数字控制振荡器及磁共振成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁共振成像技术领域，特别涉及一种数字控制振荡器及磁共振成像系统。
【背景技术】
[0002]磁共振成像(MRI,Magnetic Resonance Imaging)作为核磁共振应用的重要领域，由于其对人体软组织有极好的分辨力、成像参数能提供丰富的诊断信息、对人体没有电离辐射损伤等诸多优点，磁共振成像系统已成为医学临床诊断的主要工具之一。
[0003]在磁共振成像系统中，射频信号通常是以某种类型的载波调制方式发送的，传送信号的带宽限制在以载波信号为中心的一个频段上，如双边带调制，或在邻近载波信号的频段上，如单边带调制。无论何种调制方式，在发送端均需要一个高频载波信号将射频信号调制上去，以减小射频信号衰落，相干解调时在接收端也需要一个与发送端同频同相的高频载波信号将射频信号从高频上解调下来。所述高频载波信号通常由数字控制振荡器(NCO,Numerically Controlled Oscillator)产生。数字控制振荡器能够产生一个理想的、数字可控的正弦波信号或余弦波信号，正弦波信号或余弦波信号的频率和相位可以根据实际需求进行设置，从而满足各种需要。
[0004]数字控制振荡器的实现方式有实时计算法和查表法(LUT，Look Up Table)等多种。实时计算法的正弦波信号样本是实时计算产生，该方法因其计算需要耗费大量时间，只能产生较低频率的正弦波信号。因此，在需要产生高速的正交信号时，实时计算法将无法实现。在实际应用中一般采用最有效、最简单的查表法，即事先根据波形的相位计算好相位对应的幅度，并按相位作为地址信息存储每个相位的对应的幅度数据。
[0005]图1是现有的一种采用查表法实现的数字控制振荡器的结构示意图。参考图1，所述数字控制振荡器包括:相位累加单元11、转换单元12以及数模转换器13。其中，所述相位累加单元11适于在时钟信号Clk的控制下，对输入其的频率控制字FTW不断累加，输出以所述频率控制字FTW为步进的数字相位信号，所述数字相位信号作为取样地址输入所述幅度相位转换单元12 ;所述转换单元12采用通常ROM结构，所述ROM结构存储预先计算好相位的正弦值，通过查表和运算，所述转换单元12就能输出所需波形的幅度数据；所述数模转换器13适于对所述转换单元12输出的幅度数据进行数模转换，以产生正弦波信号或余弦波信号。
[0006]为了提高正弦波信号或余弦波信号的频率分辨率，所述数字相位信号的位数通常设置得较大。所述数字相位信号的位数增大，会使ROM容量相应变大。而在实际应用中，由于数字控制振荡器的成本和体积限制了 ROM的容量，必然要求进行取样地址舍弃，即进行相位截取。相位截取是指舍弃所述数字相位信号的低位而截取所述数字相位信号的高位去寻址R0M，所述相位截取产生的误差称为相位截取误差。
[0007]然而，在数字控制振荡器中，相位截取误差是数字控制振荡器输出的周期信号频率杂散的主要来源，频率杂散减小了数字控制振荡器的输出信号的无杂散动态范围(SFDR，Spur1us Free Dynamic range)。
【发明内容】
[0008]本发明解决的是数字控制振荡器的输出信号的无杂散动态范围小的问题。
[0009]为解决上述问题，本发明提供一种数字控制振荡器，包括:
[0010]相位累加单元，适于对频率控制字进行累加处理以产生第一相位信号；
[0011]量化整形单元，适于对所述第一相位信号进行量化处理以产生第二相位信号，并对所述量化处理产生的量化噪声进行低频衰减和高频放大处理，且对进行低频衰减和高频放大处理后的量化噪声进行低通滤波处理；
[0012]转换单元，适于输出与所述第二相位信号对应的波形数据。
[0013]可选的，所述数字控制振荡器还包括适于产生时钟信号的基准时钟，所述相位累加单元适于在所述时钟信号的控制下对所述频率控制字进行累加处理以产生所述第一相位信号。
[0014]可选的，所述相位累加单元包括第一加法器和相位寄存器，其中，
[0015]所述第一加法器适于在所述时钟信号的时钟脉冲到来时对所述频率控制字和前一个时钟脉冲对应的第一相位信号进行叠加处理以产生当前时钟脉冲对应的第一相位信号;
[0016]所述相位寄存器适于将所述当前时钟脉冲对应的第一相位信号输出至所述量化整形单元和第一加法器。
[0017]可选的，所述数字控制振荡器还包括适于产生所述频率控制字的频率控制字产生器。
[0018]可选的，所述量化整形单元包括噪声整形滤波器、第二加法器、相位截取单元、放大单元以及减法器，其中，
[0019]所述噪声整形滤波器适于输入相位误差序列，并对所述相位误差序列中的量化噪声进行低频衰减和高频放大处理，且对进行低频衰减和高频放大处理后的量化噪声进行低通滤波处理以产生整形信号；
[0020]所述第二加法器适于对所述整形信号和所述第一相位信号进行叠加处理以产生第二相位信号；
[0021]所述相位截取单元适于对所述第三相位信号进行相位截取处理以产生所述第二相位信号；
[0022]所述放大单元适于对所述第二相位信号进行放大处理以产生第四相位信号；
[0023]所述减法器适于对所述第三相位信号和第四相位信号进行相减处理以产生所述相位误差序列。
[0024]可选的，所述放大单元的放大倍数为O至2N_M分贝，其中，N为所述第一相位信号的位宽，M为所述第二相位信号的符号位所在的比特位。
[0025]可选的，所述噪声整形滤波器在z域的传递函数为H(z)，H(Z)=Z2/[2mXz2-(2m-K)(2 X z-1)]，其中，K为所述放大单元的放大倍数。
[0026]可选的，所述转换单元为只读存储器。
[0027]可选的，所述数字控制振荡器还包括第一低通滤波器和数模转换器，其中，
[0028]所述第一低通滤波器适于对所述波形数据进行低通滤波处理；
[0029]所述数模转换器适于对所述低通滤波处理后的波形数据进行数模转换处理以产生周期信号。
[0030]可选的，所述第一低通滤波器为FIR低通滤波器。
[0031]可选的，所述数字控制振荡器还包括适于对所述周期信号进行低通滤波处理的第二低通滤波器。
[0032]基于上述数字控制振荡器，本发明技术方案还提供了一种磁共振成像系统，包括调制单元、数模转换器、射频功率放大器、体线圈、局部线圈、模数转换器、解调单元以及图像重建系统，还包括上述数字控制振荡器，所述数字控制振荡器适于产生周期信号以作为所述调制单元和解调单元的载波信号。
[0033]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0034]本发明技术方案提供的数字控制振荡器，通过量化整形单元对相位信号在量化处理时产生的量化噪声进行整形，将所述量化噪声进行低频衰减和高频放大处理，即将低频带的量化噪声搬移至高频带，并对进行低频衰减和高频放大处理后的量化噪声进行低通滤波处理。由于所述量化噪声的总能量不变，因此，对所述量化噪声进行整形后，所述相位信号频带内的量化噪声能量降低，使所述相位信号的信噪比提高，从而有效地提高所述数字控制振荡器输出的周期信号的无杂散动态范围。
[0035]进一步，与现有技术通过增加数模转换器的位宽以降低相位信号频带内的量化噪声相比，数模转换器的成本随其位宽的增加而增加，而本发明技术方案对所述量化噪声进行整形是通过成本较低的FPGA电路实现，降低了所述数字控制振荡器的成本。
[0036]进一步，本发明技术方案通过FPGA电路实现对所述量化噪声的整形，由于FPGA电路本身功耗较低，因此，所述数字控制振荡器的功耗也较低。
【附图说明】
[0037]图1是现有的一种数字控制振荡器的结构示意图；
[0038]图2是本发明实施例1的数字控制振荡器的结构示意图；
[0039]图3是现有技术中未对量化噪声进行整形的相位信号和噪声的频谱示意图；
[0040]图4是本发明实施例1对量化噪声进行低频衰减和高频放大处理后的相位信号和噪声的频谱示意图；
[0041]图5是本发明实施例1的相位累加单元的结构示意图；
[0042]图6是本发明实施例1的第一相位信号、所需要的周期信号以及时钟信号的时钟脉冲的波形示意图；
[0043]图7是本发明实施例1的量化整形单元的结构示意图；
[0044]图8是本发明实施例2的数字控制振荡器的结构示意图；
[0045]图9是本发明实施方式的磁共振成像系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0046]正如【背景技术】中所描述的，采用查表法实现数字控制振荡器时，由于数字控制振荡器的成本和体积限制了存储波形数据的ROM容量，通常需要进行相位截取。相位截取误差具有周期性，是数字控制振荡器输出的周期信号频率杂散的主要来源。
[0047]无杂散动态范围是数字控制振荡器的一