通用硬件脉冲序列发生器的研制

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1、波谱学杂志第!"卷第#期9.2:!";.:#!$$%年&月!’()*+,+-./0*12.3415*+6)78+,.*1*7+!<+=:!$$%"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""文章编号!>$$$?"@@A"!$$%#$#?$#!>?$%通用硬件脉冲序列发生器的研制季文彬!乔!勇!雷!都!李建奇!蒋!瑜#!上海市功能磁共振成像重点实验室"华东师范大学物理系"上海!$$$A!#摘!要$为了满足任意核磁共振脉冲序列的需要"提高脉冲序列发生器的性能和稳定性"本文提出了一种基于现场可编程逻辑器件!BCDE#和大

2、容量高位宽静态存储器!<8E4#的硬件脉冲序列发生器"详细讨论了这种设计方案的特点"并通过一系列实验验证了其性能和可行性:关键词!磁共振%脉冲序列发生器%时间分辨率%最小脉宽中图分类号!F"G!:@#!!文献标识码!E引言随着磁共振技术应用的不断深入"新的脉冲序列不断出现"对脉冲序列发生器的性&>H"’能提出了更高的要求:文献上已有若干关于脉冲序列发生器的报道:传统意义上的脉冲序列发生器大多是采用计数器或寄存器等分立元件进行设计的"设计复杂"功能较为单一"只能产生一些较简单的脉冲序列:随着电子技术的发展"出现了基于单片机的系统"大大简化了系统的结构"

3、该种设计使用单片机的I(F口进行脉冲序列控制电平的输出"功能可以根据程序而更改"但是单片机的软件定时精度不高"达不到高场高分辨&@HA’核磁共振应用的需求:另一种脉冲序列发生器是完全基于C’软件平台的"这样的脉冲序列发生器硬件结构非常简单"但是同样有着实时性和定时精确性不够理想的问题"这是由于非实时操作系统"多任务抢占处理器时间片造成的"虽然已有文献&@’提出在触发脉冲序列期间"关闭操作系统对其他设备中断的响应来改善问题"实践证明"这种做法是有效的"一定程度上提高了软件脉冲序列发生器的实用性"但是这种补偿无疑收稿日期!!$$A?>>?>@$收修改稿日

4、期!!$$%?$>?>A基金项目!上海市科委自然基金资助项目!$"J8>"$"##:作者简介!季文彬!>&G!?#"男"上海人"硕士研究生"无线电物理:#通讯联系人$蒋瑜"电话$$!>?A!!##!&$"K?L1)2$MN)1*5!=(M:+7*/:+O/:7*:#!!波!!谱!!学!!杂!!志!!!!!!!!!第!"卷!增加了软件编写的复杂程度!更重要的是!在脉冲序列执行期间!’CP无法执行其他任务!占用’CP时间:同时它具有对硬件的依赖性!对于不同频率的处理器!不同的软硬件环境!性能的可重复性难以保证:在当今的高分辨核磁共振谱仪中!不仅对最小脉宽

5、"脉宽的时间分辨率提出了比较高的要求!还要求脉冲序列发生器具有编程的灵活性!以适应不断出现的新脉冲序列的需要:为了满足高场核磁共振谱仪研制的需要!同时又能适用于核磁共振谱仪的改造和小型核磁共振谱仪的研制!本文提出了一种基于硬件的通用型脉冲序列发生器!它主要采用了一片同步静态存储器存储脉冲序列的所有时间和事件!所有逻辑控制和脉冲序列的实现仅使用了一片现场可编程器件#BCDE$来完成!硬件结构非常简单:存储器的使用增加了脉冲序列编程的灵活性!BCDE的使用则为将来可能出现的新技术的需要提供了升级的方便:>!设计方案脉冲序列发生器不仅要产生核磁共振实验需要

6、的任意脉冲序列!还要对脉冲序列执行期间的一些快速设备进行控制:设计中!考虑了脉冲序列期间需要控制的所有快速通道!实际上就是每个通道上QQR电平的变化!把任一通道的每一次电平变化都记做一个新的事件!这样整个脉冲序列就可以分解为离散的事件和时间表:如图>!假定存在!个通道!一个是射频发射通道!一个是采样通道!这样根据上述原则!就能将这个脉冲序列分解成@个事件!它们对应的持续事件分别是!这样!在该脉冲序列发生器$"!":的设计中!就需要对时间和事件"输出通道数目"最小脉宽"脉宽的时间分辨率"最大脉宽和脉冲序列的最大长度几个方面进行考虑:图>!脉冲序列发生器

7、的时间和事件定义B)5:>!S+3)*)6).*.36)L+1*O+T+*6.36(+=/2,+5+*+016.0其硬件结构框图如图!!主要由R.712总线接口部分"BCDE和静态存储器三部分组成:脉冲序列在执行之前!首先被转换成时间和事件表!通过C’机写入脉冲序列发生器:对脉冲序列发生器的接口采用了我们自行定义的R.712总线形式!采用了标准的微处理器接口时序!连接端口则采用了&A芯的连接器:之所以采用这种接口方式!是为了适合将来通用型数字化磁共振谱仪控制台研制的需要:为了实现C’机对脉冲序列发生器的读写控制!我们设计了基于C’I总线的通用接口卡!

8、可以控制脉冲序列发生器和其他R.712总线部件:!第#期!!!!!!季文彬等’通用硬件脉冲序列发生器的研制#