基于PCI总线的MRI数字频率源及梯度发生器设计

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本论文的主要工作就是设计和研制用于小型核磁共振成像系统的数字化频率源和梯度波形产生单元,实现谱仪发射通道的全数字化。 对直接数字频率合成器(DDS)AD9854设计了基于PCI总线的数字逻辑控制电路系统。可以输出0-125MHz的信号,能同时输出I、Q两路正交信号,并且可以输出分别与I、Q互补的两路正交信号。即可以同时输出相差90°的四路信号。用其中一路驱动发射机,另外两路正交输出用作接收机正交解调的参考信号。频率切换速度可达到250ns,相位切换速度可达到30ns。利用DDS内部幅度寄存器和幅度乘法器,以软件编程对DDS内数字RF进行幅度调制。能直接输出所需要的RF脉冲中心频率和波形(如Sinc函数或Guass函数等),满足MRI中层面选择的要求,而不再需要另外的硬件调制电路。三路D/A转换器可以分别接收梯度计算模块送来的数字梯度波形信号,产生驱动梯度放大器的模拟信号。为达到足够快的速度,采用PCI总线;为简化电路,采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)完成对DDS和DAC的读、写口的控制。使得本设计达到高度集成化和小型化,成本低,控制简单方便。PCI总线读、写数据的速度很快,这就使得DDS可以快速更换频率、相位和幅度。对复杂可编程逻辑器件(CPLD)的设计采用Xilinx公司的集成开发工具ISE6.1。由于VHDL具有强大的语言描述功能,适合单个模块的设计,而原理图输入方式适合于各个模块的连接和有关时序调整的设计,以及顶层电路图的设计。对XC95108内部逻辑电路的设计本文采用VHDL语言和ECS原理图混合设计的方法,取得了比较理想的结果。Protel软件可以完成从电路原理图输入,网络表装入到印刷电路板的全部过程。本文采用Protel99SE软件成功地设计出印刷电路板。
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