專利名稱：一種能降低低頻噪聲的磁共振成像mri系統(tǒng)前置放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種能降低低頻噪聲的磁共振成像MRI系統(tǒng)前置放大器，屬于射頻電子中的放大 器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的磁共振成像MRI系統(tǒng)低噪聲前置放大器的設(shè)計中，低噪聲晶體管通常是 GaAsFET或HEMT，以獲得低噪聲和高增益性能。但這種晶體管在低頻下過高的增益使其在 低頻下，特別是在小于50MHz的頻段下，處于嚴(yán)重的潛在不穩(wěn)定狀態(tài)。GE公司的US4835485 專利提供了目前唯一被公布的可工作在50MHz以下的低噪聲放大器電路，該放大器是使用 由兩級放大電路構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)，其中第一級放大電路的功能是實現(xiàn)電路的噪聲匹配以及 對信號的初步放大，第二級電路的功能是為信號提供一定的增益，并且為第一級電路提供 合適的負(fù)載阻抗，使整個電路穩(wěn)定工作。通過調(diào)試，該放大器電路可以在15MHz到500MHz 中的任意目標(biāo)頻率實現(xiàn)低噪聲和絕對穩(wěn)定。但是這種兩極放大結(jié)構(gòu)增加了電路的設(shè)計難度 和成本，降低了其工作可靠性，并且該電路不適合使用在工作頻率為12. 6MHz的0. 3T磁共 振成像系統(tǒng)中。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種單級放大結(jié)構(gòu)的低噪聲前置放大器電路，以克服現(xiàn) 有放大器設(shè)計難度和成本大、可靠性不高以及不適合工作在15MHz以下頻段的缺點。 本實用新型的特性在于，含有一個型號為ATF-54143的砷化鎵增強型偽形態(tài)高電 子遷移率晶體管(Tl)， 一個輸入匹配網(wǎng)絡(luò)， 一個反饋網(wǎng)絡(luò)， 一個直流偏置網(wǎng)絡(luò)， 一個濾波網(wǎng) 絡(luò)以及一個輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，其中， 輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對所述前置放大器的噪聲匹配，含有第一電容(Cl)，第二電 容(C2)，第三電容(C3)和第一電感(Ll)，其中， 第一電容(Cl)，第二電容(C2)和第一電感(Ll)各有一端共連后接所述砷化鎵增 強型偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(Tl)的柵極，第三電容(C3)的一端和所述第一電感(Ll) 的另一端相連，所述第二電容(C2)的另一端和第三電容(C3)的另一端共同接地，所述第 一電容(Cl)的另一端通過保護(hù)電路與輸入端口 (Input)連接所述保護(hù)電路由第一二極管 (Dl)和第二二極管(D2)構(gòu)成，所述第一二極管(Dl)的正極和第二二極管(D2)的負(fù)極共同 接地，所述第一二極管(Dl)的負(fù)極和第二二極管(D2)的正極相連后共同與所述第一電容 (Cl)的另一端和輸入端口 (Input)相連， 反饋網(wǎng)絡(luò)，由第三電感(L3)構(gòu)成，一端與所述砷化鎵增強型偽形態(tài)高電子遷移率 晶體管(Tl)的源極相連，而所述第三電感(L3)的另一端接地， 直流偏置網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對所述砷化鎵增強型偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(Tl)的靜 態(tài)工作點的控制，含有第一電阻(Rl)，第二電阻(R2)，第三電阻(R3)和第四電阻(R4)，所 述第一電感(Ll)的另一端依次串聯(lián)所述第四電阻(R4)和第一電阻(Rl)后接地，所述第四電阻(R4)和第一電阻(Rl)的串接點又依次串聯(lián)第二電阻(R2)和第三電阻(R3)，而所述第 三電阻(R3)的一端為所述直流偏置網(wǎng)絡(luò)的輸入端， 濾波網(wǎng)絡(luò)，用于抑制直流電源(Vcc)引入所述磁共振成像MRI系統(tǒng)前置放大器的 噪聲，含有第七電容(C7)，第八電容(C8)和第四電感(L4)，其中，所述第四電感(L4)的一 端接所述直流電源(Vcc)，另一端通過并聯(lián)的所述第七電容(C7)和第八電容(C8)接地，同 時與所述第三電阻(R3)的所述直流偏置網(wǎng)絡(luò)的輸入端相連， 輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對所述MRI系統(tǒng)前置放大器的輸出阻抗匹配，含有第四電容 (C4)，第五電容(C5)，第六電容(C6)，第五電阻(R5)和第二電感(L2)，其中所述第四電容 (C4) 一端為所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端，另一端和所述第五電容(C5)，第二電感(L2)和 第五電阻(R5)各自的一端相連后接砷化鎵增強型偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(Tl)的漏 極，所述第六電容(C6) —端接地，另一端和所述第五電容(C5)，第二電感(L2)和第五電阻 (R5)各自的另一端相連后接所述互相串聯(lián)的第二電阻(R2)和第三電阻(R3)的串接處。本實用新型的MRI系統(tǒng)低噪聲前置放大器有如下優(yōu)點 1.本實用新型的低噪聲放大器在10腿z-100腿z的頻帶內(nèi)絕對穩(wěn)定，通過調(diào)節(jié)輸 入輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，可以在任意中心頻率實現(xiàn)小于0. 45dB的噪聲系數(shù)和大于25dB的信號增
.、 2.本實用新型的低噪聲放大器的帶寬小于5MHz，有利于抑制MRI系統(tǒng)中頻帶外噪 聲對圖像質(zhì)量的影響。 3.本實用新型的低噪聲放大器只含有一級放大電路，設(shè)計和調(diào)試過程較為簡單， 并有助于降低成本。

圖1為本實用新型的低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)圖。 圖2為本實用新型的低噪聲放大器結(jié)構(gòu)框圖。 圖3為US4835485專利公布的低噪聲放大器結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，本實用新型的低噪聲前置放大 器含有 —個型號為ATF-54143的砷化鎵增強型偽形態(tài)高電子遷移率晶體管Tl，所述的晶
體管Tl采用共源極結(jié)構(gòu)組成電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器電路，對輸入信號進(jìn)行放大，其源極通
過電感L3接地，其柵極通過輸入匹配網(wǎng)絡(luò)與輸入端口 Input和直流偏置網(wǎng)絡(luò)連接；晶體管
Tl的漏極通過輸出匹配網(wǎng)絡(luò)與輸出端口 Output和直流偏置網(wǎng)絡(luò)連接。 —個濾波網(wǎng)絡(luò)，抑制直流電源引入電路的噪聲，包括電容C7， C8和電感L4，電容
C7和C8并聯(lián)，一端直接接地，其另一端通過電感L4與直流電源Vcc連接。 —個直流偏置網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對晶體管的靜態(tài)工作點的控制，包括電阻Rl， R2， R3和
R4，電阻R1的一端直接接地，其另一端經(jīng)電阻R4和電感L1與所述的晶體管T1的柵極連接，
經(jīng)電阻R2和電感L2與所述的晶體管Tl的漏極連接，電阻R3的一端經(jīng)所述的濾波電路與
直流電源連接，另一端經(jīng)電感L2與所述的晶體管T1的漏極連接。[0022] —個輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對放大器的噪聲匹配，包括電容C1，C2，C3和電感L1，電 容C1的一端通過保護(hù)電路與輸入端口 Input連接，另一端與所述的晶體管T1的柵極連接， 電容C2的一端直接接地，另一端與所述的晶體管T1的柵極連接，電容C3的一端直接接地， 另一端通過電感Ll與所述的晶體管Tl的柵極連接。 —個輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對放大器的輸出阻抗匹配，并提高其穩(wěn)定性，包括電容 C4， C5， C6，電感L2和電阻R5，電容C4的一端連接輸出端口 Output,其另一端與所述的晶體 管Tl的漏極連接，電容C5與電感L2、電阻R5并聯(lián)， 一端與晶體管Tl的漏極連接，其另一端 通過電容C6接地。
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說明其工作原理及對各元件參數(shù)的要求。 本實用新型的低噪聲放大器結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，本實用新型的低噪聲放大器電
路包括一個砷化鎵高電子遷移率晶體管， 一個反饋網(wǎng)絡(luò)， 一個濾波網(wǎng)絡(luò)， 一個直流偏置網(wǎng)
絡(luò)，一個輸入匹配網(wǎng)絡(luò)以及一個輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。 本實用新型的低噪聲放大器電路結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。 本實用新型的低噪聲放大器采用晶體管Tl源極接地過孔的雜散電感作為源極負(fù) 反饋網(wǎng)絡(luò)，在幾乎不影響放大器噪聲性能的情況下大幅提高其低頻穩(wěn)定性。由電容C7， C8 和L4組成濾波網(wǎng)絡(luò)，其中電容C7和C8分別為nF和pF量級，以確保該低通濾波電路在相當(dāng) 寬的頻段內(nèi)濾除電源噪聲。由電阻R1， R2， R3和R4組成直流偏置網(wǎng)絡(luò)，其中電阻R1與R2 起到調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點的作用，電阻R3作為電阻負(fù)反饋，被用來抑制晶體管靜態(tài)工作點的漂 移，電阻R4是K0hm量級，其作用是抑制流入晶體管Tl的柵極的直流電流。由電容C1，C2， C3和電感L1組成輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，其中電容C1，C2和電感L1構(gòu)成LC匹配網(wǎng)絡(luò)，起到輸入噪 聲匹配的作用，在達(dá)到最佳輸入噪聲匹配的情況下，放大器的噪聲達(dá)到最小值，電容C3在 工作頻率下相當(dāng)于短路，將直流回路與交流回路隔開。電感L1為單層間繞的線圈，其直徑 大于1. 5cm，匝數(shù)小于10，其在12MHz時的品質(zhì)因數(shù)接近200，有助于減小損耗，提高放大器 的噪聲性能。電感Ll被單獨封裝在一個銅質(zhì)的屏蔽盒中，以抑制該射頻線圈接收到的MRI 系統(tǒng)中電磁噪聲干擾。由電容C4， C5， C6，電感L2和電阻R5組成輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，其中電容 C4，C5和電感L2構(gòu)成LC匹配網(wǎng)絡(luò)，起到輸出增益匹配的作用，使放大器具有更好的輸出駐 波，電阻R5減小放大器的信號增益，起到提高放大電路穩(wěn)定性的作用，電容C6被用來接地， 并隔離直流回路和交流回路。
權(quán)利要求一種能降低低頻噪聲的磁共振成像MRI系統(tǒng)前置放大器，其特征在于含有一個型號為ATF-54143的砷化鎵增強型偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(T1)，一個輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，一個反饋網(wǎng)絡(luò)，一個直流偏置網(wǎng)絡(luò)，一個濾波網(wǎng)絡(luò)以及一個輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，其中，輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對所述前置放大器的噪聲匹配，含有第一電容(C1)，第二電容(C2)，第三電容(C3)和第一電感(L1)，其中，第一電容(C1)，第二電容(C2)和第一電感(L1)各有一端共連后接所述砷化鎵增強型偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(T1)的柵極，第三電容(C3)的一端和所述第一電感(L1)的另一端相連，所述第二電容(C2)的另一端和第三電容(C3)的另一端共同接地，所述第一電容(C1)的另一端通過保護(hù)電路與輸入端口(Input)連接，所述保護(hù)電路由第一二極管(D1)和第二二極管(D2)構(gòu)成，所述第一二極管(D1)的正極和第二二極管(D2)的負(fù)極共同接地，所述第一二極管(D1)的負(fù)極和第二二極管(D2)的正極相連后共同與所述第一電容(C1)的另一端和輸入端口(Input)相連，反饋網(wǎng)絡(luò)，由第三電感(L3)構(gòu)成，一端與所述砷化鎵增強型偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(T1)的源極相連，而所述第三電感(L3)的另一端接地，直流偏置網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對所述砷化鎵增強型偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(T1)的靜態(tài)工作點的控制，含有第一電阻(R1)，第二電阻(R2)，第三電阻(R3)和第四電阻(R4)，所述第一電感(L1)的另一端依次串聯(lián)所述第四電阻(R4)和第一電阻(R1)后接地，所述第四電阻(R4)和第一電阻(R1)的串接點又依次串聯(lián)第二電阻(R2)和第三電阻(R3)，而所述第三電阻(R3)的一端為所述直流偏置網(wǎng)絡(luò)的輸入端，濾波網(wǎng)絡(luò)，用于抑制直流電源(Vcc)引入所述磁共振成像MRI系統(tǒng)前置放大器的噪聲，含有第七電容(C7)，第八電容(C8)和第四電感(L4)，其中，所述第四電感(L4)的一端接所述直流電源(Vcc)，另一端通過并聯(lián)的所述第七電容(C7)和第八電容(C8)接地，同時與所述第三電阻(R3)的所述直流偏置網(wǎng)絡(luò)的輸入端相連，輸出匹配網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對所述MRI系統(tǒng)前置放大器的輸出阻抗匹配，含有第四電容(C4)，第五電容(C5)，第六電容(C6)，第五電阻(R5)和第二電感(L2)，其中所述第四電容(C4)一端為所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸出端，另一端和所述第五電容(C5)，第二電感(L2)和第五電阻(R5)各自的一端相連后接砷化鎵增強型偽形態(tài)高電子遷移率晶體管(T1)的漏極，所述第六電容(C6)一端接地，另一端和所述第五電容(C5)，第二電感(L2)和第五電阻(R5)各自的另一端相連后接所述互相串聯(lián)的第二電阻(R2)和第三電阻(R3)的串接處。
專利摘要一種能降低低頻噪聲的磁共振成像MRI系統(tǒng)前置放大器屬于射頻電子放大器領(lǐng)域，其特征在于，含有砷化鎵增強型偽形態(tài)高電子遷移率晶體管T1、接入所述晶體管T1柵極的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，接入所述晶體管T1和地之間的反饋網(wǎng)絡(luò)，與所述輸入匹配網(wǎng)絡(luò)相連的直流偏置網(wǎng)絡(luò)，以及與電源Vcc相連的濾波網(wǎng)絡(luò)，所述濾波網(wǎng)絡(luò)輸出端和所述直流偏置網(wǎng)絡(luò)的輸入端相連，同時再經(jīng)分壓后與所述輸出匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入端相連。本實用新型在10MHz-100MHz的頻帶內(nèi)絕對穩(wěn)定，能在任意中心頻率實現(xiàn)小于0.45dB的噪聲系數(shù)和大于25dB的信號增益，而且?guī)捴挥?MHz，有利于抑制MRI系統(tǒng)中頻帶外噪聲對圖像質(zhì)量的影響，而且只有一級放大電路，易于設(shè)計和調(diào)試。
文檔編號G01R33/20GK201541238SQ20092022251
公開日2010年8月4日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者李燁, 蔣曉華, 黃璐巍 申請人:清華大學(xué)