抑制移位的电路装置、模数转换器、梯度放大器和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于抑制在模数转换中的移位（Offset)、移位漂移和1/f噪声的 电路装置，该电路装置包括；模数转换器，其将模拟的输入信号转换为输出数据。本发明还 给出了一种抑制在模数转换中的移位、移位漂移和1/f噪声的模数转换器。还给出了一种 具有该种电路装置或者该种模数转换器的梯度放大器。也给出了相关的用于模数转换的方 法。
【背景技术】
[0002] 尤其为了对磁共振成像的梯度放大器进行数字调整和控制，需要抑制模数转换中 的移位、移位漂移和1/f噪声。
[0003] 根据经验，具有大于1特斯拉的基本场和大于30mT/m的梯度强度的梯度放大器在 0. 1化至10化的频率范围内需要小于0. 25ppm的电流稳定性，该对应于1 ;4000000的比例。 因此，用于磁共振断层成像的梯度放大器的电流如今被模拟地调整并且在其信号路径中具 有相应的低噪声的器件。
[0004] 如果要数字地调整梯度放大器的电流，则需要使用模数转换器（ADC)。图1示出了 用于磁共振断层成像的梯度放大器1的框图。梯度放大器1根据磁共振设备的控制器所产 生的数字额定值2调整连接至梯度放大器1的梯度线圈3中的电流。
[0005] 该电流被电流测量单元4采集，例如由非常精确的DC电流互感器采集，其将其二 次电流馈送至作为电流实际值预处理部7的组成部分的测量电阻（分流器）8。测量电阻 8上的测量电压9现在是对于所测量的梯度电流的度量。测量电阻8的可能需要放大的 测量电压9、即模拟的电流实际值由模拟的实际值预处理部10处理并且借助模数转换器 (ADC) 11转换为数字的电流实际值13,其现在存在于ADC控制单元12中。ADC控制单元12 控制ADC11应进行转换的时间点并且与其匹配地从ADC11接收所转换的值。
[0006] 为了调整梯度电流，在调整和驱动单元14中将数字的电流实际值13与额定值2 进行比较。调整和驱动单元14产生用于梯度放大器1的、连接有梯度线圈3的末级6的驱 动信号15。电流实际值预处理部7W及调整和驱动单元14是调整和控制单元5的组成部 分。
[0007] 图2示出了在模拟的实际值预处理部10和ADC11中对模拟的电流实际值9进行 的进一步处理的框图。通常，模拟的电流实际值9被引导经过抗混叠滤波器16、例如经过低 通滤波器。
[000引在ADC11之前，抖动单元17将该种经过滤波的电流实际值与小的信号波动（抖 动、抖动信号）相加，W便对于低频消除ADC11的量化边界。抖动单元17的电压例如可W 是S角电压，其峰-峰值对应于在ADC11的输入端上的至少一个"最低有效位"(LSB，Least Si即ificantBit),并且其频率与ADC11的采样频率（转换频率）不同。
[0009] 在图2的框图A)中，将通过抖动单元17而设有抖动的信号附加地引导经过反相 器18,然后馈送给具有差分输入端的ADC11。还可W将抖动仅馈送至ADC11的一个输入 端，方法是例如将其与反相器18之后的信号相加。由此，ADC11不再被精确对称地驱动， 然而因为抖动仅具有一个或几个LSB的水平，所W该是可W容忍的。
[0010] 在图2的框图B)中示出了如何还可W借助所谓的"单端"信号驱动ADC11，其中， 不需要按照框图A)的反相器18。抖动单元17的抖动在此简单地馈入到参考输入端，于是 无需加至滤波后的信号。
[0011]ADC11的转换由ADC控制单元12经过控制信号"Convert"触发。在施加控制信 号"Convert"之前，ADC11对于施加在其输入端上的信号（"sample")具有接收能力，并 且使用控制信号"Convert"将该信号保持在内部（"hold")。在转换过程结束时，具有位 宽度"n"的新数据处于ADC11的输出端"Data_out"，并且ADC11通过输出"ready"告知 ADC控制单元12从输出端"Data_out"接收该n位数据。在转换过程结束时，ADC11又进 入状态"sample"并且将其内部存储器（通常是电容器）又与输入端+IN和-IN连接。
[0012] 按照图2的电路装置是已知的并且属于现有技术。例如在公开文献EP1134898A2 中描述了一种具有抖动的ADC电路装置。
[0013] 按照图2的电路装置的缺点是，借助可用的ADC 11无法实现磁共振强磁场设备 (Magnetresonanz-Hochfeldanlagen)(〉=1特斯拉）所需的、低频时的稳定性。在0.1 Hz 至10化的频率范围中，需要实现小于0. 25ppm的稳定性，该对应于至少22位的稳定分辨率 和精度。在此假设，其它部件、例如电流互感器4是理想的并且不对总噪声做贡献。
【发明内容】
[0014] 本发明的目的是给出一种克服上述缺点和抑制在模数转换中的移位、移位漂移和 1处噪声的电路装置、模数转换器、梯度放大器和方法。
[0015] 根据本发明，使用根据本发明的电路装置、模数转换器、梯度放大器和方法来实现 上述目的。有利的扩展方案在实施例中给出。
[0016] 根据本发明的思想在于，为了抑制ADC的移位、移位漂移和1/f噪声，在ADC的施 加输入信号和反相的输入信号的输入端的上游连接开关元件。周期性地切换所述开关元 件，使得ADC周期性地转换未反相和反相后的信号。ADC的输出数据被引导经过可开关的非 口电路。ADC的输出数据与输入端上通过开关元件进行的反相或不反相相匹配地被取非或 不取非，从而开关元件之前的原始信号存在于该可开关的非口电路的输出数据中。
[0017] 在模拟技术中，反相器将极性反转（反相放大器）。在数字技术中，反相器从"高" 得出"低"，W及反之。在非口电路的非口的情况下保持开放的是，是否按位取反，或者是否 进行与-1的乘法。
[0018] 本发明要求保护一种用于抑制在模数转换中的移位、移位漂移和1/f噪声的电路 装置，其具有构建为将模拟的输入信号转换为输出数据的模数转换器。该装置此外包括；反 相器，其构建为将输入信号反相；连接在模数转换器上游并且连接在反相器下游的至少一 个开关元件，其构建为W可预定的开关频率周期性地在输入信号和反相后的输入信号之间 切换；W及连接在模数转换器下游的、可开关的非口电路，其构建为W该开关频率周期性地 对模数转换器的输出数据取非，其中，在将反相后的输入信号施加在模数转换器上时，对输 出数据取非。
[0019] 本发明提供的优点是，抑制在模数转换中的移位、移位漂移和1/f噪声（低频噪 声）。
[0020] 在一个扩展方案中，开关频率最大是模数转换器的转换频率的一半大。
[0021] 在另一实施形式中，电路装置包括构建为控制开关元件和可开关的非口电路的模 数控制单元。
[0022] 在另一扩展中，电路装置包括两个开关元件，其中，一个连接在所述模数转换器的 正输入端上游，并且另一个连接在所述模数转换器的负输入端上游。
[0023]在另一扩展中，电路装置包括；一个开关元件，其连接在所述模数转换器的正输入 端上游；W及参考地（地），其与所述模数转换器的负输入端连接。
[0024] 此外，该电路装置包括连接在所述反相器上游的抖动单元，其构建为向所述输入 信号和反相后的输入信号提供抖动（抖动信号）。
[0025]在另一实施形式中，该电路装置包括；开关元件，其连接在所述模数转换器的正输 入端上游；W及抖动单元，其与所述模数转换器的负输入端连接。
[0026] 在另一实施形式中，可开关的非口电路包括非口化及连接在所述非口下游的极性 选择开关。
[0027] 在另一扩展中，所述非口可W构建为实施输出数据与"-1"的乘法。
[002引在另一扩展中，所述非口可W构建为对所述输出数据的位取反。
[0029] 此外，电路装置可W包括布置在所述电路装置的输入端的抗混叠滤波器，其构建 为对所述输入信号进行滤波。
[0030] 在另一实施形式中，电路装置包括电压跟随器，其连接在所述开关元件下游。
[0031] 本发明还要求保护一种抑制在模数转换中的移位、移位漂移和1/f噪声的模数转 换器，其中，该模数转换器构建为将模拟的输入信号转换为输出数据。该模数转换器包括： 反相器，其构建为将所述输入信号反相；连接在模数转换上游并且连接在所述反相器下游 的两个开关元件，其构建为W可预定的开关频率周期性地在所述输入信号与反相后的输入 信号之间进行切换；W及连接在模数转换下游的、可开关的非口电路，其构建为W所述开关 频率周期性地对所述模数转换的输出数据取非，其中，在施加反相后的输入信号时，对所述 输出数据取非。
[0032]本发明提供的优点是，所有根据本发明的功能可W在单个构件中实现。
[0033] 本发明还要求保护一种抑制在模数转换中的移位、移位漂移和1/f噪声的模数转 换器，其构建为将模拟的正输入信号和负输入信号转换为输出数据，其具有；连接在模数转