專利名稱：一種射頻脈沖直角相位設(shè)置方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種在磁共振成像(MRI)系統(tǒng)中設(shè)置射頻(RF)脈沖相位的方法及電路。
背景技術(shù)：
在MRI系統(tǒng)中，用到如下形式被調(diào)制的RF脈沖(假設(shè)初相為0，下同)a(t)cos(ωt+φ)+b(t)sin(ωt+φ)………(1)其中，a(t)+jb(t)為復(fù)包絡(luò)信號，cos(ωt+φ)+j sin(ωt+φ)為復(fù)載波信號，ω為RF脈沖載波頻率，φ為RF脈沖載波相位。在MRI成像序列(sequence)中，經(jīng)常用到直角相位設(shè)置，即把φ設(shè)置為0°，90°，180°，270°。
在用直接數(shù)字頻率合成器(DDS)產(chǎn)生RF脈沖時，通常在DDS中只存有1/4周期的cos和sin表，利用對稱性可以輸出完整的周期。在這種RF脈沖產(chǎn)生方式中，利用下面的三角函數(shù)變換cos(α+90°)＝-sinα………(2)cos(α+180°)＝-cosα………(3)cos(α+270°)＝sinα………(4)sin(α+90°)＝cosα………(5)sin(α+180°)＝-sinα………(6)sin(α+270°)＝-cosα………(7)
直角相位的設(shè)置可以轉(zhuǎn)換為表地址計數(shù)器下行計數(shù)(即sin和cos表交換)以及輸出求負(fù)來實現(xiàn)。例如美國ANALOGIC公司的AN9101型磁共振成像譜儀中就采用了這種方法。其功能框圖見圖1(只實現(xiàn)了實RF脈沖)。這種設(shè)置射頻脈沖直角相位的方法，是通過對射頻脈沖載波的變換和求負(fù)來實現(xiàn)的.而這種方法存在的缺點是(1)所需功能全部由分立元件構(gòu)成，集成度低；(2)包絡(luò)調(diào)制在模擬域完成，模擬信號的漂移、直流分量、正交性差等會導(dǎo)致調(diào)制性能的降低。
近年來，許多公司推出了單片DDS，如INTERSIL公司的STEL1175，1178，AD公司的AD9854，9857等。這些芯片將DDS用到的所有器件，如相位累加器、cos/sin表等全部集成在內(nèi)，有些還將數(shù)字調(diào)制器甚至數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)等均集成在內(nèi)，大大簡化和方便了DDS的設(shè)計。但這些芯片都沒有直角相位設(shè)置功能，而且由于集成度很高，內(nèi)部結(jié)構(gòu)大都不開放，表地址計數(shù)器輸出、載波數(shù)字輸出都不引到片外，無法讓表地址計數(shù)器下行計數(shù)，也無法對載波輸出求負(fù)，因此不可能再利用上述方法設(shè)置直角相位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種方法，這種方法能解決在MRI系統(tǒng)中使用單片直接式數(shù)字合成器(DDS)，而這類DDS芯片既沒有直角相位設(shè)置功能，也沒有直角相位設(shè)置的外設(shè)接口時，對射頻脈沖設(shè)置直角相位的問題。
本發(fā)明的第二個目的是基于上述方法，提出一種射頻脈沖直角相位設(shè)置電路。
本發(fā)明利用上述(2)～(7)式的三角函數(shù)變換，并將(2)～(7)式分別代入(1)式，則有a(t)cos(ωt+90°)+b(t)sin(ωt+90°)＝a(t)[-sin(ωt)]+b(t)cos(ωt)＝[-a(t)]sin(ωt)+b(t)cos(ωt)………(8)a(t)cos(ωt+180°)+b(t)sin(ωt+180°)＝a(t)[-cos(ωt)]+b(t)[-sin(ωt)]＝[-a(t)]cos(ωt)+[-b(t)]sin(ωt)………(9)a(t)cos(ωt+270°)+b(t)sin(ωt+270°)＝a(t)sin(ωt)+b(t)[-cos(ωt)]＝a(t)sin(ωt)+[-b(t)]cos(ωt)………(10)將(8)～(10)式整理后得(11)～(13)式a(t)cos(ωt+90°)+b(t)sin(ωt+90°)＝b(t)cos(ωt)+[-a(t)]sin(ωt)………(11)a(t)cos(ωt+180°)+b(t)sin(ωt+180°)＝[-a(t)]cos(ωt)+[-b(t)]sin(ωt)………(12)a(t)cos(ωt+270°)+b(t)sin(ωt+270°)＝[-b(t)]cos(ωt)+a(t)sin(ωt)………(13)由(11)～(13)式可見，欲將(1)式表述的RF脈沖載波相位設(shè)置為90°，180°，270°的直角相位，可以通過改變RF脈沖載波相位為0°時復(fù)包絡(luò)信號的極性和換位來實現(xiàn)。根據(jù)這一原理，本發(fā)明所述的射頻脈沖直角相位設(shè)置方法包括以下步驟a)將射頻脈沖數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a(n)、b(n)送入換位邏輯中，由直角相位控制信號控制換位邏輯的輸出是否換位，b)求負(fù)邏輯接受所述換位邏輯的輸出信號，由所述直角相位控制信號控制所述求負(fù)邏輯的輸出是否求負(fù)，得相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)、b’(n)，
c)所述相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)、b’(n)分別接入DDS器件的包絡(luò)輸入端，與DDS器件中數(shù)字載波頻率cos(ωn)、sin(ωn)對應(yīng)相乘，輸出射頻脈沖正交調(diào)制分量a’(n)cos(ωn)和b’(n)sin(ωn)，d)所述射頻脈沖正交調(diào)制分量a’(n)cos(ωn)和b’(n)sin(ωn)相加，得射頻脈沖a’(n)cos(ωn)+b’(n)sin(ωn)。
并且步驟a)、b)中所述的直角相位控制信號由二位信號C0、C1編碼實現(xiàn)。
當(dāng)設(shè)定a(n)、b(n)以二進(jìn)制補碼輸入時，步驟b)所述的求負(fù)用求反代替。
上述方法，當(dāng)定義所述直角相位控制信號C0＝0，C1＝0時，所述相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)＝a(n)，b’(n)＝b(n)，射頻脈沖的載波相位不變；當(dāng)定義所述直角相位控制信號C0＝1、C1＝0時，所述相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)＝b(n)、b’(n)＝-a(n)，射頻脈沖的載波相位設(shè)置為90°；當(dāng)定義所述直角相位控制信號C0＝0、C1＝1時，所述相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)＝-a(n)、b’(n)＝-b(n)，射頻脈沖的載波相位設(shè)置為180°；當(dāng)定義所述直角相位控制信號C0＝1、C1＝1時，所述相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)＝-b(n)、b’(n)＝a(n)，射頻脈沖的載波相位設(shè)置為270°。
為實現(xiàn)本發(fā)明的第二個目的所采用的技術(shù)方案是一種射頻脈沖直角相位設(shè)置電路，具有將數(shù)字化包絡(luò)信號與數(shù)字化載波信號合成為射頻脈沖的兩個乘法器和一個加法器，包括第一換位邏輯電路1和第二換位邏輯電路2，每個換位邏輯電路的兩個輸入端分別與數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a(n)、b(n)相連；兩個求負(fù)邏輯電路，第一求負(fù)邏輯電路4和第二求負(fù)邏輯電路5的輸入端分別與第一和第二換位邏輯電路的輸出端對應(yīng)相連；一個直角相位控制電路3，其輸入端與直角相位控制信號C0、C1相連，其輸出端分別與第一和第二換位邏輯電路以及第一和第二求負(fù)邏輯電路的控制端相連，根據(jù)控制信號的指令，所述直角相位控制電路3控制第一和第二換位邏輯電路的輸出是否換位，還控制第一和第二求負(fù)邏輯電路的輸出是否反向，在所述第一和第二求負(fù)邏輯電路的輸出端分別得到相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)、b’(n)，并將所述a’(n)、b’(n)分別送入所述兩個乘法器中。
并且所述換位邏輯電路用二選一多路選擇器實現(xiàn)。
所述求負(fù)邏輯電路用異或門實現(xiàn)。
本發(fā)明提供的方法和電路，由于采用了先將數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號換位、求負(fù)處理，得到相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號后，再將相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號接入高集成度器件DDS的包絡(luò)輸入端，與DDS器件中的數(shù)字化載波信號合成為射頻脈沖，使MRI系統(tǒng)在采用高集成度數(shù)字頻率合成器時，對射頻脈沖直角相位的設(shè)置得以實現(xiàn)，而且方法巧妙，容易實現(xiàn)，電路簡單，成本低。并且由于包絡(luò)調(diào)制是在數(shù)字域完成，所以調(diào)制精確，無漂移，無直流分量。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的功能方框2是本發(fā)明的原理框3是本發(fā)明一個實施例的電路圖具體實施方式
如圖2所示，a(n)、b(n)是數(shù)字化的復(fù)包絡(luò)信號，a’(n)、b’(n)是相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號，C0、C1是直角相位的控制信號，當(dāng)直角相位控制信號C0、C1不同編碼組合時，圖2所示的各功能模塊的工作狀態(tài)不同，所得相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)、b’(n)的結(jié)果也不同，a’(n)、b’(n)與DDS輸出的數(shù)字化載波頻率cos(ωn)、sin(ωn)信號在數(shù)字乘法器6、7中對應(yīng)相乘后，在加法器8中相加，因此實現(xiàn)了對射頻脈沖直角相位0°、90°、180°、270°的設(shè)置。直角相位控制信號C0、C1的設(shè)置與各模塊工作狀態(tài)之間的關(guān)系以及所得相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)、b’(n)的結(jié)果由表1所示表1

下面結(jié)合圖3對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。圖3是本發(fā)明的一個實施例。在該實施例中，換位邏輯1用2選1多路選擇器U1～U4實現(xiàn)，換位邏輯2用2選1多路選擇器U5～U8實現(xiàn)，用c0控制多路選擇器的選擇端A/B。當(dāng)c0為0時，U1～U8選擇1A、2A、3A、4A輸出到1Y、2Y、3Y、4Y，這時對應(yīng)表1中不換位的狀態(tài)；當(dāng)c0為1時，U1～U8選擇1B、2B、3B、4B輸出到1Y、2Y、3Y、4Y，這時對應(yīng)表1中換位的狀態(tài)。而求負(fù)邏輯4用異或門U9～U11和U12的a、b實現(xiàn)，求負(fù)邏輯5用異或門U13～U15和U16的a、b實現(xiàn)。其求負(fù)原理是當(dāng)a(n)、b(n)是二進(jìn)制補碼格式輸入時，根據(jù)補碼運算法則，求負(fù)等于原碼求反加1。由于在本例中a(n)、b(n)均為14bit，因此加不加1誤差僅為1/214，故本例將其舍去，即用求反代替求負(fù)。根據(jù)異或門真值表，當(dāng)兩輸入端相同時，異或門輸出為0，相異時輸出為1，因此用其中一個輸入作控制端，即可控制另一個輸入反向或不反向輸出。當(dāng)這個控制(輸入)端為0時，另一個輸入為0則異或門輸出也為0，反之亦然。這對應(yīng)不求反(負(fù))的狀態(tài)。當(dāng)這個控制(輸入)端為1時，另一個輸入為0則異或門輸出為1，反之亦然。這對應(yīng)求反(負(fù))的狀態(tài)。根據(jù)表1，求負(fù)邏輯4與c1的狀態(tài)相同(c1為0求負(fù)邏輯4不求負(fù)，為1求負(fù))，故用c1直接控制求負(fù)邏輯4，而求負(fù)邏輯5與c0與c1的異或態(tài)相同(c0與c1相同時不求負(fù)，不同時求負(fù))，故用c0和c1經(jīng)異或門U16d異或輸出后控制求負(fù)邏輯5。輸出a’(n)、b’(n)直接接到單片DDS器件包絡(luò)輸入端(本例用AD9857，未畫出)，乘法器、加法器、cos/sin表、DAC均集成在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種射頻脈沖直角相位設(shè)置方法，該方法利用三角函數(shù)變換，將射頻脈沖直角相位的設(shè)置轉(zhuǎn)換成對射頻脈沖載波相位為0°時復(fù)包絡(luò)的處理，該方法包括以下步驟a)將射頻脈沖數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a(n)、b(n)送入換位邏輯中，由直角相位控制信號控制換位邏輯的輸出是否換位，b)求負(fù)邏輯接受所述換位邏輯的輸出信號，由所述直角相位控制信號控制所述求負(fù)邏輯的輸出是否求負(fù)，得相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)、b’(n)，c)所述相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)、b’(n)分別與數(shù)字載波頻率cos(ωn)、sin(ωn)對應(yīng)相乘，輸出射頻脈沖正交調(diào)制分量a’(n)cos(ωn)和b’(n)sin(ωn)，d)所述射頻脈沖正交調(diào)制分量a’(n)cos(ωn)和b’(n)sin(ωn)相加，得射頻脈沖a’(n)cos(ωn)+b’(n)sin(ωn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射頻脈沖直角相位設(shè)置方法，其特征在于步驟a)、b)中所述的直角相位控制信號由二位信號C0、C1編碼實現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種射頻脈沖直角相位設(shè)置方法，其特征在于當(dāng)設(shè)定a(n)、b(n)以二進(jìn)制補碼輸入時，步驟b)所述的求負(fù)用求反代替。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種射頻脈沖直角相位設(shè)置方法，其特征在于當(dāng)定義所述直角相位控制信號C0＝0、C1＝0時，所述相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)＝a(n)、b’(n)＝b(n)，射頻脈沖的載波相位不變。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種射頻脈沖直角相位設(shè)置方法，其特征在于當(dāng)定義所述直角相位控制信號C0＝1、C1＝0時，所述相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)＝b(n)、b’(n)＝-a(n)，射頻脈沖的載波相位設(shè)置為90°。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種射頻脈沖直角相位設(shè)置方法，其特征在于當(dāng)定義所述直角相位控制信號C0＝0、C1＝1時，所述相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)＝-a(n)、b’(n)＝-b(n)，射頻脈沖的載波相位設(shè)置為180°。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種射頻脈沖直角相位設(shè)置方法，其特征在于當(dāng)定義所述直角相位控制信號C0＝1、C1＝1時，所述相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)＝-b(n)、b’(n)＝a(n)，射頻脈沖的載波相位設(shè)置為270°。
8.一種射頻脈沖直角相位設(shè)置電路，具有將數(shù)字化包絡(luò)信號與數(shù)字化載波信號合成為射頻脈沖的兩個乘法器(6)(7)和一個加法器(8)，其特征在于，包括第一換位邏輯電路(1)和第二換位邏輯電路(2)，每個換位邏輯電路的兩個輸入端分別與數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a(n)、b(n)相連；兩個求負(fù)邏輯電路，第一求負(fù)邏輯電路(4)和第二求負(fù)邏輯電路(5)的輸入端分別與第一換位邏輯電路(1)和第二換位邏輯電路(2)的輸出端對應(yīng)相連；一個直角相位控制電路(3)，其輸入端與直角相位控制信號C0、C1相連，其輸出端分別與第一換位邏輯電路(1)和第二換位邏輯電路(2)以及第一求負(fù)邏輯電路(4)和第二求負(fù)邏輯電路(5)的控制端相連，根據(jù)控制信號的指令，所述直角相位控制電路(3)控制第一換位邏輯電路(1)和第二換位邏輯電路(2)的輸出是否換位，還控制第一求負(fù)邏輯電路(4)和第二求負(fù)邏輯電路(5)的輸出是否反向，在所述第一求負(fù)邏輯電路(4)和第二求負(fù)邏輯電路(5)的輸出端分別得到相位設(shè)置后的數(shù)字化復(fù)包絡(luò)信號a’(n)、b’(n)，并將所述a’(n)、b’(n)分別送入所述兩個乘法器中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種射頻脈沖直角相位設(shè)置電路，其特征在于所述換位邏輯電路用二選一多路選擇器實現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種射頻脈沖直角相位設(shè)置電路，其特征在于所述求負(fù)邏輯電路用異或門實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種射頻脈沖直角相位設(shè)置方法及電路，其獨特之處在于利用三角函數(shù)變換，將載波直角相位90°，180°，270°的設(shè)置，轉(zhuǎn)換為0°相位時包絡(luò)信號的換位和求負(fù)，從而解決了一些單片直接式數(shù)字頻率合成器無直角相位設(shè)置功能，又不能對其載波輸出進(jìn)行處理的問題。本發(fā)明方法巧妙，電路簡單，容易實現(xiàn)，并且成本低。
文檔編號G01R33/32GK1510432SQ0214977
公開日2004年7月7日 申請日期2002年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月24日
發(fā)明者胡曾千, 臧繼運, 邢研 申請人:深圳安科高技術(shù)股份有限公司