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专利名称：一种射频脉冲直角相位设置方法及电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种在磁共振成像(MRI)系统中设置射频(RF)脉冲相位的方法及电路。
背景技术：
在MRI系统中，用到如下形式被调制的RF脉冲(假设初相为0，下同)a(t)cos(ωt+φ)+b(t)sin(ωt+φ)………(1)其中，a(t)+jb(t)为复包络信号，cos(ωt+φ)+j sin(ωt+φ)为复载波信号，ω为RF脉冲载波频率，φ为RF脉冲载波相位。在MRI成像序列(sequence)中，经常用到直角相位设置，即把φ设置为0°，90°，180°，270°。
在用直接数字频率合成器(DDS)产生RF脉冲时，通常在DDS中只存有1/4周期的cos和sin表，利用对称性可以输出完整的周期。在这种RF脉冲产生方式中，利用下面的三角函数变换cos(α+90°)＝-sinα………(2)cos(α+180°)＝-cosα………(3)cos(α+270°)＝sinα………(4)sin(α+90°)＝cosα………(5)sin(α+180°)＝-sinα………(6)sin(α+270°)＝-cosα………(7)
直角相位的设置可以转换为表地址计数器下行计数(即sin和cos表交换)以及输出求负来实现。例如美国ANALOGIC公司的AN9101型磁共振成像谱仪中就采用了这种方法。其功能框图见图1(只实现了实RF脉冲)。这种设置射频脉冲直角相位的方法，是通过对射频脉冲载波的变换和求负来实现的.而这种方法存在的缺点是(1)所需功能全部由分立元件构成，集成度低；(2)包络调制在模拟域完成，模拟信号的漂移、直流分量、正交性差等会导致调制性能的降低。
近年来，许多公司推出了单片DDS，如INTERSIL公司的STEL1175，1178，AD公司的AD9854，9857等。这些芯片将DDS用到的所有器件，如相位累加器、cos/sin表等全部集成在内，有些还将数字调制器甚至数/模转换器(DAC)等均集成在内，大大简化和方便了DDS的设计。但这些芯片都没有直角相位设置功能，而且由于集成度很高，内部结构大都不开放，表地址计数器输出、载波数字输出都不引到片外，无法让表地址计数器下行计数，也无法对载波输出求负，因此不可能再利用上述方法设置直角相位。

发明内容
本发明的目的是提供一种方法，这种方法能解决在MRI系统中使用单片直接式数字合成器(DDS)，而这类DDS芯片既没有直角相位设置功能，也没有直角相位设置的外设接口时，对射频脉冲设置直角相位的问题。
本发明的第二个目的是基于上述方法，提出一种射频脉冲直角相位设置电路。
本发明利用上述(2)～(7)式的三角函数变换，并将(2)～(7)式分别代入(1)式，则有a(t)cos(ωt+90°)+b(t)sin(ωt+90°)＝a(t)[-sin(ωt)]+b(t)cos(ωt)＝[-a(t)]sin(ωt)+b(t)cos(ωt)………(8)a(t)cos(ωt+180°)+b(t)sin(ωt+180°)＝a(t)[-cos(ωt)]+b(t)[-sin(ωt)]＝[-a(t)]cos(ωt)+[-b(t)]sin(ωt)………(9)a(t)cos(ωt+270°)+b(t)sin(ωt+270°)＝a(t)sin(ωt)+b(t)[-cos(ωt)]＝a(t)sin(ωt)+[-b(t)]cos(ωt)………(10)将(8)～(10)式整理后得(11)～(13)式a(t)cos(ωt+90°)+b(t)sin(ωt+90°)＝b(t)cos(ωt)+[-a(t)]sin(ωt)………(11)a(t)cos(ωt+180°)+b(t)sin(ωt+180°)＝[-a(t)]cos(ωt)+[-b(t)]sin(ωt)………(12)a(t)cos(ωt+270°)+b(t)sin(ωt+270°)＝[-b(t)]cos(ωt)+a(t)sin(ωt)………(13)由(11)～(13)式可见，欲将(1)式表述的RF脉冲载波相位设置为90°，180°，270°的直角相位，可以通过改变RF脉冲载波相位为0°时复包络信号的极性和换位来实现。根据这一原理，本发明所述的射频脉冲直角相位设置方法包括以下步骤a)将射频脉冲数字化复包络信号a(n)、b(n)送入换位逻辑中，由直角相位控制信号控制换位逻辑的输出是否换位，b)求负逻辑接受所述换位逻辑的输出信号，由所述直角相位控制信号控制所述求负逻辑的输出是否求负，得相位设置后的数字化复包络信号a’(n)、b’(n)，
c)所述相位设置后的数字化复包络信号a’(n)、b’(n)分别接入DDS器件的包络输入端，与DDS器件中数字载波频率cos(ωn)、sin(ωn)对应相乘，输出射频脉冲正交调制分量a’(n)cos(ωn)和b’(n)sin(ωn)，d)所述射频脉冲正交调制分量a’(n)cos(ωn)和b’(n)sin(ωn)相加，得射频脉冲a’(n)cos(ωn)+b’(n)sin(ωn)。
并且步骤a)、b)中所述的直角相位控制信号由二位信号C0、C1编码实现。
当设定a(n)、b(n)以二进制补码输入时，步骤b)所述的求负用求反代替。
上述方法，当定义所述直角相位控制信号C0＝0，C1＝0时，所述相位设置后的数字化复包络信号a’(n)＝a(n)，b’(n)＝b(n)，射频脉冲的载波相位不变；当定义所述直角相位控制信号C0＝1、C1＝0时，所述相位设置后的数字化复包络信号a’(n)＝b(n)、b’(n)＝-a(n)，射频脉冲的载波相位设置为90°；当定义所述直角相位控制信号C0＝0、C1＝1时，所述相位设置后的数字化复包络信号a’(n)＝-a(n)、b’(n)＝-b(n)，射频脉冲的载波相位设置为180°；当定义所述直角相位控制信号C0＝1、C1＝1时，所述相位设置后的数字化复包络信号a’(n)＝-b(n)、b’(n)＝a(n)，射频脉冲的载波相位设置为270°。
为实现本发明的第二个目的所采用的技术方案是一种射频脉冲直角相位设置电路，具有将数字化包络信号与数字化载波信号合成为射频脉冲的两个乘法器和一个加法器，包括第一换位逻辑电路1和第二换位逻辑电路2，每个换位逻辑电路的两个输入端分别与数字化复包络信号a(n)、b(n)相连；两个求负逻辑电路，第一求负逻辑电路4和第二求负逻辑电路5的输入端分别与第一和第二换位逻辑电路的输出端对应相连；一个直角相位控制电路3，其输入端与直角相位控制信号C0、C1相连，其输出端分别与第一和第二换位逻辑电路以及第一和第二求负逻辑电路的控制端相连，根据控制信号的指令，所述直角相位控制电路3控制第一和第二换位逻辑电路的输出是否换位，还控制第一和第二求负逻辑电路的输出是否反向，在所述第一和第二求负逻辑电路的输出端分别得到相位设置后的数字化复包络信号a’(n)、b’(n)，并将所述a’(n)、b’(n)分别送入所述两个乘法器中。
并且所述换位逻辑电路用二选一多路选择器实现。
所述求负逻辑电路用异或门实现。
本发明提供的方法和电路，由于采用了先将数字化复包络信号换位、求负处理，得到相位设置后的数字化复包络信号后，再将相位设置后的数字化复包络信号接入高集成度器件DDS的包络输入端，与DDS器件中的数字化载波信号合成为射频脉冲，使MRI系统在采用高集成度数字频率合成器时，对射频脉冲直角相位的设置得以实现，而且方法巧妙，容易实现，电路简单，成本低。并且由于包络调制是在数字域完成，所以调制精确，无漂移，无直流分量。


图1为现有技术的功能方框2是本发明的原理框3是本发明一个实施例的电路图具体实施方式
如图2所示，a(n)、b(n)是数字化的复包络信号，a’(n)、b’(n)是相位设置后的数字化复包络信号，C0、C1是直角相位的控制信号，当直角相位控制信号C0、C1不同编码组合时，图2所示的各功能模块的工作状态不同，所得相位设置后的数字化复包络信号a’(n)、b’(n)的结果也不同，a’(n)、b’(n)与DDS输出的数字化载波频率cos(ωn)、sin(ωn)信号在数字乘法器6、7中对应相乘后，在加法器8中相加，因此实现了对射频脉冲直角相位0°、90°、180°、270°的设置。直角相位控制信号C0、C1的设置与各模块工作状态之间的关系以及所得相位设置后的数字化复包络信号a’(n)、b’(n)的结果由表1所示表1

下面结合图3对本发明作进一步的说明。图3是本发明的一个实施例。在该实施例中，换位逻辑1用2选1多路选择器U1～U4实现，换位逻辑2用2选1多路选择器U5～U8实现，用c0控制多路选择器的选择端A/B。当c0为0时，U1～U8选择1A、2A、3A、4A输出到1Y、2Y、3Y、4Y，这时对应表1中不换位的状态；当c0为1时，U1～U8选择1B、2B、3B、4B输出到1Y、2Y、3Y、4Y，这时对应表1中换位的状态。而求负逻辑4用异或门U9～U11和U12的a、b实现，求负逻辑5用异或门U13～U15和U16的a、b实现。其求负原理是当a(n)、b(n)是二进制补码格式输入时，根据补码运算法则，求负等于原码求反加1。由于在本例中a(n)、b(n)均为14bit，因此加不加1误差仅为1/214，故本例将其舍去，即用求反代替求负。根据异或门真值表，当两输入端相同时，异或门输出为0，相异时输出为1，因此用其中一个输入作控制端，即可控制另一个输入反向或不反向输出。当这个控制(输入)端为0时，另一个输入为0则异或门输出也为0，反之亦然。这对应不求反(负)的状态。当这个控制(输入)端为1时，另一个输入为0则异或门输出为1，反之亦然。这对应求反(负)的状态。根据表1，求负逻辑4与c1的状态相同(c1为0求负逻辑4不求负，为1求负)，故用c1直接控制求负逻辑4，而求负逻辑5与c0与c1的异或态相同(c0与c1相同时不求负，不同时求负)，故用c0和c1经异或门U16d异或输出后控制求负逻辑5。输出a’(n)、b’(n)直接接到单片DDS器件包络输入端(本例用AD9857，未画出)，乘法器、加法器、cos/sin表、DAC均集成在内。
权利要求
1.一种射频脉冲直角相位设置方法，该方法利用三角函数变换，将射频脉冲直角相位的设置转换成对射频脉冲载波相位为0°时复包络的处理，该方法包括以下步骤a)将射频脉冲数字化复包络信号a(n)、b(n)送入换位逻辑中，由直角相位控制信号控制换位逻辑的输出是否换位，b)求负逻辑接受所述换位逻辑的输出信号，由所述直角相位控制信号控制所述求负逻辑的输出是否求负，得相位设置后的数字化复包络信号a’(n)、b’(n)，c)所述相位设置后的数字化复包络信号a’(n)、b’(n)分别与数字载波频率cos(ωn)、sin(ωn)对应相乘，输出射频脉冲正交调制分量a’(n)cos(ωn)和b’(n)sin(ωn)，d)所述射频脉冲正交调制分量a’(n)cos(ωn)和b’(n)sin(ωn)相加，得射频脉冲a’(n)cos(ωn)+b’(n)sin(ωn)。
2.根据权利要求1所述的一种射频脉冲直角相位设置方法，其特征在于步骤a)、b)中所述的直角相位控制信号由二位信号C0、C1编码实现。
3.根据权利要求1所述的一种射频脉冲直角相位设置方法，其特征在于当设定a(n)、b(n)以二进制补码输入时，步骤b)所述的求负用求反代替。
4.根据权利要求2所述的一种射频脉冲直角相位设置方法，其特征在于当定义所述直角相位控制信号C0＝0、C1＝0时，所述相位设置后的数字化复包络信号a’(n)＝a(n)、b’(n)＝b(n)，射频脉冲的载波相位不变。
5.根据权利要求2所述的一种射频脉冲直角相位设置方法，其特征在于当定义所述直角相位控制信号C0＝1、C1＝0时，所述相位设置后的数字化复包络信号a’(n)＝b(n)、b’(n)＝-a(n)，射频脉冲的载波相位设置为90°。
6.根据权利要求2所述的一种射频脉冲直角相位设置方法，其特征在于当定义所述直角相位控制信号C0＝0、C1＝1时，所述相位设置后的数字化复包络信号a’(n)＝-a(n)、b’(n)＝-b(n)，射频脉冲的载波相位设置为180°。
7.根据权利要求2所述的一种射频脉冲直角相位设置方法，其特征在于当定义所述直角相位控制信号C0＝1、C1＝1时，所述相位设置后的数字化复包络信号a’(n)＝-b(n)、b’(n)＝a(n)，射频脉冲的载波相位设置为270°。
8.一种射频脉冲直角相位设置电路，具有将数字化包络信号与数字化载波信号合成为射频脉冲的两个乘法器(6)(7)和一个加法器(8)，其特征在于，包括第一换位逻辑电路(1)和第二换位逻辑电路(2)，每个换位逻辑电路的两个输入端分别与数字化复包络信号a(n)、b(n)相连；两个求负逻辑电路，第一求负逻辑电路(4)和第二求负逻辑电路(5)的输入端分别与第一换位逻辑电路(1)和第二换位逻辑电路(2)的输出端对应相连；一个直角相位控制电路(3)，其输入端与直角相位控制信号C0、C1相连，其输出端分别与第一换位逻辑电路(1)和第二换位逻辑电路(2)以及第一求负逻辑电路(4)和第二求负逻辑电路(5)的控制端相连，根据控制信号的指令，所述直角相位控制电路(3)控制第一换位逻辑电路(1)和第二换位逻辑电路(2)的输出是否换位，还控制第一求负逻辑电路(4)和第二求负逻辑电路(5)的输出是否反向，在所述第一求负逻辑电路(4)和第二求负逻辑电路(5)的输出端分别得到相位设置后的数字化复包络信号a’(n)、b’(n)，并将所述a’(n)、b’(n)分别送入所述两个乘法器中。
9.根据权利要求8所述的一种射频脉冲直角相位设置电路，其特征在于所述换位逻辑电路用二选一多路选择器实现。
10.根据权利要求8所述的一种射频脉冲直角相位设置电路，其特征在于所述求负逻辑电路用异或门实现。
全文摘要
本发明提出一种射频脉冲直角相位设置方法及电路，其独特之处在于利用三角函数变换，将载波直角相位90°，180°，270°的设置，转换为0°相位时包络信号的换位和求负，从而解决了一些单片直接式数字频率合成器无直角相位设置功能，又不能对其载波输出进行处理的问题。本发明方法巧妙，电路简单，容易实现，并且成本低。
文档编号G01R33/32GK1510432SQ0214977
公开日2004年7月7日 申请日期2002年12月24日 优先权日2002年12月24日
发明者胡曾千, 臧继运, 邢研 申请人:深圳安科高技术股份有限公司