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谱仪是磁共振成像(MagneticResonanceImaging,MRI)系统的核心,我们国家具有生产磁共振的能力,但是谱仪部分主要依赖进口,技术的落后和芯片的停产已成为抑制国产磁共振发展的瓶颈。谱仪的国产化是摆脱这种现状的根本方法,也是缓解生产压力的重要途径,而对谱仪梯度板的功能研究迈出了关键一步,电子设计自动化(ElectronicDesignAutomation,EDA)技术的发展加速了谱仪国产化进程。本文详细叙述了应用EDA技术完成磁共振谱仪系统中梯度板(MR3040)的功能研究与实现时钟发生器的全过程。文中通过对具体项目的研究与实现,总结出了通用性的设计思想和实现方法。尤其是对相互关联的多FPGA系统研究过程中,确定主要芯片首先进行研究,这种方法有利于对系统的理解和对其它电路功能的解释,收到良好的效果。采用同引脚芯片替换进行设计的在系统调试也是在其它类似设计中要首先采用的方法。
论文中针对课题的研究背景与意义,对MRI谱仪系统原理和在设计中涉及到的技术做了简单的介绍,通过分析梯度板在MRI系统中的功能及工作原理以及梯度板的结构,提出了同引脚芯片替换进行程序的在系统调试的思想,并详细介绍了依据此思想进行梯度板上时钟发生器的设计实现的全过程。
应用同引脚芯片替换进行程序的在系统调试的思路,可以完成对梯度板上全部芯片的功能研究及实现,并且用VHDL语言对时钟发生器的功能进行行为级的描述,并根据实际的要求简练地编写了内部约束文件,应用XC4005进行在系统程序调试通过,而且给出了功能仿真图。经过谱仪系统运行序列测试,梯度输出完全符合系统要求。实现所有芯片功能后,将整个梯度板的布局和布线进行改进,改用SPARTAN-Ⅱ型现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray,FPGA)进行下载实现,并在此基础上完成对整个电路板进行调试,争取早日实现梯度板的完全国产化。