基于DDS芯片AD9959的核磁共振频率源设计

赵健++李士伟++朱旭东++单淑娟++李云龙++万文全

摘要：电子技术的快速发展，使得核磁共振仪器设计技术也得到了快速的发展。核磁共振频率源是核磁共振仪器中的关键部件，主要为核磁共振控制台系统提供本振频率，中频频率。本文介绍了一款以AD9959为核心的核磁共振频率源的设计，采用了直接频率合成技术，核磁共振频率源系统应用在核磁共振分析仪整机，使仪器各项性能指标均得到提升。

关键词：核磁共振 频率源 AD9959 DDS

中图分类号：TN741 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0152-01

1 引言

本文提出一种基于DDS芯片AD9959的核磁共振频率源设计，具有较低的相位噪声、高频谱纯净度、高稳定度、高分辨率等特点，可以应用到核磁共振仪器系统。

2 总体方案设计及原理

核磁共振频率源系统通过双核微控制器F28M35H52C1控制DDS集成电路AD9959，并与上位机系统进行以太网通讯，可以自动调整信号的频率、幅度、相位。AD9959输出经过低通滤波器电路、锁相环电路调理，相位噪声指标得到了显著提升。由外部恒温晶振提供给DDS的外部频率，经过DDS自带PLL电路生成参考频率。

3 系统硬件电路设计

3.1 直接数字频率合成集成电路AD9959

AD9959由四个直接数字频率合成器（DDS）内核构成，每个通道均可提供独立的频率、相位、幅度控制。由于所有通道共享一个公共系统参考时钟，因此它们为核磁共振控制台提供了同步的频率输出信号。外部时钟采用25MHz恒温晶振，经过DDS内部PLL倍频到500MHz，可以实现单通道最大输出达200MHz。每个DDS通道拥有独立的32bit频率分辨率的控制，14bit相位偏移控制及10位DAC转换为标准正弦信号。频率，相位及幅度关系由下面的公式表示：

频率

f=Fcw*Fclk/（f为输出频率，Fclk为时钟频率，Fcw为频率控制字，N=32）

幅度

A= ACR*Vmax/（A为输出幅度，Vmax为最大输出电压，ACR为幅度控制字，N=10）

相位

=POW*360/（A为输出幅度，POW为相位控制字，N=14）

AD9959的主要特征如下：（1）4个独立的DDS通道，每个通道能独立控制频率、相位和幅度；（2）具有频率、相位、幅度线性扫描、调制功能；（3）32位频率控制寄存器；（4）14位相位偏移控制寄存器；（5）10位幅度输出控制寄存器。

3.2 双核微控制器芯片F28M35H52C1

本设计采用TI公司的双核微控制器芯片F28M35H52C1为控制核心，控制子系统DSP核通过SPI接口控制DDS芯片AD9959，主器件子系统ARM核通过以太网控制器接口与上位机进行通信，实时快速通讯传递参数，进行核磁共振控制台系统射频频率调整与控制。

4 系统软件设计

核磁共振频率源系统软件设计包括系统初始化程序、以太网通讯程序、AD9959控制发送程序、AD9959通道选择程序、AD9959时钟设定程序等模块。

5 实验数据及应用实例

该系统在实验室核磁共振分析仪上进行了实验测试，采用安捷伦公司频谱分析仪N9010A进行了相关测试实验。以DDS输出的10MHz中频频率为例，测试数据如表1所示。

从实验数据分析，其中频率稳定度，频率分辨率等指标满足一般的核磁共振分析仪的控制台输入要求，可以应用到实验室仪器的调试与前期实验。

6 结语

本文从系统的整体设计，硬件设计，软件设计等方面提出了设计方法和原理，该系统能够配套核磁共振控制台实现基本的中频输出和本振输出功能，各项指标基本满足要求。

参考文献

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