实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统的制作方法

1.本发明涉及电子信息技术领域，特别是涉及一种实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统。


背景技术：

2.磁共振谱仪系统作为磁共振的关键核心平台，其性能对磁共振扫描图像质量特别是空间分辨率，以及整机稳定运行有至关重要的影响。而磁共振谱仪系统各个组成单元之间的时钟同步，是磁共振谱仪系统的基本功能之一。
3.但是现有技术中实现磁共振谱仪时钟同步的方式，有的仅仅从磁共振谱仪系统的局部单元之间实现时钟同步的角度提出了相应的解决方案，未针对磁共振谱仪系统的整体时钟同步提出一揽子的解决方案，还有的只提出了使谱仪各组成单元的工作时钟跟时钟源系统时钟同步和同源的方案，但并没有解决出现的磁共振谱仪的系统同步时钟传输问题以及谱仪各组成单元的高质量同步时钟生成的问题，并不能满足谱仪各组成单元获取跟谱仪时钟源单元时钟信号同步且低抖动的时钟需求，进而导致磁共振扫描图像质量不高。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统，用于解决现有技术中未针对磁共振谱仪系统的整体时钟同步提出一揽子的解决方案，且不能满足谱仪各组成单元获取跟谱仪时钟源单元时钟信号同步且低抖动的时钟需求等问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统，所述系统包括：时钟源模块以及与所述时钟源模块连接的一或多个功能模块；其中，所述时钟源模块，用于向各功能模块供给同步时钟信号；每个功能模块，包括：工作时钟同步子模块，用于接收对应该功能模块的同步时钟信号，并基于该同步时钟信号获得一或多路与所述时钟源模块同步且低时钟抖动的工作时钟信号。
6.于本发明的一实施例中，所述工作时钟同步子模块包括：参考时钟获取单元，用于接收对应该功能模块的同步时钟信号，并基于该同步时钟获取对应该功能模块的参考时钟信号；时钟恢复和分频单元，连接所述参考时钟获取单元，用于对该参考时钟信号进行时钟恢复和分频处理，获得一或多路与所述时钟源模块同步且低时钟抖动的工作时钟信号。
7.于本发明的一实施例中，所述参考时钟获取单元，包括：光纤链路参考时钟单元，其包括：光纤链路接收子单元，用于通过高速光纤链路接收由所述时钟源模块转换并向所述高速光纤链路嵌入的光信号形式的同步时钟信号；光电转换子单元，连接所述光纤链路接收子单元，用于将光信号形式的同步时钟信号转换为电信号；时钟恢复子单元，连接所述光电转换子单元，用于在转换的电信号中提取参考时钟信号。
8.于本发明的一实施例中，所述参考时钟获取单元，包括：电缆参考时钟单元，包括：电缆接收子单元，用于通过同轴电缆接收由所述时钟源模块发送的电信号形式的同步时钟
信号；参考时钟子单元，连接所述电缆接收子单元，用于将该同步时钟信号作为参考时钟信号。
9.于本发明的一实施例中，所述时钟恢复和分频单元包括：时钟整形子单元，用于对参考时钟信号进行整形，获得并传输标准时钟信号；其中，所述标准时钟信号包括：标准时钟频率值以及电平标准；压控振荡器，用于输出对应低时钟抖动的高频时钟信号；其中，所述高频时钟信号包括：高频时钟频率值以及时钟信号抖动值；锁相环，连接所述时钟整形子单元以及压控振荡器，用于接收所述标准时钟信号以及高频时钟信号，并输出与所述时钟源模块同步且低时针抖动的一或多路工作时钟信号。
10.于本发明的一实施例中，所述锁相环用于根据接收的所述标准时钟信号以及高频时钟信号，对标准时钟信号进行倍频和/或分频处理，并输出与所述时钟源模块同步且低时针抖动的工作时钟信号；其中，所述工作时钟信号包括：工作时钟频率以及工作时钟抖动值；并且其中，所述工作时钟频率与所述标准时钟信号的标准时钟频率值相关；所述工作时钟抖动值与所述高频时钟信号的时钟信号抖动值相关。
11.于本发明的一实施例中，所述时钟源模块包括：电光转换模块，用于获得将电信号形式的同步时钟信号转换为光信号形式的同步时钟信号。
12.于本发明的一实施例中，所述功能模块的类型包括：pci卡、射频发射模块、射频接收模块、梯度发射模块和射频能量监测模块一种或多种。
13.于本发明的一实施例中，所述时钟源模块包括：恒温晶振。
14.于本发明的一实施例中，所述时钟源模块通过高速光纤链路和/或同轴电缆与各功能模块连接。
15.如上所述，本发明是一种实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统，具有以下有益效果：本发明针对谱仪系统的整体时钟同步提出一揽子的解决方案，将实现谱仪系统各个组成单元之间的时钟同步，解决了谱仪各组成单元获取跟谱仪时钟源单元时钟信号同步且低抖动的时钟需求，从而为谱仪系统服务于磁共振高质量扫描成像奠定坚实的基础。
附图说明
16.图1显示为本发明一实施例中的实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统的结构示意图。
17.图2显示为本发明一实施例中的实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统的结构示意图。
18.图3显示为本发明一实施例中的工作时钟同步子模块的结构示意图。
19.图4显示为本发明一实施例中的工作时钟同步子模块的结构示意图。
20.图5显示为本发明一实施例中的工作时钟同步子模块的结构示意图。
21.图6显示为本发明一实施例中的时钟恢复和分频单元的结构示意图。
22.图7显示为本发明一实施例中的时钟恢复和分频单元的结构示意图。
具体实施方式
23.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实
施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本发明的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本发明的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本发明。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、
““
下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
25.在通篇说明书中，当说某部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部分“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素，排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
26.其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此，以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本发明范围的范围内，可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。
27.再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
28.本发明提供一种实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统，针对谱仪系统的整体时钟同步提出一揽子的解决方案，将实现谱仪系统各个组成单元之间的时钟同步，解决了谱仪各组成单元获取跟谱仪时钟源单元时钟信号同步且低抖动的时钟需求，从而为谱仪系统服务于磁共振高质量扫描成像奠定坚实的基础。
29.下面以附图为参考，针对本发明的实施例进行详细说明，以便本发明所述技术领域的技术人员能够容易地实施。本发明可以以多种不同形态体现，并不限于此处说明的实施例。
30.如图1展示本发明实施例中的一种实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统的结构示意图。
31.所述系统包括：时钟源模块11以及与所述时钟源模块11连接的一或多个功能模块12；其中，所述时钟源模块11，用于向各功能模块供给同步时钟信号；每个功能模块12，包括：工作时钟同步子模块121，用于接收对应该功能模块12的同步时钟信号，并基于该同步时钟信号获得一或多路与所述时钟源模块11同步且低时钟抖动的工作时钟信号。
32.需要说明的是，所述功能模块12的个数根据需求而设定，图一中仅以4个为例，本
申请对此不作限定。并且所述功能模块所实现的功能根据具体需求而定，在本技术中对此也不作限定。
33.可选的，所述时钟源模块11包括：恒温晶振；即时钟源模块11板载的时钟单元通常由恒温晶振实现，该恒温晶振的温漂系数通常为ppb量级，频率为10mhz或者100mhz，以实现谱仪的时钟源具有很低的温漂系数。
34.可选的，所述功能模块12的类型包括：pci卡、射频发射模块、射频接收模块、梯度发射模块和射频能量监测模块一种或多种。
35.举例来说，如图2所示，磁共振谱仪系统包括：所述时钟源模块以及与所述时钟源模块11连接的pci卡、射频发射模块、射频接收模块、梯度发射模块和射频能量监测模块。
36.需要说明的是，所述功能模块不仅限于以上提到的类型，还可包括设备间管理模块，磁体间管理模块以及射频通道选择模块等磁共振谱仪常用功能模块类型。
37.可选的，所述时钟源模块11将同步时钟信号供给各功能模块12有2种方式：1)同轴电缆以电的形式传输时钟信号；2)通过高速光纤链路以光的形式传输。则所述时钟源模块11通过高速光纤链路和/或同轴电缆与各功能模块12连接。
38.具体的，当所述时钟源模块11通过高速光纤链路与各功能模块12连接时，所述时钟源模块11可通过高速光纤链路向各功能模块12供给同步时钟信号，即向所述高速光纤链路嵌入的光信号形式的同步时钟信号；当所述时钟源模块11通过同轴电缆与各功能模块12连接时，所述时钟源模块11可通过同轴电缆依次向各功能模块12供给电信号形式的同步时钟信号；当所述时钟源模块11通过高速光纤链路以及同轴电缆两种方式与各功能模块12连接时，即既向所述高速光纤链路嵌入的光信号形式的同步时钟信号，又通过同轴电缆依次向各功能模块12供给电信号形式的同步时钟信号。
39.优选的，在实际谱仪实现时具体选择哪一种所述时钟源模块11与各功能模块12的连接方式，可根据实际谱仪系统架构的需求而定，比如谱仪系统的各个功能模块12之间需要光速光纤链路进行谱仪业务数据通信时，可以将时钟源模块11发给各功能模块12的同步时钟嵌入到高速光纤链路里，跟谱仪业务数据信号一起传输，这种情况就不需要单独的同轴电缆用于时钟源模块11向谱仪系统的各功能模块12传输电信号形式的同步时钟。但是，如果谱仪系统各个功能模块12之间不通过高速光纤链路传输谱仪业务数据，而是通过电缆形式的tcp/ip协议(或者其他协议)传输时，此时就需要单独的同轴电缆用于时钟源模块11向谱仪系统各功能模块12传输电信号形式的同步时钟。
40.可选的，当所述时钟源模块11通过高速光纤链路与各功能模块12连接时，所述时钟源模块11需通过高速光纤链路向各功能模块12供给光信号形式的同步时钟信号，因此，所述时钟源模块11包括：电光转换模块，用于获得将电信号形式的同步时钟信号转换为光信号形式的同步时钟信号。
41.可选的，所述工作时钟同步子模块121包括：参考时钟获取单元，用于接收对应该功能模块的同步时钟信号，并基于该同步时钟获取对应该功能模块的参考时钟信号；时钟恢复和分频单元，连接所述参考时钟获取单元，用于对该参考时钟信号进行时钟恢复和分频处理，获得一或多路与所述时钟源模块同步且低时钟抖动的工作时钟信号。
42.针对该当所述时钟源模块与各功能模块连接方式的不同，为了对功能模块中的工作时钟同步子模块的工作原理在不同连接方式下的工作原理以及结构，提供以下几个实施
例进行说明；需要说明的是，这里的工作时钟同步子模块可以实现图1中的工作时钟同步子模块121中各功能。
43.如图3所示，展示了本发明一实施例中工作时钟同步子模块的结构图，当所述时钟源模块仅通过高速光纤链路与各功能模块连接时，则所述工作时钟同步子模块包括：光纤链路参考时钟单元31以及时钟恢复和分频单元32；其中，所述光纤链路参考时钟单元31包括：光纤链路接收子单元311，用于通过高速光纤链路接收由所述时钟源模块转换并向所述高速光纤链路嵌入的光信号形式的同步时钟信号；光电转换子单元312，连接所述光纤链路接收子单元311，用于将光信号形式的同步时钟信号转换为电信号；时钟恢复子单元313，连接所述光电转换子单元312，用于在转换的电信号中提取参考时钟信号。所述时钟恢复和分频单元32，连接所述光纤链路参考时钟单元31，用于对该参考时钟信号进行时钟恢复和分频处理，获得一或多路与所述时钟源模块同步且低时钟抖动的工作时钟信号。
44.如图4所示，展示了本发明一实施例中工作时钟同步子模块的结构图，当所述时钟源模块仅通过同轴电缆与各功能模块连接时，则所述工作时钟同步子模块包括：电缆参考时钟单元41以及时钟恢复和分频单元42；其中，所述电缆参考时钟单元包括：电缆接收子单元，用于通过同轴电缆接收由所述时钟源模块发送的电信号形式的同步时钟信号；参考时钟子单元，连接所述电缆接收子单元，用于将该同步时钟信号作为参考时钟信号。所述时钟恢复和分频单元42，连接所述电缆参考时钟单元41，用于对该参考时钟信号进行时钟恢复和分频处理，获得一或多路与所述时钟源模块同步且低时钟抖动的工作时钟信号。
45.如图5所示，展示了本发明一实施例中工作时钟同步子模块的结构图，当所述时钟源模块通过高速光纤链路以及同轴电缆两种方式与各功能模块连接时，则所述工作时钟同步子模块包括：光纤链路参考时钟单元51、电缆参考时钟单元52以及时钟恢复和分频单元53；其中，所述光纤链路参考时钟单元51包括：光纤链路接收子单元511、光电转换子单元512以及时钟恢复子单元513；所述电缆参考时钟单元52包括：电缆接收子单元以及参考时钟子单元；
46.需要说明的是，光纤链路参考时钟单元51、电缆参考时钟单元52以及时钟恢复和分频单元53可实现图3以及图4的光纤链路参考时钟单元、电缆参考时钟单元以及时钟恢复和分频单元的功能，在此不作赘述。
47.为便于本领域技术人员理解，现结合图6来对时钟恢复和分频单元做进一步说明。
48.如图6所示，展示了本发明一实施例中时钟恢复和分频单元的结构图；所述时钟恢复和分频单元包括：时钟整形子单元61，用于对参考时钟信号进行整形，获得并传输标准时钟信号；其中，所述标准时钟信号包括：标准时钟频率值以及电平标准；压控振荡器62，用于输出对应低时钟抖动的高频时钟信号；其中，所述高频时钟信号包括：高频时钟频率值以及时钟信号抖动值；锁相环63，连接所述时钟整形子单元61以及压控振荡器62，用于接收所述标准时钟信号以及高频时钟信号，并输出与所述时钟源模块同步且低时针抖动的一或多路工作时钟信号。
49.在本实施例中的工作时钟信号个数以及频率和电平标准根据对应的功能模块的实际需求来确定，在此不做限定。比如射频接收模块，通常需要锁相环输出3路时钟信号，第1路为供给现场可编程门阵列fpga的时钟信号，该信号频率为100mhz，电平标准为lvpecl；第2路时钟信号为提供给模数转换芯片adc的转换时钟，频率为80mhz，电平标准为lvpecl；
第3路时钟信号为提供给开关电源芯片的同步时钟，该时钟频率为1mhz，电平标准为cmos。
50.在本实施例中的一种实施方式为所述锁相环用于根据接收的所述标准时钟信号以及高频时钟信号，对标准时钟信号进行倍频和/或分频处理，并输出与所述时钟源模块同步且低时针抖动的工作时钟信号；其中，所述工作时钟信号包括：工作时钟频率以及工作时钟抖动值；并且其中，所述工作时钟频率与标准时钟信号的标准时钟频率值相关；所述工作时钟抖动值与所述高频时钟信号的时钟信号抖动值相关。
51.优选的，所述工作时钟频率由标准时钟信号的标准时钟频率值为基准而获得，即为标准时钟频率值的整数倍；所述工作时钟抖动值与所述高频时钟信号的时钟信号抖动值大致上一致的。
52.为了更好的描述实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统，提供具体实施例；
53.实施例1：一种应用于射频接收模块的时钟恢复和分频单元。如图7所示为本实施例的时钟恢复和分频单元的结构示意图；
54.所述时钟恢复和分频单元由以下功能部件组成：时钟整形子单元、锁相环以及压控振荡器。其中，所述时钟整形子单元接收来自于时钟源单元的参考时钟信号，将参考时钟信号整形成占空比为1:1的标准时钟信号，电平标准为cmos；所述压控振荡器提供一个超低时钟抖动的高频时钟给锁相环，压控振荡器输出时钟抖动通常在200fs到1000fs之间，频率在3ghz与4ghz之间。所述锁相环的输入主要有整形后的时钟信号与压控振荡器输出时钟信号，锁相环输出3路时钟信号，第1路为供给现场可编程门阵列fpga的时钟信号，该信号频率为100mhz，电平标准为lvpecl；第2路时钟信号为提供给模数转换芯片adc的转换时钟，频率为80mhz，电平标准为lvpecl；第3路时钟信号为提供给开关电源芯片的同步时钟，该时钟频率为1mhz，电平标准为cmos。
55.当时钟整形子单元接收的参考时钟信号频率为10mhz时，则整时钟整形子单元输出给锁相环的时钟频率为10mhz，假设压控振荡器的时钟频率为3.6ghz，则射频接收单元的频率为80mhz的模数转换芯片adc转换时钟信号与参考时钟跟压控振荡器时钟频率的关系式为：adc转换时钟频率80mhz＝10*360/45，即先将参考时钟信号频率倍频到3.6ghz(10*360mhz)，然后将3.6ghz频率的时钟通过45倍分频到80mhz。射频接收单元第1路和第3路时钟信号也是按照以上原理得到。锁相环输出时钟信号的频率以整形后的参考时钟信号的频率为基准参考频率，由于实际上本专利所提及参考时钟频率10mhz并不是严格意义的准确频率的10mhz，在实际应用时比如说是9.998mhz，则adc转换时钟频率9.998*360/45＝79.984mhz；压控振荡器输出的时钟信号抖动决定了锁相环的输出时钟抖动，比如压控振荡器输出的时钟信号抖动为300fs，则锁相环的输出时钟抖动也在300fs左右。
56.实施例2：一种实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统。
57.所述系统包括：时钟源模块以及由射频发射模块和射频接收模块共同组成的射频链路；时钟源模块，用于分别向射频发射模块和射频接收模块供给同步时钟信号；射频发射模块和射频接收模块均包括：工作时钟同步子模块，用于接收同步时钟信号，并基于该同步时钟信号获得一或多路与所述时钟源模块同步且低时钟抖动的工作时钟信号。
58.其中，同步时钟信号的频率为10mhz，射频发射单元输出的数模转换芯片dac转换时钟为640mhz，射频接收单元输出的模数转换芯片adc转换时钟为80mhz，射频发射单元的dac和射频接收单元的adc转换时钟成整数倍关系，而且跟同步时钟信号的频率10mhz也成
整数倍。因此认为射频发射单元和射频接收单元的时钟是同步的，时钟同步才能使得射频链路的相位是相干的。通常，如果连续测试15分钟，接收信号相位波动≤
±1°
，就可以认为射频链路的相位是相干的。相位相干在磁共振领域是非常关键的设计指标，只有磁共振谱仪系统的射频链路做到相位相干，才能保证磁共振谱仪系统的射频链路在磁共振扫描图像期间不产生伪影。
59.综上所述，本发明的实现磁共振谱仪时钟同步的磁共振谱仪系统，本发明针对谱仪系统的整体时钟同步提出一揽子的解决方案，将实现谱仪系统各个组成单元之间的时钟同步，解决了谱仪各组成单元获取跟谱仪时钟源单元时钟信号同步且低抖动的时钟需求，从而为谱仪系统服务于磁共振高质量扫描成像奠定坚实的基础。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
60.上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。