Vortrag über die Bachelorarbeit

Transkript

1 Vortrag über die Bachelorarbeit Thema: I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart Power Amplifier angefertigt von Gökhan Mentes betreut von: Prof. Dr.-Ing. K. Solbach

2 Projektbeschreibung Stromsteuerung in der Spule indirekt durch Abgleich der Differenzspannung Ziel: geringes Differenzialsignal kürzere Behandlungszeit bessere Bilder Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 2/30

3 Magnetresonanztomographie Prinzip: Anregung der Moleküle (300MHz) basiert auf magnetischem Feld Stärkere Magnetfelder liefern höhere Auflösung Steigende Inhomogenität Bildgebung für den ganzen Körper durch Ganzkörperspulen Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 3/30

4 Frequenzkompensierter Spannungsteiler ohmschen Spannungsteiler ein realer Widerstand weist auch einen kapazitiven Anteil auf Widerstände mit gleicher Bauform haben die gleiche Eigenkapazität keine Phasenverschiebung Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 4/30

5 Mikroboard zur frequenzkompensierten Spannungsteilung Eigenkapazität in ADS durch modulieren bestimmt 1:1000 Teilerverhältnis 1:100 Teilerverhältnis Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 5/30

6 Simulationsmodell für den frequenzkompensierten Spannungsteiler Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 6/30

7 Simulationsergebnisse Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 7/30

8 Mikrostreifenleitung Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 8/30

9 Mikrostreifenleitung 2 Lücke für die Aufnahme von SMD Inhomogen magnetische Felder induzieren Spannung Lösung: symmetrischer Aufbau Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 9/30

10 Frequenzkompensierter Spannungsteiler - Entwurf und Anfertigung - Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 10/30

11 Frequenzkompensierter Spannungsteiler - Messung - Voraussetzung einer optimalen VNA-Messung Kalibration; Kompensiert systematische Fehler Erhöht die Messgenauigkeit Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 11/30

12 Frequenzkompensierter Spannungsteiler - Messung 2 - Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 12/30

13 S21 in db Zusammenfassung der Simulationsund Messergebnisse Simulations- und Messwerte k 50k 4,7k 47k Frequenz in MHz Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 13/30

14 Dämpfungsglied Der DAT-31R5-PP+ ist ein digitales Dämpfungsglied und bietet eine konstante Dämpfung von bis zu 31,5dB in 0,5dB Schritten Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 14/30

15 Dämpfungsglied - Entwurf und Anfertigung - Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 15/30

16 Dämpfungsglied - Messaufbau - Network-Analyzer für die Bestimmung der Dämpfung Diverse Kabel für die Verbindung von Messgeräten und Platine Netzteil für die Versorgung Multimeter für die Messung von Spannung und Strom Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 16/30

17 Dämpfungsglied - Messergebnisse - Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 17/30

18 Dämpfungsglied - Messergebnisse - Bei U=0V S21 = -13,4dB S11 = -18,2dB S12 = -13,4dB S22 = -20,4dB Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 18/30

19 Quadraturdemodulator breitbandiger Quadraturdemodulator mit integrierten Basisband-Verstärker integriertem variabler Verstärker VGA Multiplikation der Signale aus LO- und IF-Input Verstärker mir der folgenden Verstärker verbunden LO Signalfrequenz 2x größer, da ein 2:1-Frequenzteiler Ausgänge ganz genau um 90 phasenverschoben Gain-Control steuert die Verstärkung (Spielraum: 44 db Bereich) Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 19/30

20 Quadraturdemodulator - Entwurf und Anfertigung - Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 20/30

21 Quadraturdemodulator - Messaufbau - 2x RF-Signal Generator Digital Oszilloskop Diverse Kabel LO-Signal : 600MHz, -10dBm IF-Signal: 300,001MHz, -20dBm Differenzfrequenz gebildet: Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 21/30

22 Quadraturdemodulator - Messergebnisse - I-Signal um +90 phasenverschoben Signal um 180 phasenverschoben Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 22/30

23 Quadraturdemodulator - Messergebnisse 2 - LO hat ein viel höherer Eingangslevel: Datenblatt: -12dBm Messung: -31dBm Bandbreite: Datenblatt: 125MHz Messung: 135MHz Gleichtaktunterdrückung am I/Q Basisband-Verstärker: Datenblatt: Gleichspannungsanteil im I/Q Basisband-Verstärker: Datenblatt: Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 23/30

24 IF in dbm Quadraturdemodulator - Messergebnisse Sättigungs-Verhältnis von Vgin zu IF 0 0,5 1 1,5 Vgin in V minimale Verstärkung: maximale Verstärkung: Unsymmetrisches Verhalten Amplitude:1,78V Regelbereich: Datenblatt: 44dB Messung: 39,8dB Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 24/30

25 I/Q-Comparator-Demodulator - Schaltplan - Kombinieren der bisherigen Komponenten Zst. Diode limiter circuit, einstellbarer Spannungsregler LM117 Symmetrischer IF Eingang Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 25/30

26 I/Q-Comparator-Demodulator - Bestimmung der Widerstände - Abb. ESB zur Bestimmung der Widerstände am IF- Eingang Durch diese Anpassung geht etwas Leistung verloren, welches aber nicht kritisch ist Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 26/30

27 I/Q-Comparator-Demodulator - PCB-Layout - Dünne Signalleitung für I/Q Ausgänge Signale an Pads abgegriffen gebogener Mikrostreifenleitung Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 27/30

28 I/Q-Comparator-Demodulator - Fertige Platinen - Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 28/30

29 I/Q-Comparator-Demodulator - Messaufbau - V gin = 0,6V, Teilerverhältnis 1:100, 3-dB Dämpfung des Kopplers vernachlässigt Messaufbau erweitert durch einen : Absorber Koppler 50-Watt-Verstärker ZHL-100W52 (inkl. Kühlkörper und Netzteil) Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 29/30

30 I/Q-Comparator-Demodulator - Messung - Erfolgreich getestet: Spannungsteiler hat ca. -38dB Dämpfungsglieder funktionieren das Differenzsignal wird mit Hilfe von Dämpfungsgliedern verkleinert. Bei gepulstem Signal kommt das selbe demoduliertes Differenzsignal raus (180mV) mit einer höheren Leistung sind keine Verzerrungen im Puls- Betrieb erkennbar Gökhan Mentes - I/Q Comparator-Demodulator Circuit for 7-Tesla MRI Smart PA - 30/30

31 Danke für Ihre Aufmerksamkeit