公开/公告号CN102403960A
专利类型发明专利
公开/公告日2012-04-04
原文格式PDF
申请/专利权人 GE医疗系统环球技术有限公司;
申请/专利号CN201010289013.7
申请日2010-09-10
分类号H03F1/32;
代理机构中国专利代理(香港)有限公司;
代理人朱海煜
地址 美国威斯康星州
入库时间 2023-12-18 04:42:57
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2015-11-25
授权
授权
2013-05-01
实质审查的生效 IPC(主分类):H03F1/32 申请日:20100910
实质审查的生效
2012-04-04
公开
公开
技术领域
本发明总体上涉及MR领域,尤其涉及一种对激励器进行预失 真的方法及装置和预失真激励器。
背景技术
在MR系统中,RF放大器输出RF激励,RF激励将产生B1 场。然而,由于RF放大器的非线性性,实际RF放大器输出与输 入相比将存在失真,这会导致选择层的形状变差。也就是说,在 MR系统中,RF放大器存在更复杂的失真,因而选择层的形状与 理想情况存在差别。
目前,研究人员提出了一些解决上述问题的方法。
例如,美国专利US6882221公开了用于把应用到射频(RF) 功率放大器的输入信号进行预失真的设备和相应方法,用来补偿高 输出功率下的放大器失真。RF放大器输入和输出信号被持续监控 并且在RF鉴相器中生成差信号,然后把该差信号转换成数字形式, 并且针对每个观测的RF输入功率值以RF放大器增益压缩值和RF 放大器输出相位值的运行均值的形式被存储在查找表中。预失真模 块检索这些值并通过压缩来使RF放大器输入预失真。该专利重点 是在载频而不是在基带应用预失真,而且还未考虑如何在系统级上 应用预失真。
美国专利US7085330-使用自适应预失真进行放大器线性化的 方法和设备。其公开了能够校正由RF功率放大器引入的信号失真 的信号处理方法和设备,它包括缓存器,用来存储多个样本,所述 样本表示要由RF功率放大器放大的至少一部分输入信号;接收器, 用来接收由RF功率放大器生成的输出信号;同步单元,用来把所 存储的多个样本中与输出信号最接近的确定为匹配输入样本;预失 真单元,用于选择性地在RF功率放大器放大前把预失真校正函数 应用到输入信号,其中预失真校正函数是根据匹配输入样本和输出 信号之间的关系得到的。该专利能够更精确且可更新地确定放大器 和接收器的RF调制和放大阶段中涉及的延迟。任选地提供了相位 偏移校正来校正在相对于匹配输入信号的输出信号的实现样本中 的相位偏移。此外,还提供了采样相位误差校正单元,用来生成至 模数转换器的采样改变信息以促使此模数转换器选择性地改变对 输出信号的采样。在该专利列出了在无线通信中使用的方法和设备, 却没有提及用在MR领域中。
发明内容
本发明要解决的主要技术问题是提供一种对激励器进行预失 真的方法及装置和预失真激励器。
为了解决上述问题,本发明对激励器进行预失真的方法的技 术方案包括:
获取RF放大器特性曲线;
根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间的关 系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系;
在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益;
根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值与输 入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得到 所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值;
用所述增益振幅校正值和所述增益相位校正值来对所述RF激 励器的输入预失真。
优选地,所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过 对下列公式进行迭代而得到:
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]=0
其中,Pin表示输入功率;Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校 正值;Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振 幅;
优选地,所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过 以下公式得到:
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]=0
其中,Pin表示输入功率;CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校 正值;PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
进一步地,把增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益 相位校正值与输入功率之间的关系保存在激励器中。
优选地,增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位 校正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。
相应地,本发明对激励器进行预失真的装置的技术方案包括:
用于获取放大器特性曲线的单元;
用于根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间 的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系的单元;
用于在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益的单元;
用于根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值 与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系 得到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值的单 元;
用于所述增益振幅校正值和所述增益相位校正值来对所述RF 激励器的输入预失真的单元。
优选地,所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过 对下列公式进行迭代而得到:
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]=0
其中,Pin表示输入功率;Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校 正值;Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振 幅;
优选地,所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过 以下公式得到:
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]=0
其中,Pin表示输入功率;CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校 正值;PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
其中,所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及所述增 益相位校正值与输入功率之间的关系被保存在激励器中。
优选地,增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位 校正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。
另外,本发明预失真激励器的技术方案包括:直接数字频率合 成器、调制器、混频器、发射链增益放大器、预失真器和加法器, 其中:
增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值 与输入功率之间的关系被保存在所述预失真器中;
所述预失真器被配置成用于根据预失真激励器的输入和发射 增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校正 值与输入功率之间的关系得到所述预失真激励器的输入的增益振 幅校正值和增益相位校正值;
所得到的增益相位校正值与所述预失真激励器的输入作为加 法器的输入,所述加法器的输出作为所述直接数字频率合成器的一 个输入;
所述直接数字频率合成器的输出连接所述调制器的一个输入; 经增益振幅校正值校正的所述预失真激励器的输入的振幅作为所 述调制器的另一个输入;
所述调制器的输出送给所述混频器;
所述混频器的输出与在MR预扫描中得到将在扫描中使用的 发射增益相乘作为所述预失真激励器的输出。
优选地,所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过 对下列公式进行迭代而得到:
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]=0
其中,Pin表示输入功率;Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校 正值;Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振 幅;
优选地,所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过 以下公式得到:
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]=0
其中,Pin表示输入功率;CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校 正值;PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位
进一步地,增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益 相位校正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。
与现有技术相比,本发明对激励器进行预失真的方法及装置 和预失真激励器的有益效果为:
由于本发明对激励器的输入进行预失真,输出经过校正的信 号,因此能够实现激励器和放大器的线性化,提高了核磁共振系统 发射链的性能。
附图说明
为了对本公开内容更透彻的理解,下面参考结合附图所进行 的下列描述,在附图中:
图1是本发明对激励器进行预失真的方法的流程图;
图2是一个放大器的增益振幅与输入功率之间的关系的示意 图;
图3是一个放大器的增益相位与输入功率之间的关系的示意 图;
图4示出了一种放大器的输入波形的示意图;
图5示出了一种放大器的未经校准的输出波形的示意图;
图6示出了放大器的经校准的输出波形的示意图;
图7是现有技术激励器的结构示意图;
图8是本发明激励器的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的具体实施例,但本发明并不限于下述 具体实施例。
本发明对激励器的输入进行预失真处理,使得激励器的输出 (即,作为放大器的输入)被先行处理了,从而可以实现激励器和 放大器输出的线性化。
如图1所示,本发明对激励器进行预失真的方法包括步骤:
10)获取RF放大器特性曲线;
20)根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间的 关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系;
30)在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益;
40)根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值与 输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系得 到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值;
50)用所述增益振幅校正值和所述增益相位校正值来对所述 RF激励器的输入预失真。
从上述可知,本发明首先获取放大器的特性曲线,所述特性曲 线包括增益振幅与输入功率之间的关系以及增益相位与输入功率 之间的关系,这可以在放大器制造时获得(例如通过矢量信号分析 仪对放大器输入输出信号进行比较)。如图2和3所示,分别示出 了一个放大器的增益振幅变化与输入功率之间的关系以及增益相 位变化与输入功率之间的关系。在理想状况下,当输入功率发生变 化时,放大器的增益振幅变化与相位变化均应为0。实际的放大器 具有非线性,因此放大器的增益振幅与增益相位会随输入功率发生 变化。
然后,根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间 的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系。将在扫描中使 用的发射增益是在MR预扫描中得到的。根据激励器的输入和所述 发射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位 校正值与输入功率之间的关系就可以得到所述激励器的输入的增 益振幅校正值和增益相位校正值。用所述增益振幅校正值和所述增 益相位校正值来对所述激励器的输入预失真。也就是说,激励器的 输入经过预失真处理,输出给放大器,这样就会达到激励器和放大 器的线性化要求。
对于增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对下列 公式进行迭代而得到:
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]=0(1)
其中,Pin表示输入功率;Cor(Pin)表示Pin对应的校正值; Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振幅。
公式(1)是根据下述得到的:
由于G(Pin)=G0+Gx(Pin),其中,G(Pin)表示在输入功率为Pin 时对应的放大器的增益;G0表示放大器增益常数项;Gx(Pin)表示放 大器的增益中与输入功率相关的项。
又由于Pout=Pin+Cor(Pin)+G0+Gx[Pin+Cor(Pin)] (2)
其中,Pout表示放大器的输出。
另外,如果放大器具有线性性,那么应该满足公式(3):
Pout=Pin+G0 (3)
因此,根据公式(2)和(3),得到:
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]=0 (1)
如果放大器保持线性,那么,当输入功率发生变化时,增益相 位应保持不变。因此,所述增益相位校正值与输入功率之间的关系 可以通过以下公式得到:
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]=0 (4)
其中,Pin表示输入功率;CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校 正值;PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
上面只是获得增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增 益相位校正值与输入功率之间的关系的一个示例,当然也可以采用 本领域技术人员已知的任何方式来得到。
对于所得到的增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增 益相位校正值与输入功率之间的关系,可以保存在激励器中并且可 以以查找表的形式予以保存,当然还可以采用本领域技术人员已知 的任何方式。
下面以某实际应用的放大器为例,通过使其线性化来详细描述 本发明对激励器进行预失真的方法的技术方案。
首先,如图2和3,示出了其特性曲线。如图4和5,它们分 别是示出了该放大器的输入功率波形的示意图以及该放大器的未 经校准的输出功率波形的示意图。从图4和5可以看出,该放大器 的输入随时间线性增加,而其输出却是非线性的。
下表给出了根据Pin、Gx(pin)、Px(Pin)计算出增益振幅校正数 据Cor(Pin)以及增益相位校正数据Cps(Pin)的例子
从上表可以看出,Cor(Pin)+Gx(Pin+Cor(Pin))几乎为零。例如 Gx[-18.00+Cor(-18.00)]+Cor(-18.00)=Gx(-12)+Cor(-18.00)=-5.97+5.9 8=0.01。同样,对于相位校正,有Cps(pin)+Px(Pin+Cor(Pin))=0。
当对激励器的输入应用了上述所得的增益振幅校正值和增益 相位校正值后,得到了线性的放大器输出,如图6所示。
相应地,本发明还公开了一种对激励器进行预失真的装置,其 包括:
用于获取RF放大器特性曲线的单元;
用于根据所述特性曲线得到增益振幅校正值与输入功率之间 的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关系的单元;
用于在MR预扫描中得到将在扫描中使用的发射增益的单元;
用于根据激励器的输入和所述发射增益以及增益振幅校正值 与输入功率之间的关系和增益相位校正值与输入功率之间的关系 得到所述激励器的输入的增益振幅校正值和增益相位校正值的单 元;
用于所述增益振幅校正值和所述增益相位校正值来对所述RF 激励器的输入预失真的单元。
其中,所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对 下列公式进行迭代而得到:
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]=0 (1)
其中,Pin表示输入功率;Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校 正值;Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振 幅;
所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公 式得到:
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]=0 (4)
其中,Pin表示输入功率;CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校 正值;PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值 与输入功率之间的关系可以保存在激励器中。对于增益振幅校正值 与输入功率之间的关系以及增益相位校正值与输入功率之间的关 系可以以查找表的形式予以保存。
由于本发明对激励器进行预失真的装置的技术方案对应于本 发明对激励器进行预失真的方法的技术方案,因此,在此不再对本 发明对激励器进行预失真的装置的技术方案予以详述。
如图7所示,现有技术的激励器包括数字频率合成器 (DDFS)1、调制器2、混频器3和发射链增益放大器4。该激励器 的输入信号的相位作为DDFS 1的一个输入,振幅作为调制器2的 输入。在中心频率为第一参考频率的正弦波的作用下,DDFS 1输 出低频率的正弦信号,其频率和相位由数字频率合成器的输入进 行控制。经过调制器2后,在混频器3中与中心频率为第二参考频 率的正弦信号进行混频,将中心频率调整至激发频率,经过发射链 增益放大器4输出给射频功率放大器。
如图8所示,其图示了依据本发明预失真激励器的一个实施例 的示意图。其包括数字频率合成器(DDFS)1、调制器2、混频器3、 发射链增益放大器4、预失真器5和加法器6,其中:
增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校正值 与输入功率之间的关系被保存在所述预失真器5中;
所述预失真器5被配置成用于根据预失真激励器的输入和发 射增益以及增益振幅校正值与输入功率之间的关系和增益相位校 正值与输入功率之间的关系得到所述预失真激励器的输入的增益 振幅校正值和增益相位校正值;
所得到的增益相位校正值与所述预失真激励器的输入作为加 法器6的输入,所述加法器6的输出作为所述直接数字频率合成器 1的一个输入;
所述直接数字频率合成器1的输出连接所述调制器2的一个输 入;经增益振幅校正值校正的所述预失真激励器的输入的振幅作为 所述调制器2的另一个输入;
所述调制器2的输出送给所述混频器3;
所述混频器3的输出与在MR预扫描中得到将在扫描中使用 的发射增益相乘作为所述预失真激励器的输出,也即给放大器。
对于第一参考频率和第二参考频率其作用与结合图7所进行 的描述相同,在此不再赘述。
其中,所述增益振幅校正值与输入功率之间的关系可以通过对 下列公式进行迭代而得到:
Cor(Pin)+Gx[Pin+Cor(Pin)]=0 (1)
其中,Pin表示输入功率;Cor(Pin)表示Pin对应的增益振幅校 正值;Gx[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的增益振 幅;
所述增益相位校正值与输入功率之间的关系可以通过以下公 式得到:
CPS(Pin)+PX[Pin+Cor(Pin)]=0 (4)
其中,Pin表示输入功率;CPS(Pin)表示Pin对应的增益相位校 正值;PX[Pin+Cor(Pin)]表示校正后的功率对应的放大器的相位。
另外,增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校 正值与输入功率之间的关系是以查找表的形式予以保存的。 例如,假设要使特性曲线为如图2和3所示的放大器线性化,还 假设第一参考频率为16.14MHz,第二参考频率为80MHz,预失真 器5中的增益振幅校正值与输入功率之间的关系以及增益相位校 正值与输入功率之间的关系如表1所示,那么采用此预失真激励器 就能够达到放大器的线性化功能,如图6所示。
虽然上述已经结合附图描述了本发明的具体实施例,但是本领域 技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以对本发明进行 各种改变、修改和等效替代。这些改变、修改和等效替代都意为落入 随附的权利要求所限定的精神和范围之内。
机译: 预失真激励器的方法和装置及预失真激励器
机译: 预失真激励器和预失真激励器的方法和装置
机译: 使用预失真器进行放大器线性化的方法和装置