一种能降低低频噪声的磁共振成像ＭＲＩ系统前置放大器技术方案

一种能降低低频噪声的磁共振成像ＭＲＩ系统前置放大器属于射频电子放大器领域，其特征在于，含有砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管Ｔ１、接入所述晶体管Ｔ１栅极的输入匹配网络，接入所述晶体管Ｔ１和地之间的反馈网络，与所述输入匹配网络相连的直流偏置网络，以及与电源Ｖｃｃ相连的滤波网络，所述滤波网络输出端和所述直流偏置网络的输入端相连，同时再经分压后与所述输出匹配网络的输入端相连。本实用新型专利技术在１０ＭＨｚ－１００ＭＨｚ的频带内绝对稳定，能在任意中心频率实现小于０．４５ｄＢ的噪声系数和大于２５ｄＢ的信号增益，而且带宽只有５ＭＨｚ，有利于抑制ＭＲＩ系统中频带外噪声对图像质量的影响，而且只有一级放大电路，易于设计和调试。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

—种能降低低频噪声的磁共振成像MRI系统前置放大器，属于射频电子中的放大 器领域。
技术介绍
在现有的磁共振成像MRI系统低噪声前置放大器的设计中，低噪声晶体管通常是 GaAsFET或HEMT，以获得低噪声和高增益性能。但这种晶体管在低频下过高的增益使其在 低频下，特别是在小于50MHz的频段下，处于严重的潜在不稳定状态。GE公司的US4835485 专利提供了目前唯一被公布的可工作在50MHz以下的低噪声放大器电路，该放大器是使用 由两级放大电路构成的电路结构，其中第一级放大电路的功能是实现电路的噪声匹配以及 对信号的初步放大，第二级电路的功能是为信号提供一定的增益，并且为第一级电路提供 合适的负载阻抗，使整个电路稳定工作。通过调试，该放大器电路可以在15MHz到500MHz 中的任意目标频率实现低噪声和绝对稳定。但是这种两极放大结构增加了电路的设计难度 和成本，降低了其工作可靠性，并且该电路不适合使用在工作频率为12. 6MHz的0. 3T磁共 振成像系统中。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种单级放大结构的低噪声前置放大器电路，以克服现 有放大器设计难度和成本大、可靠性不高以及不适合工作在15MHz以下频段的缺点。 本技术的特性在于，含有一个型号为ATF-54143的砷化镓增强型伪形态高电 子迁移率晶体管(Tl)， 一个输入匹配网络， 一个反馈网络， 一个直流偏置网络， 一个滤波网 络以及一个输出匹配网络，其中， 输入匹配网络，实现对所述前置放大器的噪声匹配，含有第一电容(Cl)，第二电 容(C2)，第三电容(C3)和第一电感(Ll)，其中， 第一电容(Cl)，第二电容(C2)和第一电感(Ll)各有一端共连后接所述砷化镓增 强型伪形态高电子迁移率晶体管(Tl)的栅极，第三电容(C3)的一端和所述第一电感(Ll) 的另一端相连，所述第二电容(C2)的另一端和第三电容(C3)的另一端共同接地，所述第 一电容(Cl)的另一端通过保护电路与输入端口 (Input)连接所述保护电路由第一二极管 (Dl)和第二二极管(D2)构成，所述第一二极管(Dl)的正极和第二二极管(D2)的负极共同 接地，所述第一二极管(Dl)的负极和第二二极管(D2)的正极相连后共同与所述第一电容 (Cl)的另一端和输入端口 (Input)相连， 反馈网络，由第三电感(L3)构成，一端与所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率 晶体管(Tl)的源极相连，而所述第三电感(L3)的另一端接地， 直流偏置网络，实现对所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(Tl)的静 态工作点的控制，含有第一电阻(Rl)，第二电阻(R2)，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，所 述第一电感(Ll)的另一端依次串联所述第四电阻(R4)和第一电阻(Rl)后接地，所述第四电阻(R4)和第一电阻(Rl)的串接点又依次串联第二电阻(R2)和第三电阻(R3)，而所述第 三电阻(R3)的一端为所述直流偏置网络的输入端， 滤波网络，用于抑制直流电源(Vcc)引入所述磁共振成像MRI系统前置放大器的 噪声，含有第七电容(C7)，第八电容(C8)和第四电感(L4)，其中，所述第四电感(L4)的一 端接所述直流电源(Vcc)，另一端通过并联的所述第七电容(C7)和第八电容(C8)接地，同 时与所述第三电阻(R3)的所述直流偏置网络的输入端相连， 输出匹配网络，实现对所述MRI系统前置放大器的输出阻抗匹配，含有第四电容 (C4)，第五电容(C5)，第六电容(C6)，第五电阻(R5)和第二电感(L2)，其中所述第四电容 (C4) 一端为所述输出匹配网络的输出端，另一端和所述第五电容(C5)，第二电感(L2)和 第五电阻(R5)各自的一端相连后接砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管(Tl)的漏 极，所述第六电容(C6) —端接地，另一端和所述第五电容(C5)，第二电感(L2)和第五电阻 (R5)各自的另一端相连后接所述互相串联的第二电阻(R2)和第三电阻(R3)的串接处。本技术的MRI系统低噪声前置放大器有如下优点 1.本技术的低噪声放大器在10腿z-100腿z的频带内绝对稳定，通过调节输 入输出匹配网络，可以在任意中心频率实现小于0. 45dB的噪声系数和大于25dB的信号增.、 2.本技术的低噪声放大器的带宽小于5MHz，有利于抑制MRI系统中频带外噪 声对图像质量的影响。 3.本技术的低噪声放大器只含有一级放大电路，设计和调试过程较为简单， 并有助于降低成本。附图说明图1为本技术的低噪声放大器电路结构图。 图2为本技术的低噪声放大器结构框图。 图3为US4835485专利公布的低噪声放大器结构框图。具体实施方式本技术的目的是通过以下技术方案来实现的，本技术的低噪声前置放大 器含有 —个型号为ATF-54143的砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管Tl，所述的晶体管Tl采用共源极结构组成电压串联负反馈放大器电路，对输入信号进行放大，其源极通过电感L3接地，其栅极通过输入匹配网络与输入端口 Input和直流偏置网络连接；晶体管Tl的漏极通过输出匹配网络与输出端口 Output和直流偏置网络连接。 —个滤波网络，抑制直流电源引入电路的噪声，包括电容C7， C8和电感L4，电容C7和C8并联，一端直接接地，其另一端通过电感L4与直流电源Vcc连接。 —个直流偏置网络，实现对晶体管的静态工作点的控制，包括电阻Rl， R2， R3和R4，电阻R1的一端直接接地，其另一端经电阻R4和电感L1与所述的晶体管T1的栅极连接，经电阻R2和电感L2与所述的晶体管Tl的漏极连接，电阻R3的一端经所述的滤波电路与直流电源连接，另一端经电感L2与所述的晶体管T1的漏极连接。 —个输入匹配网络，实现对放大器的噪声匹配，包括电容C1，C2，C3和电感L1，电 容C1的一端通过保护电路与输入端口 Input连接，另一端与所述的晶体管T1的栅极连接， 电容C2的一端直接接地，另一端与所述的晶体管T1的栅极连接，电容C3的一端直接接地， 另一端通过电感Ll与所述的晶体管Tl的栅极连接。 —个输出匹配网络，实现对放大器的输出阻抗匹配，并提高其稳定性，包括电容 C4， C5， C6，电感L2和电阻R5，电容C4的一端连接输出端口 Output,其另一端与所述的晶体 管Tl的漏极连接，电容C5与电感L2、电阻R5并联， 一端与晶体管Tl的漏极连接，其另一端 通过电容C6接地。 以下结合附图进一步说明其工作原理及对各元件参数的要求。 本技术的低噪声放大器结构框图如图2所示，本技术的低噪声放大器电路包括一个砷化镓高电子迁移率晶体管， 一个反馈网络， 一个滤波网络， 一个直流偏置网络，一个输入匹配网络以及一个输出匹配网络。 本技术的低噪声放大器电路结构图如图1所示。 本技术的低噪声放大器采用晶体管Tl源极接地过孔的杂散电感作为源极负 反馈网络，在几乎不影响放大器噪声性能的情况下大幅提高其低频稳定性。由电容C7， C8 和L4组成滤波网络，其中电容C7和C8分别为nF和pF量级，以确保该低通滤波电路在相当 宽的频段内滤除电源噪声。由电阻R1， R2， R3和R本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能降低低频噪声的磁共振成像ＭＲＩ系统前置放大器，其特征在于：含有一个型号为ＡＴＦ－５４１４３的砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管（Ｔ１），一个输入匹配网络，一个反馈网络，一个直流偏置网络，一个滤波网络以及一个输出匹配网络，其中，输入匹配网络，实现对所述前置放大器的噪声匹配，含有：第一电容（Ｃ１），第二电容（Ｃ２），第三电容（Ｃ３）和第一电感（Ｌ１），其中，第一电容（Ｃ１），第二电容（Ｃ２）和第一电感（Ｌ１）各有一端共连后接所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管（Ｔ１）的栅极，第三电容（Ｃ３）的一端和所述第一电感（Ｌ１）的另一端相连，所述第二电容（Ｃ２）的另一端和第三电容（Ｃ３）的另一端共同接地，所述第一电容（Ｃ１）的另一端通过保护电路与输入端口（Ｉｎｐｕｔ）连接，所述保护电路由第一二极管（Ｄ１）和第二二极管（Ｄ２）构成，所述第一二极管（Ｄ１）的正极和第二二极管（Ｄ２）的负极共同接地，所述第一二极管（Ｄ１）的负极和第二二极管（Ｄ２）的正极相连后共同与所述第一电容（Ｃ１）的另一端和输入端口（Ｉｎｐｕｔ）相连，反馈网络，由第三电感（Ｌ３）构成，一端与所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管（Ｔ１）的源极相连，而所述第三电感（Ｌ３）的另一端接地，直流偏置网络，实现对所述砷化镓增强型伪形态高电子迁移率晶体管（Ｔ１）的静态工作点的控制，含有：第一电阻（Ｒ１），第二电阻（Ｒ２），第三电阻（Ｒ３）和第四电阻（Ｒ４），所述第一电感（Ｌ１）的另一端依次串联所述第四电阻（Ｒ４）和第一电阻（Ｒ１）后接地，所述第四电阻（Ｒ４）和第一电阻（Ｒ１）的串接点又依次串联第二电阻（Ｒ２）和第三电阻（Ｒ３），而所述第三电阻（Ｒ３）的一端为所述直流偏置网络的输入端，滤波网络，用于抑制直流电源（Ｖｃｃ）引入所述磁共振成像ＭＲＩ系统前置放大器的噪声，含有：第七电容（Ｃ７），第八电容（Ｃ８）和第四电感（Ｌ４），其中，所述第四电感（Ｌ４）的一端接所述直流电源（Ｖｃｃ），另一端通过并联的所述第七电容（Ｃ７）和第八电容（Ｃ８）接地，同时与所述第三电阻（Ｒ３）的所述直流偏置网络的输入端相连，输出匹配网络，实现对所述ＭＲＩ系统前置放大器的输出阻抗匹配，含有：第四电容（Ｃ４），第五电容（Ｃ５），第六电容（Ｃ６），第五电阻（Ｒ５）和第二电感（Ｌ２），其中：所述第四电容（Ｃ４）一端为所述输出匹配网络的输出端，另一端和所述第五电容（Ｃ５），第二电感（Ｌ２）和第五电阻...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄璐巍，李烨，蒋晓华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]