基于软件无线电技术的核磁共振控制台设计

1、    基于软件无线电技术的核磁共振控制台设计    赵健摘要：本文主要介绍了软件无线电技术，核磁共振控制台设计技术，重点是基于软件无线电技术的核磁共振控制台设计，早期由于电子技术发展的限制，采用的是模拟控制台技术，设计繁复，涉及的器件太多，整机调试难度大，核磁共振谱生成的速度慢，准确性低，稳定性差，该核磁共振控制台在仪器中的应用提高了系统的灵活性、可靠性，降低了系统的成本。关键词：核磁共振 软件无线电 控制台：tp311.52 ：a ：1007-9416（2014）12-0019-011 引言核磁共振仪器主要由控制台系统，磁体系统，探头系统，软件系统构

2、成。其中，核磁共振控制台系统是仪器的核心部件之一，早期由于电子技术发展的限制，采用的是模拟控制台技术，设计繁复，涉及的器件太多，整机调试难度大，核磁共振谱生成的速度慢，准确性低，稳定性差。而采用超外差式和直接数字频率合成芯片的数字控制台，成本高昂，整体不够灵活。本文提出基于软件无线电技术的核磁共振控制台设计，整体具有灵活可靠，成本低的显著特点。2 软件无线电技术简介软件无线电技术的概念来自于无线电通信领域。核心理念是把硬件作为无线通信的基本平台，而把尽可能多的无线及个人通信功能用软件实现。软件无线电技术首先诞生于军事上的应用，由于其优良的特点，软件无线电技术很快渗透到民用的无线移动通信领域。本

3、文提出把软件无线电的思想移植到核磁共振控制台系统的设计之中，采用简化的标准的硬件系统，运用数字信号处理软件技术，模块化的硬件结构增加了系统的灵活性和可靠性。3 核磁共振控制台设计核磁共振控制台主要由dsp、fpga、dds、功分器、混频器、功放器、双工器、前放器、数字中频接收器构成。核磁共振控制台系统框图如图1。dsp采用ti公司的tms320c6713处理器，工作最高时钟可达300mhz，处理能力达到2400mips。外部扩展64mb的flash，用于存储dsp运行代码和大量非易失性数据。而且还扩展了128mb的sdram，用于外部存储临时性数据，dsp主要用于核磁共振控制台系统的数字信号处

4、理。fpga采用altera公司的ep2c70f672c8，dsp与fpga通过总线形式连接。fpga扩展了256kb的eeprom，8mb的sram，并通过以太网接口控制lan91c111集成电路实现100m以太网接口用于核磁共振谱数据上传。fpga采用并行控制机制，内部脉冲序列控制fpga本身时序产生。主要用于控制外部dds和数字中频接收器，fpga系统通过io控制dds频率发生器，产生一路中频信号和一路本振信号。中频信号首先进入混频器。另外一路本振信号经过功分器后，分解为两路本振信号，其中一路本振信号与中频信号一起进入混频器合成射频信号，射频信号经过功放器进行功率放大，然后进入双工器切换

5、进入探头。从探头返回的射频fid信号通过双工器切换进入前放器进行初级放大，初级放大后的射频fid信号与另外一路本振信号进入混频器，解调出中频信号，中频信号进入数字中频接收器，数字中频接收器进行中频信号的直接采集，数字正交检波，数字滤波后进入fpga系统，其中数字中频接收器采用ad6655，数字接收中频信号为20mhz时，采样精度是14位，信号采集的最大带宽可达3.3mhz（4k点）。dds频率发生器采用ad9959集成电路，射频发射频率可从2khz-125mhz，射频接收带宽最高可达12.5mhz，能够进行4种相位调制（0°，90°，180°，270°）

6、。功分器采用psc-2-1，混频器采用tak-1h+，功放器采用n146-4757a，双工器采用n120-2067g，前放器采用n141-304ab。核磁共振控制台整机采用模块化的设计方式。核磁共振控制台系统测试指标：频率范围：2khz-125mhz；90度脉冲相位变换精度小于100ns；脉冲上升时间小于50ns；正常条件下1vpp输出；80mhz数字频率，动态范围可达14位；带宽：20mhz；数字滤波器和数字积分检测；66db可变增益，总增益大于80db（不包括前置放大器）；快速接收恢复时间，小于1微妙。4 结语利用软件无线电技术的设计思想，研究设计的核磁共振控制台装置。通过dsp和fpga高端处理器配置，控制模块化的底层硬件，非常适合核磁共振仪器的系统集成。发挥了系统的各自优势，增强了系统的设计灵活性和可靠性。参考文献1杨小牛，楼才义.软件无线电原理与应用m.电子工业出版社.2俞珺，杜泽涵.核磁共振波谱仪发展新趋势