通用硬件脈沖序列發(fā)生器的研制

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1、波譜學(xué)雜志第!"卷第#期9.2:!";.:#!$$%年&月!’()*+,+-./0*12.3415*+6)78+,.*1*7+!<+=:!$$%"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""文章編號(hào)!>$$$?"@@A"!$$%#$#?$#!>?$%通用硬件脈沖序列發(fā)生器的研制季文彬!喬!勇!雷!都!李建奇!蔣!瑜#!上海市功能磁共振成像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室"華東師范大學(xué)物理系"上海!$$$A!#摘!要$為了滿足任意核磁共振脈沖序列的需要"提高脈沖序列發(fā)生器的性能和穩(wěn)定性"本文提出了一種基于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件!BCDE#和大

2、容量高位寬靜態(tài)存儲(chǔ)器!<8E4#的硬件脈沖序列發(fā)生器"詳細(xì)討論了這種設(shè)計(jì)方案的特點(diǎn)"并通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其性能和可行性:關(guān)鍵詞!磁共振%脈沖序列發(fā)生器%時(shí)間分辨率%最小脈寬中圖分類(lèi)號(hào)!F"G!:@#!!文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼!E引言隨著磁共振技術(shù)應(yīng)用的不斷深入"新的脈沖序列不斷出現(xiàn)"對(duì)脈沖序列發(fā)生器的性&>H"’能提出了更高的要求:文獻(xiàn)上已有若干關(guān)于脈沖序列發(fā)生器的報(bào)道:傳統(tǒng)意義上的脈沖序列發(fā)生器大多是采用計(jì)數(shù)器或寄存器等分立元件進(jìn)行設(shè)計(jì)的"設(shè)計(jì)復(fù)雜"功能較為單一"只能產(chǎn)生一些較簡(jiǎn)單的脈沖序列:隨著電子技術(shù)的發(fā)展"出現(xiàn)了基于單片機(jī)的系統(tǒng)"大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)"

3、該種設(shè)計(jì)使用單片機(jī)的I(F口進(jìn)行脈沖序列控制電平的輸出"功能可以根據(jù)程序而更改"但是單片機(jī)的軟件定時(shí)精度不高"達(dá)不到高場(chǎng)高分辨&@HA’核磁共振應(yīng)用的需求:另一種脈沖序列發(fā)生器是完全基于C’軟件平臺(tái)的"這樣的脈沖序列發(fā)生器硬件結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單"但是同樣有著實(shí)時(shí)性和定時(shí)精確性不夠理想的問(wèn)題"這是由于非實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)"多任務(wù)搶占處理器時(shí)間片造成的"雖然已有文獻(xiàn)&@’提出在觸發(fā)脈沖序列期間"關(guān)閉操作系統(tǒng)對(duì)其他設(shè)備中斷的響應(yīng)來(lái)改善問(wèn)題"實(shí)踐證明"這種做法是有效的"一定程度上提高了軟件脈沖序列發(fā)生器的實(shí)用性"但是這種補(bǔ)償無(wú)疑收稿日期!!$$A?>>?>@$收修改稿日

4、期!!$$%?$>?>A基金項(xiàng)目!上海市科委自然基金資助項(xiàng)目!$"J8>"$"##:作者簡(jiǎn)介!季文彬!>&G!?#"男"上海人"碩士研究生"無(wú)線電物理:#通訊聯(lián)系人$蔣瑜"電話$$!>?A!!##!&$"K?L1)2$MN)1*5!=(M:+7*/:+O/:7*:#!!波!!譜!!學(xué)!!雜!!志!!!!!!!!!第!"卷!增加了軟件編寫(xiě)的復(fù)雜程度!更重要的是!在脈沖序列執(zhí)行期間!’CP無(wú)法執(zhí)行其他任務(wù)!占用’CP時(shí)間:同時(shí)它具有對(duì)硬件的依賴(lài)性!對(duì)于不同頻率的處理器!不同的軟硬件環(huán)境!性能的可重復(fù)性難以保證:在當(dāng)今的高分辨核磁共振譜儀中!不僅對(duì)最小脈寬

5、"脈寬的時(shí)間分辨率提出了比較高的要求!還要求脈沖序列發(fā)生器具有編程的靈活性!以適應(yīng)不斷出現(xiàn)的新脈沖序列的需要:為了滿足高場(chǎng)核磁共振譜儀研制的需要!同時(shí)又能適用于核磁共振譜儀的改造和小型核磁共振譜儀的研制!本文提出了一種基于硬件的通用型脈沖序列發(fā)生器!它主要采用了一片同步靜態(tài)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)脈沖序列的所有時(shí)間和事件!所有邏輯控制和脈沖序列的實(shí)現(xiàn)僅使用了一片現(xiàn)場(chǎng)可編程器件#BCDE$來(lái)完成!硬件結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單:存儲(chǔ)器的使用增加了脈沖序列編程的靈活性!BCDE的使用則為將來(lái)可能出現(xiàn)的新技術(shù)的需要提供了升級(jí)的方便:>!設(shè)計(jì)方案脈沖序列發(fā)生器不僅要產(chǎn)生核磁共振實(shí)驗(yàn)需要

6、的任意脈沖序列!還要對(duì)脈沖序列執(zhí)行期間的一些快速設(shè)備進(jìn)行控制:設(shè)計(jì)中!考慮了脈沖序列期間需要控制的所有快速通道!實(shí)際上就是每個(gè)通道上QQR電平的變化!把任一通道的每一次電平變化都記做一個(gè)新的事件!這樣整個(gè)脈沖序列就可以分解為離散的事件和時(shí)間表:如圖>!假定存在!個(gè)通道!一個(gè)是射頻發(fā)射通道!一個(gè)是采樣通道!這樣根據(jù)上述原則!就能將這個(gè)脈沖序列分解成@個(gè)事件!它們對(duì)應(yīng)的持續(xù)事件分別是!這樣!在該脈沖序列發(fā)生器$"!":的設(shè)計(jì)中!就需要對(duì)時(shí)間和事件"輸出通道數(shù)目"最小脈寬"脈寬的時(shí)間分辨率"最大脈寬和脈沖序列的最大長(zhǎng)度幾個(gè)方面進(jìn)行考慮:圖>!脈沖序列發(fā)生器

7、的時(shí)間和事件定義B)5:>!S+3)*)6).*.36)L+1*O+T+*6.36(+=/2,+5+*+016.0其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖!!主要由R.712總線接口部分"BCDE和靜態(tài)存儲(chǔ)器三部分組成:脈沖序列在執(zhí)行之前!首先被轉(zhuǎn)換成時(shí)間和事件表!通過(guò)C’機(jī)寫(xiě)入脈沖序列發(fā)生器:對(duì)脈沖序列發(fā)生器的接口采用了我們自行定義的R.712總線形式!采用了標(biāo)準(zhǔn)的微處理器接口時(shí)序!連接端口則采用了&A芯的連接器:之所以采用這種接口方式!是為了適合將來(lái)通用型數(shù)字化磁共振譜儀控制臺(tái)研制的需要:為了實(shí)現(xiàn)C’機(jī)對(duì)脈沖序列發(fā)生器的讀寫(xiě)控制!我們?cè)O(shè)計(jì)了基于C’I總線的通用接口卡!

8、可以控制脈沖序列發(fā)生器和其他R.712總線部件:!第#期!!!!!!季文彬等’通用硬件脈沖序列發(fā)生器的研制#