TR201804106T1 - Ssb modülasyon i̇le paralel manyeti̇k rezonans görüntüleme i̇çi̇n tamamen sayisal çok kanalli rf veri̇ci̇ - Google Patents

Abstract

Buluşta, paralel Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) cihazı için tamamen sayısal, çok kanallı bir RF verici ortaya koyulmaktadır. MRG sinyal üretimi, modülasyonu ve amplifikasyonu sayısal olarak gerçekleştirildiği için her bir kanalın faz ve genlik ayarı birbirinden bağımsız olarak ve kolayca yapılabilmekte ve dolayısıyla tüm RF sinyal vericisi kanalları yeniden sayısal olarak konfigüre edilebilmektedir. Kanalların ayrı ayrı kontrolü, MRG içerisinde yer alan çok kanallı RF sargısı içerisinde yaratılan homojen manyetik alanla sağlanır. Homojen manyetik alan üretiminin yanı sıra, çok frekanslı MRG sinyal üretimi de mevcut buluş vasıtası ile çok yüksek frekans çözünürlüğü ile kolay bir hale getirilmektedir. Çoklu frekans, daha hızlı görüntü alımını sağlamaktadır ve bu vesile ile MRG operasyon süresi azalmaktadır. Çift Yan Bant (DSB) MRG sinyalinin istenmeyen bandını bastırmak amacı ile RF verici yapısı içinde Sayısal Weaver Tek Yan Bant (SSB) modülasyonu kullanılmıştır. MRG sinyal vericisi içinde yer alan güç yükselteci, istenmeyen yan bandı kuvvetlendirmez, bu vesile ile SSB modülasyonu daha yüksek güç verimliliğine ulaşmaktadır.

Description

TEKNIK ALAN Mevcut bulus, "Tibbi Görüntüleme Cihazlari“ için kullanilan tamamen sayisal çok kanalli RF sinyal vericisi mimarisi ile ilgilidir. Tamamen sayisal RF sinyal vericisi mimarisi vasitasi ile sinyal modülasyonu ve amplifikasyonu sinyal vericisine ait olan antene varana kadar sayisal bir sekilde kullanilmaktadir; bu da, her bir sinyal vericisi kanalin ayri ayri yeniden konfigürasyonunun yapilmasina olanak tanimaktadir. Her bir sinyal vericisi kanalin ayri ayri kontrolü, yaratilan RF manyetik alandaki konuma bagli düzensizlikleri ortadan kaldirmakta (RF alan sekillendirme) ve hedef üzerinde Sentetik Sogurma Hizinin (SAR) azaltilmasi amaci ile özel algoritmalar uygulama kabiliyeti sunmasi nedeni ile çok kanalli MRG sinyal vericisi yaklasimi için kritik bir özellik olmaktadir.

Tamamen sayisal RF sinyal vericisi mimarisinin anahtar modlu RF güç yükselteçlerini kullanmasi mümkün oldugu için, mimari sinyal vericisinden yüksek verim elde etmeyi olanakli kilmaktadir. Buna ek olarak, gerekli oldugu kadar çok izgesel bilesen içeren çok bantli Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) sinyalinin, Hz alti seviyesinde çok dar bir frekans araligi ile ayni zamanda yaratilmasi da mümkün olmaktadir.

TEKNIGIN BILINEN DURUMU Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) cihazi, gövde içinde yer alan organlari ve yapilari görüntülemek amaci ile manyetik alan ve radyo dalgasi enerjisini kullanir.

Geleneksel MRG cihazlari, sadece bir yüksek güçlü RF güç yükselteci vasitasi ile tamami analog giris sinyalinin amplifikasyonu temelinde çalistirilan RF sinyal vericisi içermektedir. Sekil 1ide geleneksel bir MRG sinyal vericisi gösterilmektedir.

Bunun ile birlikte, her bir kanal için düsük güç RF yükseltecine sahip olan çok kanalli sinyal vericiler meydana getirmek ve tamamen sayisal sinyal vericisi mimarisinden yararlanmak amaci ile çalismalar devam etmektedir. Bu baglam içinde, yeni nesil MRG sinyal vericilerinin çok kanalli, düsük RF güç yükselteçlerine sahip olan ve sinyalin optik iletim yolu ile iletildigi, tamamen sayisal yapi içermeleri beklenmektedir. Sekil 21 de yeni nesil çok kanalli bir MRG sinyal vericisi blok diyagrami açiklayici bir sekilde gösterilmektedir.

Sayisal modülasyon yöntemine sahip olan yeni nesil çok kanalli MRG sinyal vericisi araciligi ile her bir sinyal verici kanalin ayri ayri yeniden konfigürasyonunun yapilmasi mümkün olmaktadir. Kullanilan sinyal türünün, operasyon frekansinin, faz ve genlik bilgilerinin ve benzeri pek çok parametrenin her bir kanal için bir kontrol bilgisayari vasitasi ile kolay bir sekilde degistirilmesi RF alan sekillendirme yönteminin kullanilmasina olanak saglamaktadir. RF alan sekillendirme yetenegine sahip olan yeni nesil MRG çok kanalli sinyal vericisi vasitasi ile yüksek görüntü kalitesinin elde edilmesi umut edilmektedir.

Kisaca belirtmek gerekir ise, tamamen sayisal bir sinyal vericisi, analog sinyalleri sayisal hale dönüstüren ve sayisal temelli modülasyon teknikleri ile sinyali modüle eden bir mimariye sahiptir. Sayisal modülasyon vasitasi ile analog giris sinyali, darbe genlik modülasyonu olarak bilinen ve analog genlik bilgisinin, bir darbenin darbe uzunluguna göre kodlandigi (yüksek genlik, uzun darbe gibi) 1-bit sayisal darbe dizisine dönüstürülmektedir. Sayisal darbelerin kuvvetlendirilmesinden sonra, sayisal modülasyonu yapilmis olan MRG sinyali, daha sonra analog sinyale geri dönüstürmek için bir bant geçiren filtreden geçirilmektedir. Çok kanalli tamamen sayisal RF sinyal vericisi sistemindeki kritik bilesenlerden birisi içinde radyo frekansina yükseltme çevrimi uygulanan sayisal modülatördür. Delta Sigma Modülasyonu (DSM) temelli IQ modülatörleri, tam sayisal MRG vericileri içinde yaygin olarak kullanilmaktadir. Literatür içinde yer alan DSM tabanli sayisal lQ modülatör mimarisi Sekil 3*te gösterilmektedir. Sayisal IQ modülatörünün içinde, giris sinyali sayisal hale dönüstürülmektedir ve daha sonra es fazli ve dik fazli bilesenlerine ayristirilmaktadir. Bunun ardi sira, bu iki sinyal Delta Sigma Modülatörü (DSM) vasitasi ile 1-bit sayisal veri biçimine dönüstürülmektedir. DSM sinyalleri, xnor operasyonu araciligi ile faz farki 90 °0lan saat sinyalleri ile çarpi lmaktadir. Daha sonra, l ve Q kollari MUX içine sokulmaktadir. Saat frekansi fclock'un arzu edilen MRG tasiyici frekansinda seçilmesi gerekir ve örnekleme frekansinin xnor ve MUX operasyonundan kaynakli olarak 4Xfclock olmasi gerekmektedir. Sayisal çikis sinyali, bir bant geçiren filtre vasitasi ile saat frekansinda filtrelendigi zaman, modülasyonu yapilmis olan analog sinyal geri kazanilmaktadir.

Geleneksel olan DSM tabanli IQ modülatörüne ait olan bir dezavantaj düsük sinyal / gürültü oraninin gerçeklesmesi olmaktadir. Bunun ardinda yer alan sebep, modülatöre ait olan I ve Q kollarinda bulunan her bir DSM blogunun girisindeki sinyalin farkli genlik seviyesine sahip olmasi olasiligidir.

Mevcut bulus, Sekil 5'te gösterildigi gibi bir lQ ön modülasyonunu kullanmak vasitasi ile bu problemi çözüme kavusturmaktadir. Dolayisiyla her bir DSM girisinde yer alan yeni genlik seviyesi tipatip birbirinin ayni olmaktadir ve bu sayede DSM modülatörü, SNR (Sinyal Gürültü Orani) için daha iyi performans göstermektedir.

Sekil 3rte gösterilen geleneksel sayisal IQ modülatörü içinde sadece bir MRG tasiyici frekansi üretilmektedir. Manyetik rezonans görüntüleme (MRG) sistemi içinde, fclock±de|taf (deltaf, Hz seviyesi olmaktadir) frekansindaki çok bantli MRG sinyal üretimi, tarama zamanini azaltmak amaci ile kritik bir proses olmaktadir. Saat sinyali üretmek amaci ile kullanilacak olan Alan Programlanabilir Kapi Dizisi (FPGA) içinde karisik mod saat yöneticisi (MMCM) bloklari bulunmaktadir. Bunun ile birlikte, bu bloklar vasitasiyla, MMCM bloklari içinde yer alan sayisal faz kilitli döngü (PLL) yapisinin sinirli frekans üretme kapasitesi nedeni ile yüksek frekans çözünürlügüne sahip olan saat sinyali üretiminin (dar frekans araligi) elde edilmesi mümkün olmamaktadir.

Yüksek frekans çözünürlügüne sahip olan çok bantli frekans üretimini elde etmek amaci ile Sekil 1' de gösterilen diger teknik, dogrudan sayisal sentezleyici (DDS) modülleridir. Bunun ile birlikte, bir DDS modülünün çikisi analog olmaktadir ve bir analog sayisal çeviriciye ihtiyaç duymaktadir. Bir analog MRG sinyalinin oldukça yüksek verimli bir RF güç yükselteci (anahtar modlu güç yükselteçleri ) vasitasi ile kuvvetlendirilmesi mümkün olmadigi için, sistem verimliligi analog çikisli DDS modülü yapisi için sinirli olmaktadir ve tamamen sayisal olan konseptler devre disi kalmaktadir.

Sekil 3' te gösterilen geleneksel lQ modülatörünü kullanan bir baska teknigin, sayisal taban bandinda yapilmasi mümkün olan yüksek frekans çözünürlügüne sahip çok bantli frekans üretiminin elde edilmesi amaci ile kullanilmasi mümkün olmaktadir.

Bunun ile birlikte, çift yan bant modülasyonu IQ modülasyonunun bir sonucu olarak ortaya çikmaktadir. Sekil M e geleneksel lQ modülatörüne ait olan çikista çift yari bant modülasyonu görülmektedir. Filtreleme operasyonu, sayisal sinyali analog sinyale çevirdigi için, istenmeyen bandin güç yükseltecinden önce filtrelenmesi mümkün degildir. Bu vesile ile RF güç yükseltecinin yüksek verim ile sinyali kuvvetlendirmesi mümkün olmamakta ve tamamen sayisal olan sinyal vericisi kavrami ihlal edilmektedir.

Istenmeyen bant, yüksek Q RF sargisi ile güç yükselteci çikisinda filtrelenebilmesine ragmen (Sekil 31e bakiniz), çift yan banda ait olan istenmeyen bant ayrica RF güç yükselteci vasitasi ile gereksiz yere kuvvetlendirildigi için, güç yükseltecinin verimliligi yariya indirilmektedir.

BULUSUN AMAÇLARI Mevcut bulusun amaci, çift yan banttan kaynakli olan asiri gücün kaldirilmasindan ötürü genel sinyal vericisi verimliligini arttiran tek yan bant yetenegine sahip olan MRG için kullanilan tamamen sayisal olan RF sinyal vericisi mimarisine dayanan Delta Sigma Modülasyonu'nun (DSM) elde edilmesi olmaktadir.

Bulusun diger bir amaci, MRG operasyonlari için çok dar frekans araligina sahip olan gerekli pek çok sayida izgesel bilesen içeren çok bantli MRG sinyali üretimini saglayabilmektir.

Bu bulusa ait olan bir diger amaç ise, Delta Sigma modülasyonundan önce IQ 'ön modülasyon devresinin kullanilmasi vasitasi ile DSM tabanli olan IQ modülatörün Sinyal Gürültü Orani (SNR) performansi yükselmektedir. Bu yaklasim araciligiyla, lQ modülatörüne ait olan her bir kolda yer alan DSM bloklarinin girisine gelen sinyallerin tepe genlik seviyeleri birbirine esit olmaktadir. Birbirine esit olan tepe genlik seviyesi, modülatör çikisinda daha iyi SNR performansi elde edilmesini saglamaktadir. çiziMLERiN KISA AÇIKLAMASI Bu bulusa ait olan örnek niteliginde yapilanmanin kolay bir sekilde anlasilmasi için eslik eden çizimler, içinde yer alan örnekler yoluyla açiklayici bir sekilde tarif edilmektedir ve bunlarin kullanimi, detayli bir tarifname yazmak açisindan düsünüldügünde, daha kolay bir sekilde anlasilacaktir. Burada benzer referans numaralari ayni veya benzer elemanlari göstermektedir ve sekiller asagida açiklanmaktadir: Sekil 1” de geleneksel bir MRG sinyal vericisinin temel blok diyagrami gösterilmektedir.

Sekil 2' de MRG için kullanilan çok kanalli, tamamen sayisal olan bir sinyal vericisi mimarisinin temel bir blok diyagrami gösterilmektedir.

Sekil 3' te DSM tabanli IQ modülat'ör'üne sahip olan geleneksel tamamen sayisal olan sinyal vericisine ait olan blok diyagrami gösterilmektedir.

Sekil 4' te DSM tabanli IQ modülat'or çikisinin frekans spektrumu gösterilmektedir.

Sekil 5' te bu bulusa ait olan DSM tabanli tamamen sayisal IQ modülatörün'ün blok diyagrami gösterilmektedir.

Sekil 6' da Delta Sigma Modülatörüne ait olan Blok Diyagrami gösterilmektedir.

Sekil 7' de DSM blogunun giris sinyali gösterilmektedir.

Sekil 8' de DSM bloguna ait olan çikis sinyali gösterilmektedir.

Sekil 9, da taban bandi (Cordic Blogu) içinde yer alan çok bantli MRG tasiyici frekans üretimine ait olan blok diyagrami gösterilmektedir.

Sekil 10, da iki frekans bileseninin eklenmesi gösterilmektedir.

Sekil 11, de DSM tabanli Weaver SSB modülatör'une ait olan blok diyagrami gösterilmektedir.

Sekil 12' de genlik modülasyonu yapilmis olan 2650 kHz frekansindaki giris sinyali gösterilmektedir.

Sekil 13' te 2650 kHz frekansinda genlik modülasyonu yapilmis olan giris sinyaline ait spektrum gösterilmektedir. giris sinyali gösterilmektedir. sinyaline ait olan spektrum gösterilmektedir.

Sekil 16, da DSM çikisina ait olan spektrum gösterilmektedir.

Sekil 17' de Weaver SSB modülasyonu yapilmis 64,1 MHz frekansinda DSM çikisina ait olan spektrum gösterilmektedir.

Sekil 18' de giris sinyaline ait olan genlik bilgisi gösterilmektedir.

Sekil 19' da giris sinyaline ait olan faz bilgisi gösterilmektedir.

Sekil 20” de mevcut bulus için DSM esasli Weaver SSB'ye sahip olan IQ modülat'or'une ait çikis spektrumu gösterilmektedir.

Sekil 21, de mevcut bulus için DSM esasli Weaver SSB'ye sahip olan IQ modülator'une ait bant geçiren sekilde filtrelenmis çikis gösterilmektedir.

Sekil 22' de mevcut bulus için taban bandinda bulunan DSM esasli Weaver SSB'ye sahip olan sayisal IQ modülat'orüne ait çikis genlik bilgisi gösterilmektedir.

Sekil 23` te bes adet frekans tasiyicisi üretmek üzere programlanan mevcut bulusa ait olan sayisal lQ modülat'orün'un ölçülmüs çikis spektrumu (bes adet bagimsiz ton, her bir tona ait olan çikis gücü ölçüm amaçli olarak zayiflatilmaktadir) gösterilmektedir.

Sekil 24' te mevcut bulus için çoklu bant tasiyicisina sahip DSM esasli Weaver 888 ile beraber tamamen sayisal olan lQ modülatörüne ait bant geçiren sekilde filtrelenmis çikis gösterilmektedir.

BULUSUN DETAYLI AÇIKLAMASI Mevcut bulus sayisal bir RF sinyal vericisi ile ilgilidir, burada sinyal modülasyonlari ve amplifikasyonlari tamamen sayisal olan sinyal vericinin antenine kadar kullanilmaktadir, Tibbi Görüntüleme Cihazlari için; - bir analog giris sinyalini Delta Sigma Modülasyonu'nun (DSM) kullanilmasi vasitasi ile sayisal olan bir MRG sinyaline dönüstüren bir adet analog sayisal dönüstürücüyü, - DSM tabanli olan Weaver SSB Modülatörünü, - sayisal MRG sinyalinin en az bir sinüs sinyali f1n ile çarpilmasini, burada f2-f1n= deltafn olmaktadir, deltafn arzu edilen MRG tasiyici frekansi ile MRG frekansi arasinda yer alan frekans farkidir ve f2 istege bagli bir sekilde belirlenen sabit bir frekans olmaktadir, - sayisal çarpimin sonucu olan sayisal MRG sinyalini iki esit genlikte sinyale ayirmayi, - bblünen es genlikli iki sinyalin f2 frekansinda es fazli ve dik fazli sinüs sinyalleri ile çarpilmasini, -iki sinyalin yüksek frekansli bilesenlerinin bastirilmasi için bir alçak geçiren FlR filtresi vasitasi ile filtrelenmesi, - alçak geçiren FlR filtre çikislarinin bir DSM islevsel blogu ile sayisal modüle edilmesini, - DSM islevsel blok çikislarinin, MRG frekansinda es fazli ve dik fazli olarak uygulanan saat frekansi ile birlikte bir xnor islemine tabi tutulmasini, - alt yan bant sinyalini kaldirmak ve tek bir yan bant vasitasi ile modülasyonu yapilmis olan sayisal MRG sinyalini meydana getirmek amaci ile xnor operasyonu çikislarinin bir MUX blogu araciligi ile birbirleriyle toplanmasini, içermektedir.

Burada analog sayisal dönüstürücü bir I / Q modülator olmaktadir.

Mevcut bulus tamamen sayisal bir RF sinyal vericisi yöntemi ile ilgilidir, burada sinyal modülasyonlari ve amplifikasyonlari tamamen sayisal bir sekilde gerçeklestirilir. Bu sekilde MRG sinyali antene kadar sayisal form ile iletilir. Tibbi Görüntüleme Cihazlari - bir analog MRG giris sinyalinin Delta Sigma M0dülasyonu'nun (DSM) kullanilmasi vasitasi ile sayisal olan bir MRG sinyaline dbnüstürmesi, - analog giris sinyalini sayisal olan bir MRG sinyaline dönüstürmek amaci ile kullanilan analog sinyale ait olan I ve O bilesenlerinin birbirinden ayristirilmasi, - sayisal MRG sinyalinin en az bir sinüs sinyali fin ile çarpilmasi, burada f2- f1n = deltafn olmaktadir ve deltafn arzu edilen MRG tasiyici frekansi ile MRG frekansi arasinda yer alan frekans farkidir ve f2 istege bagli bir sekilde belirlenen sabit bir frekans olmaktadir, - sayisal çarpimin sonucu olan sayisal MRG sinyalinin iki esit genlikte sinyale ayrilmasi, - bölünen es genlikli iki sinyalin f2 frekansinda es fazli ve dik fazli sinüs sinyalleri ile çarpilmasi,- -iki sinyalin yüksek frekansli bilesenlerinin bastirilmasi için bir alçak geçiren FlR filtresi vasitasi ile filtrelenmesi, - alçak geçiren FIR filtre çikislarinin bir DSM islevsel blogu vasitasi ile sayisal modüle edilmesi, - DSM islevsel blok çikislarinin MRG frekansinda es fazli ve dik fazli olarak uygulanan saat frekansi ile birlikte bir xnor islemine tabi tutulmasi, - alt yan bant sinyalini kaldirmak ve tek bir yan bant vasitasi ile modülasyonu yapilmis olan sayisal MRG sinyali meydana getirmek amaci ile xnor operasyonu çikislarinin bir MUX blogu araciligi ile birbirleriyle toplanmasi, Mevcut bulus içinde paralel manyetik rezonans görüntüleme (MRG) cihazi için tamamen sayisal, çok kanalli bir RF sinyal vericisi ortaya koyulmaktadir. MRG sinyal üretimi, modülasyonu ve amplifikasyonu her bir sinyal vericisi kanalin tek tek yeniden tamamen sayisal olarak kullanilmaktadir. RF sargi dizisi içinde üretilen RF manyetik alanin tekdüzeligi her bir sargi dizi kanalinin faz ve genlik bilgilerinin birbirinden bagimsiz olarak kontrol edilebilmesi ile saglanmaktadir. Sayisal sinyal modülasyonu, bir optik iletim hatti vasitasi ile sayisal manyetik rezonans görüntüleme (MRG) sinyalini RF sargisina iletmek amaci ile kullanilmaktadir. Optik iletim hatti, RF sinyal girisimi nedeni ile meydana gelecek sinyal bozulmasini önlemektedir. Optik hat üzerinden meydana gelen sayisal iletimin yani sira, Hz alti seviyede olan çok yüksek frekans çözünürlügüne sahip çok frekansli MRG sinyal üretimi, mevcut bulus vasitasi ile kolay hale gelmektedir. Çoklu frekans, daha hizli görüntü alimi temin etmektedir ve bu vesile ile toplam MRG operasyon süresi azalmaktadir. Modülasyonun dogasi nedeni ile üretilen Çift Yan Bant (DSB) MRG sinyalinin istenmeyen bandini bastirmak amaci ile Sayisal Weaver Tek Yan Bant (SSB) modülasyonu tamamen sayisal sinyal yükselteci, istenmeyen bandi kuvvetlendirmemektedir, bu vesile ile SSB modülasyonu daha yüksek güç verimliligine öncülük etmektedir. Mimariye ait olan bloklar (Sekil 5' e bakiniz) asagida yer alan bölümler içerisinde açiklanmaktadir.

ANALOG GIRIS SINYALI MRG sisteminin içinde kullanilan analog giris sinyalleri genel olarak darbe uzunlugu tipik bir sekilde milisaniye seviyelerinde olan dar bantli karmasik sinyallerden olusmaktadir. MRG cihazlari operasyon amaci ile yaygin bir sekilde Sinc (Sekil 7' ye bakiniz) ve Gauss sinyallerini kullanmaktadir. Bunun ile birlikte, talebe bagli bir sekilde bir MRG sinyali olarak baska sinyal türlerinin üretilmesi de mümkün olmaktadir. Bu bulus ile, MRG sinyal vericisi sisteminin, yaklasik 1 MHz'lIk bir frekans bandini isgal eden herhangi bir analog MRG karmasik sinyalinin, DSM vasitasiyla modülasyonunun yapilmasi mümkün olmaktadir. 1 MHz'Iik kisitlama, yaklasik 1 MHz frekans bant genisligi olan MRG sargisindan kaynaklanmaktadir. MRG frekansi, MRG miknatisina ait olan manyetik alan degeri ve iz y. B esitligi vasitasiyla belirlenmektedir (burada y Larmor frekansidir ve degeri . Bu bulusa ait olan tercih edilen yapilanmanin içinde MRG frekansi 64 MHz olmaktadir. Mevcut bulus ile, MRG sinyal frekansinin operasyonel frekans bandinin içinde yüksek hassasiyet ile ayarlanmasi mümkün olmaktadir.

TABAN BANDI IÇINDE çOK BANTLI SINYAL URETIM BLOGU (CORDIC BLOGU) Koordinat Döndüren Sayisal Bilgisayar (CORDlC) algoritmasi, çok bantli sinyal üretme ve küçük ara tasiyici frekans araligi gereksinimlerini karsilamak amaci ile FPGA içinde kullanilmaktadir. CORDIC IP çekirdeginin 32-bit faz girisi vardir, bu deger ile 1 Hz frekans çözünürlügü ile istenilen frekans degeri elde edilebilir. Çok Bantli Sinyal Uretme Blogu'nun içinde, yukarida belirtilen analog giris sinyali f1n frekansinda bir sinüs sinyali ile çarpilmaktadir, 'öyle ki; Sekil 9' da gösterildigi gibi arzu edilen MRG tasiyici frekansinin (MRG sinyal frekansi) sayisina uygun bir sekilde f1n = sin (2nf11t) + sin frekans bilesenlerinin sayisinin kolay bir sekilde CORDlC içerisinde ayarlanmasi mümkün olmaktadir. Mevcut bulus içinde, f2 frekansi sabit tutulmaktadir ve fin, f2 - fln = deltafn olacak sekilde degistirilmektedir. Bir 'örnek olarak, eger arzu edilen MRG tasiyici frekansi 64,25 MHz olarak seçilir ise, f1n tek frekans bileseni olarak f11'i içermektedir ve deltaf'nin 250 kHz olmasi gerekmektedir. Ornek olarak, eger çok bantli sinyal üretiminin bilesenlerin 64,15 ve 64,25 MHz degerlerinde dahil edilmesini gerektirmekte ve deltafz = f2 - f12 = 250 kHz olacagi sekilde bir sentezlemeyi gerektirmektedir. Bu ve 'daki frekans vasitasi ile modülasyonu yapilmis olan giris sinyaline ait olan spektrum iki adet tamamen farkli olan frekans bileseni (fii ve f12) ile Sekil 10' da gösterilmektedir. Talebe bagli bir sekilde, MRG sinyal frekansi bilesenlerinin sayisinin artmasi mümkün olmaktadir.

Mevcut bulus içinde, fin'nin f2'nin kullanilmasi vasitasi ile ikinci çarpim asamasi olmaksizin dogrudan I ve O sinyali vasitasi ile çarpilmasi mümkün olmaktadir. Bunun ile birlikte, daha yüksek olan deltafn çözünürlügünün iki çarpma asamasi vasitasi ile elde edilmesi mümkün olmaktadir. 0er ki; M ve f2'nin kendi toplamlarini (fin + f2) ayirmak amaci ile seçilmesi gerekmektedir ve spektrum içinde yer alan kendi farklarinin (f2 - f1n) bilesenlerini sonradan filtrelemeyi kolay hale getirmek amaci ile seçilmesi gerekmektedir.

DELTA SIGMA MODULAT'ORU Delta Sigma Modülatörü (DSM), analog giris sinyalini yalnizca 1 bitlik çözünürlük ile sayisal hale dönüstürmek amaci ile kullanilmaktadir. Bu sekilde, modülatörden sonra gelmesi mümkün olan bir anahtar modlu RF güç yükseltecin sayisal sinyalin yüksek verim ile kuvvetlendirilmesi mümkün olmaktadir. Analog giris sinyalinin içinde yer alan zarf bilgisi, DSM blogunun içinde bulunan darbe genlik modülatörü vasitasi ile kodlanmaktadir. DSM blogunun çikisi 1 bit sayisal sinyal olmaktadir. DSM'den temin edilen bir baska avantaj ise, bant içi gürültüsünü bant disina öteleme yetenegi olmaktadir ve buna gürültü sekillendirme adi verilmektedir. Gürültü sekillendirme miktari DSM seviyesi ile ilgilidir ve kararlilik kriterlerine göre 2 seviyeli bir DSM blogu tercih edilmistir. DSM seviyesi ve yüksek hizli örnekleme orani, optimum devre performansina ulasmak amaci ile degistirilebilmektedir. Gürültü (NTF) ve sinyal (STF) transfer fonksiyonlari, iki seviyeli olan bir DSM topolojisi için sirasi ile esitlik 1 ve 2 içinde oldugu gibi türetilmektedir.

DSM'nin FPGA uygulamasi Sekil 6' da verilmektedir. DSM bloguna ait olan giris ve çikis sinyalleri sirasi ile Sekil 7 ve Sekil 8' de gösterilmektedir.

DSM TABANLI WEAVER SSB MODULAT'OR BLOGU DSM tabanli Weaver SSB Modülatörü'ne ait olan blok diyagrami Sekil 11' de gösterilmektedir. Bu modülasyon içinde deltaf, arzu edilen MRG tasiyici frekansi ve MRG frekansi arasinda yer alan frekans farki olmaktadir. Mevcut bulusa ait olan tercih edilen yapilanma içinde, MRG frekansi 64 MHz olmaktadir.

Taban bandi içinde yer alan analog giris sinyalleri (Sinc sinyali) ilk olarak sayisal sinyale dönüstürülmektedir ve daha sonra önceki kismin içinde bahsi geçen sinüs sinyali vasitasi ile bir f1n (Sekil 11 içinde yer alan (a)) frekansinda çarpilmaktadir. Sekil 12 ve Sekil 13! de, Sekil 11 içinde yer alan (a)'daki sinyale ait olan zaman domeni sinyali ve frekans spektrumu sirasi ile f11 = 2650 kHz için gösterilmektedir. Daha sonra, Sekil 11 içinde yer alan (a)' daki sinyal ileriki frekans modülasyonu için iki esit güç sinyaline bölünmektedir. Bunun ardi sira, iki kol SSB modülasyonu için es fazli ve dik fazli olan sinüs sinyalleri ile f2 frekansinda çarpilmaktadir ve (b1) ve (b2)'de olan iki sinyal 90 °faz farki ile çarpimdan sonra elde edilmektedir. f11 = 2650 kHz ve f2 = Sekil 14* te gösterilmektedir. Sekil 14, te yer alan sinyale ait olan frekans spektrumu Sekil ' te gösterilmektedir. Çarpma sonrasinda yer alan toplam ve fark bilesenleri Sekil içinde yer alan (b1) ve (b2)) üst frekans bilesenini kaldirmak amaci ile alçak geçiren FIR filtresi vasitasi ile filtrelenmektedir. Bu neden ile, f2-f11frekansinda modülasyonu yapilan sinyal (Sekil 11 içinde (01) ve (02)) DSM islevsel bloklarina ait olan giriste mevcut bulunmaktadir. DSM çikisina (Sekil 11 içinde (d1) ve (d2)) ait olan frekans spektrumu Sekil 16' da gösterilmektedir. Daha sonra iki DSM çikisi, MRG frekansinda es fazli ve dik fazli olarak uygulanan saat frekansi (fMRG = 64 MHz) ile birlikte xnor islemine tabi tutulmaktadir. Iki kol (Sekil 11 içinde yer alan (e1) ve (e2)), daha sonra, alt yan bant sinyalini kaldirmak amaci ile modülasyonu tek yan banda dönüstürmek için MUX blogu ile toplanmaktadir. Sekil 11' de yer alan çikis sinyali, fclock±deltaf frekansinda SSB modülasyonu yapilmis olan sinyal haline gelmektedir. f11 = 2650 kHz modüle edilmektedir. Bir hat üzerinden sinyal çoklamada örnekleme frekansinin 4xfclock olmasi gerekmektedir, çünkü lQ modülatörlerinin içinde 90 °faz farki zorunlu olmaktadir ve saatin bir örneklemin 4xfclock örnekleme frekansinda kaydirilmasi vasitasi ile elde edilmesi mümkün olmaktadir.

DSM TABANLI WEAVER SSB MODULASYONUNA SAHIP OLAN IQ MODULATORU DSM tabanli Weaver SSB modülasyonuna sahip olan bir IQ modülatörünün blok diyagrami Sekil 5* te verilmektedir. MRG sinyali karmasik bir sinyal oldugu için, lQ mod'ulatörun'un kullanilmasi gerekmektedir. Karmasik taban bandi analog sinyali, I ve O bilesenlerine ayristirilmaktadir. Bunun ardi sira, sinyalin f1n'de (Sekil 5 içinde (a)) IQ modülasyonu yapilmaktadir. IQ modülasyonu yapilmis olan sinyal, fz'frekansina ait es fazda olan ve dik fazli bilesen vasitasi ile çarpilmaktadir. i ve O kollarinda (M ve b2) yer alan çikislar Sekil 5! te gösterilmektedir. Daha sonra, bu iki sinyal FIR alçak geçiren filtre vasitasi ile filtrelenmektedir ve her DSM modülünün içine gönderilmektedir. Her bir DSM bloguna (Sekil 5 içindeki (d1) ve (d2)) ait olan çikis, IQ modülasyonu için Fs/ 4 degerinde olan bir saat frekansi ile çarpilmaktadir ve Sekil 5 içinde yer alan (e1) ve (e2) üretilmektedir. Bunun ardi sira, bu iki sinyal (Sekil 5 içindeki (e1) ve (e2)) MUX blogu içinde çoklanir ve bir hattan birden fazla sayida olan sinyal seklinde gönderilir.

Fs / 4 + deltaf frekansinda olan modülasyonu yapilmis MRG sinyali SSB modülasyonuna sahip olan MUX çikisinda üretilmektedir.

Sekil 18 ve Sekil 19, da sirasi ile giris genlik ve faz sinyallerine ait olan bir Örnek gösterilmektedir. Modülatör çikisinda yer alan MRG sinyaline ait olan frekans spektrumu 64,25 MHz MRG frekansi için Sekil 20, de verilmektedir. Bant geçiren sekilde filtrelenmis olan çikis Sekil 21' de gösterilmektedir. Sayisal olarak modülasyonu yapilmis olan çikis sinyaline ait olan demodüle(taban bandi) genlik sinyali hesaplanmakta ve Sekil 22' de çizilmektedir. Tamamen sayisal olan lQ modülatör çikisinda yer alan genlik sinyalinin, giris genlik sinyali ile iyi uyum içinde oldugu görülmektedir. Çok bantli sinyal 'üretimine bir örnek olarak, hepsi farkli frekanslarda olan bes sinyal önceden açiklandigi gibi taban bandinda sentezlenmektedir. Daha sonra sentezlenmis olan 200 kHz degerindeki bir bant boyunca mevcut bulunmaktadir. Sayisal çoklu bant sinyali Sekil 23' te verilmektedir. Ara tasiyici frekans araligi 50 kHz olan 5 frekansli tasiyicilara sahip olan bant geçiren filtrelenmis çikis Sekil 247 te gösterilmektedir.

Claims (4)

ISTEMLER

1. Sinyal modülasyonlari ve amplifikasyonlarinin sinyal vericinin antenine kadar tamamen sayisal bir sekilde kullanildigi, Tibbi Görüntüleme Cihazlari için tamamen sayisal olan bir RF sinyal vericisi olup, özelligi; - bir analog giris sinyalini, Delta Sigma Modülasyonu'nun (DSM) kullanilmasi vasitasi ile sayisal olan bir MRG sinyaline dönüstüren bir adet analog sayisal dönüstürücü, - bir adet DSM tabanli olan Weaver SSB Modülatörü, - sayisal MRG sinyalinin en az bir sinüs sinyali ftn ile çarpilmasini, burada f2 - fin = deltafn olmasi ve deltafninin arzu edilen MRG tasiyici frekansi ile MRG frekansi arasinda yer alan frekans farki olmasi ve f2'nin istege bagli bir sekilde belirlenen sabit bir frekans olmasini, - sayisal çarpimin sonucu olan sayisal MRG sinyalinin iki esit genlikte sinyale ayrilmasini, -bölünen es genlikli iki sinyalin f2 frekansinda es fazli ve dik fazli sinüs sinyalleri ile çarpilmasini, -iki sinyalin yüksekfrekansli bilesenlerinin bastirilmasi için bir alçak geçiren FlR filtresi vasitasi ile filtrelenmesini, - alçak geçiren FIR filtre çikislarinin bir DSM islevsel blogu vasitasi ile sayisal modüle edilmesini, - DSM islevsel blok çikislarinin MRG frekansinda es fazli ve dik fazli olarak uygulanan saat frekansi ile birlikte bir xnor islemine tabi tutulmasini, - alt yan bant sinyalini kaldirmak ve tek bir yan bant vasitasi ile modülasyonu yapilmis olan sayisal MRG sinyali elde etmek amaci ile xnor operasyonu çikislarinin bir MUX blogu araciligi ile birbirleriyle toplanmasini içermesidir.

2. istem 1i e uygun tamamen sayisal olan bir sayisal RF sinyal vericisi olup, özelligi; analog sayisal dönüstürücü blogunun bir l / Q modülatör blogu içermesidir.

3. Sinyal modülasyonlari ve amplifikasyonlarinin sinyal vericinin antenine kadar tamamen sayisal bir sekilde kullanildigi, Tibbi Görüntüleme Cihazlari için Tamamen sayisal bir RF sinyal vericisi yöntemi olupi özelligi; - bir analog giris sinyalini Delta Sigma Modülasyonu'nun (DSM) kullanilmasi vasitasi ile sayisal olan bir MRG sinyaline dönüstürmesi, - sayisal MRG sinyalinin en az bir sinüs sinyali f1n ile çarpilmasini, burada f2-f1n=deltafn olmasi ve deltafn'nin arzu edilen MRG tasiyici frekansi ile MRG frekansi arasinda yer alan frekans farki olmasi ve f2 frekansinin istege bagli bir sekilde belirlenen sabit bir frekans olmasi, - sayisal çarpimin sonucu olan sayisal MRG sinyalinin iki esit genlikte sinyale ayrilmasini, - bölünen es genlikli iki sinyalin f2 frekansinda es fazli ve dik fazli sinüs sinyalleri ile çarpilmasini, -iki sinyalin yüksek frekansli bilesenlerinin bastirilmasi için bir alçak geçiren FlR filtresi vasitasi ile filtrelenmesi, - alçak geçiren FIR filtre çikislarinin bir DSM islevsel blogu vasitasi ile sayisal modüle edilmesi, - DSM islevsel blok çikislarinin MRG frekansinda es fazli ve dik fazli olarak uygulanan saat frekansi ile birlikte bir xnor islemine tabi tutulmasi, -alt yan bant sinyalini kaldirmak ve tek bir yan bant vasitasi ile modülasyonu yapilmis olan sayisal MRG sinyali meydana getirmek amaci ile xnor operasyonu çikislarinin bir MUX blogu araciligi ile birbirleriyle toplanmasi adimlarini içermesidir.

4. Istem 3'e uygun tamamen sayisal olan RF sinyal vericisi yontemi olup, özelligi; analog giris sinyalinin sayisal bir MRG sinyaline dönüstürülmesi için analog sinyale ait olan l ve O bilesenlerini ayristirma adimlarini içermesidir.