核磁共振系統(tǒng)中射頻開關(guān)設(shè)計(jì)

　　圖3是兩輸入一輸出模塊(2x1)：控制信號(hào)7，8控制二極管的通斷，實(shí)現(xiàn)二極管D13、D16同時(shí)導(dǎo)通或者二極管D14、D15同時(shí)導(dǎo)通，與模塊1 相同。但是兩路輸入信號(hào)只有一路輸出，另外一路輸出接50R電阻實(shí)現(xiàn)匹配，從而實(shí)現(xiàn)兩路輸入一路輸出，而且可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)控制信號(hào)選擇哪一路輸出的功能。

　　圖4是整個(gè)電路的模塊連接框圖，清晰地表示了模塊之間的邏輯關(guān)系，以及信號(hào)的傳輸過(guò)程。例如當(dāng)控制邏輯為1111時(shí)，輸入信號(hào)input1和 input3通過(guò)二極管從上面的通路輸入2x1輸出模塊，由于控制邏輯為高，只有input1可以從output1輸出;而輸入信號(hào)input2和 input4通過(guò)二極管從下面的通路輸入下方的2x1輸出模塊，同樣由于控制邏輯為高，只有input2可以從output1輸出，這樣就實(shí)現(xiàn)了四路輸入信號(hào)只有input1和input2分別從output1和output2輸出。當(dāng)改變控制邏輯時(shí)，就可以選擇想要的輸入信號(hào)的輸出。例如控制邏輯如果為 1110，則輸出信號(hào)為input1和input4。4路控制信號(hào)可以控制12種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)地建立起數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)LabView編寫相應(yīng)的程序應(yīng)用到測(cè)試中。

　　4)印制電路板的設(shè)計(jì)

　　1.電磁兼容性設(shè)計(jì)：為了控制印制電路板的差模輻射，應(yīng)將信號(hào)和回線緊靠在一起，減小信號(hào)路徑形成的環(huán)路面積，因?yàn)樾盘?hào)環(huán)路的作用就相當(dāng)于輻射或接收磁場(chǎng)的環(huán)天線。在本設(shè)計(jì)中每個(gè)模塊的射頻信號(hào)接地路徑最短，減少了差模輻射;共模輻射是由于接地面存在地電位造成的，這個(gè)地電位就是共模電壓。當(dāng)連接外部電纜時(shí)，電纜被共模電壓激勵(lì)形成共模輻射?？刂乒材］椛?，首先要減小共模電壓。本設(shè)計(jì)中采用地線網(wǎng)絡(luò)和接地平面，布成雙層版，全部在上層走線，下層全部鋪地，合理選擇了接地點(diǎn);本電路屬于高頻高速電路，滿足2W準(zhǔn)則(W是印制板導(dǎo)線的寬度，即導(dǎo)線間距不小于兩倍導(dǎo)線寬度)，以減小串?dāng)_。此外，射頻導(dǎo)線短、寬、均勻、直，轉(zhuǎn)彎處采用45°角，導(dǎo)線寬度沒有突變，沒有突然拐角。

　　2.地線設(shè)計(jì)：地線設(shè)計(jì)是最重要的設(shè)計(jì)，往往也是難度最大的一部分。地線可以定義為信號(hào)流回源的低阻抗路徑，它可以是專用的回線，也可以是接地平面，有時(shí)也可以采用產(chǎn)品的金屬外殼。理想的地應(yīng)是零電阻的實(shí)體，各接地點(diǎn)之間沒有電位差。本設(shè)計(jì)中，下層板布成接地板，完全鋪地，各接地點(diǎn)之間沒有電位差。在PCB版制作中，模塊之間設(shè)置跳線，使得模塊之間互相獨(dú)立，這樣做的目的是：模塊可以單獨(dú)測(cè)試性能，當(dāng)電路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，方便檢測(cè)，迅速查出問(wèn)題所在。

　　3.在PCB版制作中，模塊之間設(shè)置跳線，使得模塊之間互相獨(dú)立，這樣做的目的是：模塊可以單獨(dú)測(cè)試性能，當(dāng)電路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，方便檢測(cè)，迅速查出問(wèn)題所在。

　　設(shè)計(jì)的性能和優(yōu)點(diǎn)

　　1)由于設(shè)計(jì)的合理性和對(duì)稱性，保證了在一定的帶寬(120MHz)內(nèi)很低的傳輸損耗，如圖5(S21)所示。其中S21表示的是：對(duì)于一個(gè)微波網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)其他端口都匹配，即接50R電阻匹配時(shí)，所測(cè)兩端口的傳輸，其物理公式：S21=Uout / Uin。曲線在中心頻率63.6MHz、帶寬120MHz的條件下，保持了很低的傳輸損耗，大約為-0.29dB，而且在整個(gè)帶寬內(nèi)性能很穩(wěn)定。

　　2)電感的隔交流作用和電容的隔直流作用，保證了輸入輸出端口良好的匹配，得到很好的反射系數(shù)，如圖5(S11，S22))所示，在中心頻率 63.6MHz處，反射系數(shù)可以達(dá)到-30dB左右。中心頻率的大小是由核磁共振的B0場(chǎng)大小決定的，對(duì)于1.5T系統(tǒng)共振頻率為63.6MHz。

　　3)保證了很好的隔離度，如圖6所示，中心頻率處隔離度達(dá)到-30 dB以下。

　　4)在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于使用頻率高的電子元器件一個(gè)最重要的性能和指標(biāo)就是對(duì)于應(yīng)用環(huán)境要求不能太苛刻，可靠性要好，不易損壞。在本設(shè)計(jì)中由于使用了pin-diodes，電路的可靠性得以明顯提高，克服了以往的開關(guān)芯片容易損壞，可靠性差的缺點(diǎn)。