核磁共振射频接收信号数字向下转换的实现装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种核磁共振射频接收信号数字向下转换的实现装置及方法，基于ＦＰＧＡ技术实现，包括直流偏移抑制器、指令译码器、数控振荡器、实部通道和虚部通道以及输出控制接口，直流偏移抑制器对在数字信号处理过程中产生的直流偏移量进行抑制；指令译码器实时解析出数控振荡器控制字、ＣＩＣ梳状滤波器相关控制字以及ＤＤＣ输出控制字；数控振荡器实时解析出的数控振荡器控制字；实部通道和虚部通道完成数字化的核磁共振自由感应衰减信号从射频信号到基带信号的正交检测操作；输出控制接口实现与后续数字信号处理模块或数据存储器的数据通信。本发明专利技术实用性强，可根据用户需求灵活升级，避免由于关键器件生命周期终止而导致的整机产品无法持续推出或随之停产等危机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及核磁共振
，具体地说是一种核磁共振射频接收信 号数字向下转换的实现装置及方法。技术背景DDC ( Digital Down Converter)数字向下转换器是MRI扫描控制系统 中射频接收部分的核心模块，负责完成数字化FID (Free Induced Decay) 自由感应衰减信号的解调、向下数据率转换、数字滤波等功能，与MRI图 像信噪比SNR ( Signal-to-Noise-Rate )直接相关。同时，DDC数字向下转 换器也是现代通信系统核心器件，承担数字通信信号的后处理功能。传统MRI扫描控制系统中的数字向下转换器，以及当前数字通信系统 的数字信号接收处理，大都采用专用可编程的DDC芯片实现，因而相应产 品的生命周期会受到DDC芯片供应商的限制。现有技术中，Altera公司提出了两种分别基于FPGA的DDC实现方法， 方法1:釆用了单 一类型的FIR ( Finite Impulse Resonance )滤波器以及NCO (Numerically Controlled Oscillator),实现了对基带输入信号的实部I和虛 部Q的数字向下转换(DDC)处理。实现这一转换的技术主题是通过三阶 均具有固定抽取率的、固定数据截断的FIR滤波器级联，完成总抽取率固 定为(2x4x3=) 24的数字向下转换(参考《AN 279: Digital Downconverter (DDC) Reference Design Altera July 2003， ver. 2.1》； http:〃www.altera.com.cn/literature/an/an279.pdf ); 方法 2 : 釆用了 CIC (Cascaded Integrator Comb )滤波器和补偿FIR滤波器，实现了对TDM 信号的数字向下转换(DDC)处理。实现这一转换的技术主题是通过一个 抽取率恒定为I^4的CIC滤波器，与一个110阶的补偿FIR级联，完成总 抽取率固定为(2x4= )8的数字向下转换(《Designing Digital Down Conversion Systems using CIC and FIR Filters 》 ； http:〃www.altera.com.cn/support/examples/dsp-builder/exm-digital-down-conv-cic-fir.html )。针对方法1而言，Altera提出的方法是釆用多个具有抽取功能的FIR 滤波器的级联，实现固定数据抽取率的数字向下转换，其结构如图l所示。 由于FIR的抽取率通常都较低，要实现高数据率的转换，需要多个带有抽 取功能FIR滤波器才能实现，因此这种方法要占用大量的FPGA资源，从而导致设计成本的提高。针对方法2而言，Altera提出的方法从结构上要优于方法1，它主要是 由CIC滤波器和补偿FIR滤波器组成，所用的资源相对少得多，但该方法所釆用的CIC滤波器的抽取率仍然是固定的，其实现的原理如图2所示，因此这种方法只能将一个高数据率基带输入信号变成一个数值不变的低数据率的基带信号。通过以上对Altera两种DDC实现方法的分析，我们得出这样的结论 方法1提供的实现结构所需FPGA资源多，同时不能根据用户的要求实现 可变数据率的实时转换；方法2提供的实现结构虽然可以节省FPGA资源， 但也不能实现可变数据率的实时转换。
技术实现思路
针对现有技术中核磁共振射频接收信号数字向下转换方法存在的不能 实现可变数据的实时转换的问题，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基 于Altera FPGA技术的核磁共振射频接收信号数字向下转换的实现装置及 方法。为解决上述技术问题，本专利技术釆用的技术方案是本专利技术一种核磁共振射频接收信号数字向下转换的实现装置，基于 FPGA技术实现，包括直流偏移抑制器、指令译码器、数控振荡器、实部通 道和虛部通道以及输出控制接口，其中直流偏移抑制器，将来自MRI射频接收线圏的自由感应衰减信号的直 流偏移量以及在数字信号处理过程中产生的直流偏移量进行抑制，并分别 发送至实部通道和虛部通道；指令译码器，接收来自微处理器的DDC控制命令，实时解析出数控振 荡器控制字、CIC梳状滤波器相关控制字以及DDC输出控制字，分别送至 数控振荡器、实部通道及虛部通道中的CIC滤波器组件以及输出控制接口；数控振荡器，根据指令译码器实时解析出的数控振荡器控制字，从其 同相信号输出端和正交信号输出端分别输出频率相同、相位正交、以二进 制补码表示的同相信号和正交信号，其中同相信号送入DDC的实部通道， 正交信号送入到DDC的虛部通道；实部通道和虛部通道，完成数字化的核磁共振自由感应衰减信号从射 频信号到基带信号的正交检测操作，从高数据率到低数据率的转换操作， 以及对在数字信号处理过程中产生的直流偏移量的抑制和数据溢出的处 理；输出控制接口，由实部通道和虛部通道的输出数据组成的并行数据输 出通道，实现与后续数字信号处理模块或数据存储器的数据通信。所述实部通道和虛部通道均由正交检测组件、CIC滤波器组件、FIR补 偿滤波器组件组成，其中正交检测组件，包括射频解调器和I型抗直流抗溢出数据截断器，在 实部通道和虛部通道的射频解调器中，分别与来自数控振荡器的同相输出 信号和正交输出信号作解调运算，得到解调数据结果；I型抗直流抗溢出 数据截断器对各自通道解调输出的结果数据进行抗直流和抗溢出数据收敛截断操作；CIC滤波器组件，沿控制流方向依次由抽取率可变的CIC滤波器、CIC输出调整器、n型抗直流抗溢出数据截断器、cic增益补偿器、m型抗直流抗溢出数据截断器组成，用于对来自MRI射频接收线圈的自由感应衰减信号的采样数据抽取、cic输出调整、增益补偿以及抗直流抗溢出的数据 截断操作；FIR补偿滤波器组件，由FIR补偿滤波器及IV型抗直流抗溢出截断器组 成，用于补偿CIC滤波器通带向下卷曲的频率特性，实现直流抗溢出数据 截断，使其输出与输出控制接口的数据宽度相匹配。本专利技术 一种核磁共振射频接收信号数字向下转换的实现方法包括以下 步骤由直流偏移抑制器接收来自MRI射频接收线圈的自由感应衰减信号， 指令译码器通过标准串行接口接收来自上位机的DDC控制输入数据，在指令译码器中对上述串行的DDC控制输入数据进行并行转换操作， 并发解析出控制字，分别送入相应的数控振荡器、实部通道及虛部通道中 的CIC滤波器组件以及输出控制接口 ；正交检测组件根据数控振荡器传送的指定频率、相位及频谱的两个相 互正交的本振信号，对经直流抑制的来自MRI射频接收线圈的自由感应衰 减信号进行正交检测操作，输出的实部数据和虛部数据分别送入实部通道 的CIC滤波器组件和FIR补偿滤波器组件以及虛部通道的CIC滤波器组件 和FIR补偿滤波器组件，实现对来自MRI射频接收线圈的自由感应衰减信 号的釆样数据抽取、CIC输出调整、CIC增益补偿、FIR补偿滤波以及抗直 流抗溢出数据的截断操作；通过输出控制接口将实部数据和虛部数据进行整合，发送至后续数字 信号处理模块或数据存储器。上述并发解析出三类控制字包括以下步骤定义串行通信接口协议；如果存在复位信号且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核磁共振射频接收信号数字向下转换的实现装置，基于ＦＰＧＡ技术实现，其特征在于：包括直流偏移抑制器、指令译码器、数控振荡器、实部通道和虚部通道以及输出控制接口，其中：　直流偏移抑制器，将来自ＭＲＩ射频接收线圈的自由感应衰减信号的直流偏移量以及在数字信号处理过程中产生的直流偏移量进行抑制，并分别发送至实部通道和虚部通道；　指令译码器，接收来自微处理器的ＤＤＣ控制命令，实时解析出数控振荡器控制字、ＣＩＣ梳状滤波器相关控制字以及ＤＤＣ输出控制字，分别送至数控振荡器、实部通道及虚部通道中的ＣＩＣ滤波器组件以及输出控制接口；　数控振荡器，根据指令译码器实时解析出的数控振荡器控制字，从其同相信号输出端和正交信号输出端分别输出频率相同、相位正交、以二进制补码表示的同相信号和正交信号，其中同相信号送入ＤＤＣ的实部通道，正交信号送入到ＤＤＣ的虚部通道；　实部通道和虚部通道，完成数字化的核磁共振自由感应衰减信号从射频信号到基带信号的正交检测操作，从高数据率到低数据率的转换操作，以及对在数字信号处理过程中产生的直流偏移量的抑制和数据溢出的处理；　输出控制接口，由实部通道和虚部通道的输出数据组成的并行数据输出通道，实现与后续数字信号处理模块或数据存储器的数据通信。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史建华，吴林，孙佳音，
申请(专利权)人：东软飞利浦医疗设备系统有限责任公司，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]