MRI 架構的改進(jìn)

如同任何其他的設計問(wèn)題一樣，在運用新ADC技術(shù)的優(yōu)勢時(shí)，也需要加以權衡。由于MRI掃描儀中的RF信號電平較低，因此信噪比(SNR)是ADC的一項關(guān)鍵特性規格。在開(kāi)發(fā)突破性產(chǎn)品時(shí)，信噪比也是一項重要的目標特性規格。研發(fā)新功能時(shí)，諸如功耗之類(lèi)的規格常常退居其次，后來(lái)的新一代ADC可以通過(guò)對主要規格的性能，例如信噪比做些讓步來(lái)實(shí)現這些次要規格。最后，隨著(zhù)技術(shù)日益成熟，在第一代中達成的突破性功能，也可以在維持低功耗（或是其他次要規格）的情況下實(shí)現。因此，MRI系統設計廠(chǎng)商可以選擇和權衡不同ADC的強項及弱點(diǎn)，找出最符合其系統目標的ADC。

提高個(gè)別器件的性能，并不是蓬勃發(fā)展的IC技術(shù)助力實(shí)現更緊湊MRI接收架構的唯一方法，更高集成度也是受通信行業(yè)推動(dòng)而發(fā)展。隨著(zhù)采用模擬下變頻轉換的架構逐漸被直接采樣架構所取代，此功能也正轉換到數字領(lǐng)域，通常成為FPGA的一部分。信號被分成I與Q兩個(gè)分量，并且利用正交數控振蕩器(NCO)轉換至基帶，然后進(jìn)行過(guò)濾；接著(zhù)，此信號會(huì )傳送到系統處理器中，此時(shí)可應用更為全面的信號處理技術(shù)。

圖3 集合數模轉換器和數字下變頻功能的單芯片

這種分隔式方案可以很好地運作，然而，對于試圖使接收機解決方案尺寸最小化的設計廠(chǎng)商而言，具有更高集成度的解決方案會(huì )有所助益。舉例來(lái)說(shuō)，高性能標準器件將模數轉換功能與針對多通道的數字下變頻功能結合到單芯片中（見(jiàn)圖3），這些器件可省去介于A(yíng)DC與FPGA之間的高速鏈路開(kāi)發(fā)需求，進(jìn)而簡(jiǎn)化設計工作。片內數字下變頻器非常靈活，能夠適應不同的系統，若將此功能從FPGA上移轉出來(lái)，便可實(shí)現更小、更簡(jiǎn)單的FPGA設計，以節省更多空間或成本。

為滿(mǎn)足通信基礎設施需求所做的RF器件改進(jìn)，不僅對MRI掃描儀的接收端有幫助。DAC技術(shù)的改進(jìn)，特別是直接數字頻率合成(DDS)方面的改進(jìn)，亦可簡(jiǎn)化掃描時(shí)脈沖生成的設計工作。對于任何可能在未來(lái)使用到的場(chǎng)強，這些器件具有足堪勝任的速度。如同集成DDC能夠從FPGA上將任務(wù)移轉出來(lái)一樣，DDS元件也能夠在發(fā)射端執行相同的工作，配置為正交數字上變頻器(QDUC)的DDS具有足夠的靈活性來(lái)產(chǎn)生所需的脈沖。另外還有一項能夠簡(jiǎn)化FPGA設計的特性，就是脈沖可以存儲在片上存儲器中，等到需要時(shí)再回放。

MRI系統的趨勢與其他大型系統有著(zhù)相似的軌跡，例如，希望投入更少而獲益更多；希望擁有更多的接收通道，希望它能完成更多工作，但占用的空間更少，功耗更低。我們想要實(shí)現高精度的梯度控制，卻又不想采用復雜的設計方法。IC技術(shù)的持續進(jìn)步不僅使上述需求的解決方案變得更為簡(jiǎn)單，而且也預示將來(lái)還會(huì )有更多益處。