0.5T磁共振关节成像仪四通道接收系统设计

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磁共振成像仪器以磁共振成像理论和技术为基础,是组织无损成像的重要手段。历经四个主要发展阶段,被广泛应用于科学、医疗等多个领域,关乎国计民生。中国是世界上最重要的磁共振成像仪市场之一,但研发实力仍落后于先进水平。为了改变这一现状,国家加大了对成像仪的研发投入力度。本论文重点着眼于研制“0.5T磁共振关节成像仪”的关键部件之一:四通道数字接收机。接收机吸收软件定义无线电架构,采用数字直接下变频接收方案,便于仪器小型化、数字化。其主体由时钟模块、AD6620子系统、DSP(Digital Signal Processor)子系统和 FPGA(Field-Programmable Gate Array)子系统构成,各子系统间通过各类串行接口交互。综合运用了带通信号采样、数字正交检波、积分梳状滤波等数字信号处理技术。时钟模块采用可编程时钟芯片加时钟扇出芯片的结构,印制线路板符合电磁兼容性原则。由唯一的有源晶振源输入,可输出多路同相位、不同电平标准的单端时钟和差分时钟。AD6620子系统由四个通道组成,主要对自由感应衰减信号进行数字正交检波和多倍率抽取。设计寄存器各项参数,编写读写配置程序,使子系统工作于单通道实数输入、串行输出模式,得到较低速率的同相和正交数字基带信号。DSP子系统主要对数字基带信号做第二级抽取滤波,先用MATLAB仿真积分梳状滤波器以及补偿滤波器,再设计DSP程序实现,最后验证频率响应特性。该子系统分时接收和处理来自四个通道的AD6620子系统数据,得到更低速率的同相和正交数字基带信号。FPGA子系统的硬件逻辑电路与可编程片上系统相互配合,实现控制系统、配置芯片、接收来自DSP的数据等。多通道接收电路使四通道数据被分区存放于存储区,最后上传至上位机。
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