引脚49；设置于芯片U1的引脚40上的电阻R1，设置于芯片U1的引脚41上的电阻R2、电阻R3，电阻R2与电阻R3并联连接，连接在电阻R3另一端的电容C1、电容C2，电容C1与电容C2相互并联；设置于芯片U1的引脚43上的电容C3，而电容C3一端接地，连接在电容C3另一端的电阻R4、电阻R5，电阻R4 与电阻R5并联连接。
所述核心处理模块中的处理器是采用XINLINX公司的型号为KINTEX-7 系列的FPGA模块，并配以STMicroelectronics公司的型号为STM32F407 的芯片协同处理。
核心处理模块在整个系统中占有十分重要地位，主要用于实现各类信号处理算法，是保证其他模块正常运作的中枢。所选用的FPGA模块需要较大的逻辑单元和存储容量，而且需要支持高速(800Mbps)的LVDS接口，用于接收四路经过
模数转换后的高速磁共振信号，此外，还需要较大的DSP资源，用于支持数字滤波器。本实施例中，FPGA模块是由主处理器芯片型号为 XC7K325T，该芯片为Xilinx公司的型号为Kintex-7系列的一款FPGA模块。所选Kintex-7系列的FPGA模块拥有326，080个逻辑单元， 1.2-3.3V的I/O电压可供选择，500个可用引脚，最高全局时钟达800MHz，DigitalSignalProcessing(DSP)资源为840个，DDR3的最高支持速率达1 866Mbps。LVDS接口是本系统的一大特殊需求。LVDS是一种差分I/O标准，在此标准中，信号将通过两根信号线传输，因而与单线传输相比，拥有更低的功耗、以及更低的低串扰。前级模数转换后的信号速率高达800Mbps，而所选用的型号为Kintex-7芯片，LVDS数据率最高可达1.25Gb/s。
所述存储模块是由DDR3存储设备构成。所述存储模块另配高速、大容量的外部存储器。目前，在动态随机存取存储方面，双倍数据速率的DDR。在DDR中，相较于DDR2，运用了新一代内存技术的DDR3在各项性能指标中都有显著提升。首先，DDR3减小了能耗和发热量。其次，DDR3的工作频率得到提高，最高fclk＝800MHz，相应地，fdata＝1.6Gbps。所述存储模块选用了2片MICRON公司的DDR3(MT41J64M16JT-15E)协同工作，作为高速外部存储器。
在本实施例中，高速信号线主要集中在模拟数字转换模块后输出到FPGA 模块的信号以及FPGA模块与DDR3存储设备之间的信号通路，在阻抗匹配优先级中占据首位，以避免产生严重的反射，对所传输数据的准确性造成影响。此外，从多个方面限制串扰发生的可能。首先，在板层结构方面，在相邻信号层之间，为防止信号串扰，隔开较远的距离。其次，在绕等长蛇形走线时，设置间距为5倍线宽，且尽量缩短并行走线的长度。最后，在每一层都铺地完成后，删除孤岛，避免本来距离较远的两根信号线，因为之间的孤岛而产生串扰，相互影响。在本实施例中，在本系统中辐射主要涉及数字信号对模拟信号的辐射干扰，以及外界对于模拟部分的辐射干扰，为此，在模拟部分上方设计了一个屏蔽罩，能有效阻断辐射干扰，保证模拟信号的可靠传输。
基于上述，基于PCI总线和高速、高精度的信号采集模块，以FPGA模块为核心的磁共振信号的采集板卡。该采集板卡能够基于所述的信号采集模块采用同步信号的多通道及多通道或多片数的模数转换器模块，以及更加强大FPGA 模块的支持下，可以方便的拓展更多的通道的应用场景，从而达到提高磁共振成像所获取的图像质量的目的。
综上所述，因所述的信号采集模块包括MCU控制模块，信号电源模块，信号放大器模块，模拟选通开关模块，带通滤波器，模拟数字转换模块，可变增益放大器；所述模拟数字转换模块和可变增益放大器分别与MCU控制模块连接，而带通滤波器和可变增益放大器分别与信号电源模块连接，所述的带通滤波器输出端与可变增益放大器输入端连接，所述可变增益放大器输出端与模拟数字转换模块输入端连接，所述的信号放大器模块与带通滤波器相互连接，所述的信号放大器模块分别与MCU控制模块与信号电源模块相互连接；所述信号放大器模块包括第一级选通第一开关，与第一级选通第一开关连接的第一级固定增益放大器，与第一级固定增益放大器连接的第一级选通第二开关，与第一级选通第二开关连接的第二级选通第一开关，与第二级选通第一开关连接的第二级固定增益放大器，与第二级固定增益放大器连接的第二级系统第二开关；所述第一级选通第一开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接，第一级固定增益放大器和第一级选通第二开关共同与信号电源模块连接，第二级选通第一开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接，第二级固定增益放大器与信号电源模块连接，所述第二级选通第二开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接。在此结构中，基于所述的信号采集模块采用同步信号的多通道及多通道或多片数的模数转换器模块，以及更加强大FPGA模块的支持下，可以方便的拓展更多的通道的应用场景，从而达到提高磁共振成像所获取的图像质量的目的。
以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，并非因此局限本实用新型的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型的权利范围之内。
Claims (2)
1.一种基于FPGA多通道磁共振信号采集电路板，其包括信号采集模块，核心处理模块，存储模块，PCI接口模块，电脑主机以及电源模块；所述核心处理模块中的处理器是采用XINLINX公司的型号为KINTEX-7系列的FPGA模块，并配以STMicroelectronics公司的型号为STM32F407的芯片协同处理；所述存储模块是由DDR3存储设备构成；所述FPGA模块的后级信号输出通过PCI接口模块传输到电脑主机；其特征在于：所述的信号采集模块包括MCU控制模块，信号电源模块，信号放大器模块，模拟选通开关模块，带通滤波器，模拟数字转换模块，可变增益放大器；所述模拟数字转换模块和可变增益放大器分别与MCU控制模块连接，而带通滤波器和可变增益放大器分别与信号电源模块连接，所述的带通滤波器输出端与可变增益放大器输入端连接，所述可变增益放大器输出端与模拟数字转换模块输入端连接，所述的信号放大器模块与带通滤波器相互连接，所述的信号放大器模块分别与MCU控制模块与信号电源模块相互连接；所述信号放大器模块包括第一级选通第一开关，与第一级选通第一开关连接的第一级固定增益放大器，与第一级固定增益放大器连接的第一级选通第二开关，与第一级选通第二开关连接的第二级选通第一开关，与第二级选通第一开关连接的第二级固定增益放大器，与第二级固定增益放大器连接的第二级系统第二开关；所述第一级选通第一开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接，第一级固定增益放大器和第一级选通第二开关共同与信号电源模块连接，第二级选通第一开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接，第二级固定增益放大器与信号电源模块连接，所述第二级选通第二开关分别与MCU控制模块、信号电源模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA多通道磁共振信号采集电路板，其特征在于：所述的模拟数字转换模块是由ADI公司设计的串行模数转换器构成；所述串行模数转换器包括型号为AD9653的芯片U1，设置于芯片U1上的引脚1至引脚49；设置于芯片U1的引脚40上的电阻R1，设置于芯片U1的引脚41上的电阻R2、电阻R3，电阻R2与电阻R3并联连接，连接在电阻R3另一端的电容C1、电容C2，电容C1与电容C2相互并联；设置于芯片U1的引脚43上的电容C3，而电容C3一端接地，连接在电容C3另一端的电阻R4、电阻R5，电阻R4与电阻R5并联连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020832371.7U CN212845877U (zh) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | 一种基于fpga多通道磁共振信号采集电路板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020832371.7U CN212845877U (zh) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | 一种基于fpga多通道磁共振信号采集电路板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212845877U true CN212845877U (zh) | 2021-03-30 |
Family
ID=75161272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202020832371.7U Active CN212845877U (zh) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | 一种基于fpga多通道磁共振信号采集电路板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212845877U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113311222A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-08-27 | 中国科学院微小卫星创新研究院 | 一种卫星模拟信号的采集系统 |
-
2020
- 2020-05-18 CN CN202020832371.7U patent/CN212845877U/zh active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113311222A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-08-27 | 中国科学院微小卫星创新研究院 | 一种卫星模拟信号的采集系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160197761A1 (en) | Multi-band interconnect for inter-chip and intra-chip communications | |
| CN107133011B (zh) | 一种示波记录仪的多通道数据存储方法 | |
| CN212845877U (zh) | 一种基于fpga多通道磁共振信号采集电路板 | |
| CN108429594B (zh) | 一种应用于5g通信的高性能信道模拟器射频收发信机 | |
| CN109947376B (zh) | 一种基于fpga实现的多协议接口固态存储系统 | |
| CN103033807A (zh) | 一种便携式超声成像系统接收前端装置 | |
| CN115328835A (zh) | 一种支持多种采集功能的多通道之间隔离的PXIe数据采集模块 | |
| CN106443117A (zh) | 一种程控多量程采集电路 | |
| CN210514976U (zh) | 一种基于fpga的多通道同步实时高速数据采集系统 | |
| CN209117185U (zh) | 一种红外焦平面探测器组件信号处理器 | |
| CN111342841A (zh) | 一种可重配置的多通道信号采集与传输系统 | |
| CN101252358A (zh) | 高速16位a/d转换器模块电路 | |
| CN203535205U (zh) | 一种用于磁共振成像系统的多通道数据接收模块 | |
| CN110968001A (zh) | 一种基于fpga+mcu的高速模拟量采集板卡 | |
| CN110664431B (zh) | 一种复用型超声内镜回波数据传输及图像重建装置及方法 | |
| CN210442802U (zh) | 一种十通道的Kintex UltraScale采集处理系统 | |
| CN214122753U (zh) | 一种多通道的射频直采系统 | |
| CN101431315A (zh) | 一种分级放大电路及多功能数据采集卡 | |
| CN113671264A (zh) | 一种开关式多通道辐射计 | |
| CN218767182U (zh) | 一种基于fpga的可变采样频率的局放信号采样电路 | |
| CN107769793B (zh) | 一种vpx架构宽带射频采集系统 | |
| CN217157186U (zh) | 一种便携式数据通用采集板 | |
| CN210244129U (zh) | 四通道高速采集处理电路 | |
| CN216647241U (zh) | 一种多接口数据采集卡 | |
| CN213149996U (zh) | 一种基于fpga的射频数据采集传输模块 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |