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核磁共振系统中微波射频开关的设计与应用

   2011-01-13 4200


  图4是整个电路的模块连接框图,清晰地表示了模块之间的逻辑关系,以及信号的传输过程。例如当控制逻辑为1111时,输入信号input1和input3通过二极管从上面的通路输入2x1输出模块,由于控制逻辑为高,只有input1可以从output1输出;而输入信号input2和input4通过二极管从下面的通路输入下方的2x1输出模块,同样由于控制逻辑为高,只有input2可以从output1输出,这样就实现了四路输入信号只有input1和input2分别从output1和output2输出。当改变控制逻辑时,就可以选择想要的输入信号的输出。例如控制逻辑如果为1110,则输出信号为input1和input4。4路控制信号可以控制12种状态,对应地建立起数据库,通过LabView编写相应的程序应用到测试中。

4)印制电路板的设计

  1.电磁兼容性设计:为了控制印制电路板的差模辐射,应将信号和回线紧靠在一起,减小信号路径形成的环路面积,因为信号环路的作用就相当于辐射或接收磁场的环天线。在本设计中每个模块的射频信号接地路径最短,减少了差模辐射;共模辐射是由于接地面存在地电位造成的,这个地电位就是共模电压。当连接外部电缆时,电缆被共模电压激励形成共模辐射。控制共模辐射,首先要减小共模电压。本设计中采用地线网络和接地平面,布成双层版,全部在上层走线,下层全部铺地,合理选择了接地点;本电路属于高频高速电路,满足2W准则(W是印制板导线的宽度,即导线间距不小于两倍导线宽度),以减小串扰。此外,射频导线短、宽、均匀、直,转弯处采用45°角,导线宽度没有突变,没有突然拐角。

  2.地线设计:地线设计是最重要的设计,往往也是难度最大的一部分。"地线"可以定义为信号流回源的低阻抗路径,它可以是专用的回线,也可以是接地平面,有时也可以采用产品的金属外壳。理想的"地"应是零电阻的实体,各接地点之间没有电位差。本设计中,下层板布成接地板,完全铺地,各接地点之间没有电位差。在PCB版制作中,模块之间设置跳线,使得模块之间互相独立,这样做的目的是:模块可以单独测试性能,当电路出现问题时,方便检测,迅速查出问题所在。

  3.在PCB版制作中,模块之间设置跳线,使得模块之间互相独立,这样做的目的是:模块可以单独测试性能,当电路出现问题时,方便检测,迅速查出问题所在。

  设计的性能和优点
  1)由于设计的合理性和对称性,保证了在一定的带宽(120MHz)内很低的传输损耗,如图5(S21)所示。其中S21表示的是:对于一个微波网络,当其他端口都匹配,即接50R电阻匹配时,所测两端口的传输,其物理公式:S21=Uout / Uin。曲线在中心频率63.6MHz、带宽120MHz的条件下,保持了很低的传输损耗,大约为-0.29dB,而且在整个带宽内性能很稳定。
  2)电感的隔交流作用和电容的隔直流作用,保证了输入输出端口良好的匹配,得到很好的反射系数,如图5(S11,S22))所示,在中心频率63.6MHz处,反射系数可以达到-30dB左右。中心频率的大小是由核磁共振的B0场大小决定的,对于1.5T系统共振频率为63.6MHz。
  3)保证了很好的隔离度,如图6所示,中心频率处隔离度达到-30 dB以下。

 4)在实际应用中,对于使用频率高的电子元器件一个最重要的性能和指标就是对于应用环境要求不能太苛刻,可靠性要好,不易损坏。在本设计中由于使用了pin-diodes,电路的可靠性得以明显提高,克服了以往的开关芯片容易损坏,可靠性差的缺点。

 
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