專利名稱：用于壓縮模擬信號的動態(tài)壓縮器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于壓縮模擬信號的動態(tài)壓縮器，其具有若干串聯(lián)的放大級，-其中，放大級的第一級將模擬信號作為輸入信號，而其它放大級將前一放大級的輸出信號作為其輸入信號，-其中，每個放大級用級增益將輸入其中的輸入信號放大后輸出，直至由其輸出的輸出信號達到級極限電平，-其中，該模擬信號和這些放大級的輸出信號都輸入到一個加法級，由此可輸出一個和信號。
背景技術(shù)：
磁共振接收信號的動態(tài)區(qū)域很大，但其在磁共振頻率級上的相對帶寬卻很小。典型地是動態(tài)區(qū)域為大約100dB，而觀察帶寬為大約500kHz。由于較高的動態(tài)要求，盡管帶寬相對小，信號處理仍然是開銷很大的，并因此是成本很高的。因此，通過對磁共振信號進行壓縮，然后再進行擴展(采用適當(dāng)增高的帶寬)可使成本下降，并特別是對于從局部線圈無線讀出信號開辟了新的途徑。
磁共振信號的擴展可在將磁共振信號數(shù)字化之后進行。由此可使其以相對較低的成本實現(xiàn)，例如通過對已經(jīng)存在的存儲校正值的存儲器重新編程來實現(xiàn)。而壓縮須對模擬磁共振信號進行。在此對特性曲線、相穩(wěn)定性等的輸入動態(tài)特性、定義以及可重現(xiàn)性都有很高的要求。此外，在無線讀出信號時還要求動態(tài)壓縮器所消耗的電流較少。
在UKW-Berichten(UKW報告)2/87，第66至87頁中公開了一種按照分類的動態(tài)壓縮器。這種動態(tài)壓縮器的所有放大級都具有相同的級極限電平和相同的級增益。借助于這種動態(tài)壓縮器可以實現(xiàn)對數(shù)特性曲線。
由Gerhard Dickopp和Emst Schroeder所著“Der Telefunken-Kompander”(Rundfunktechnische Mitteilungen(廣播技術(shù)通訊)年度22(1978)，卷2，第63至74頁)公開了一種壓縮模擬信號的動態(tài)壓縮器，該動態(tài)壓縮器具有若干相互串聯(lián)的放大級。這些放大級中的第一級將模擬信號作為其輸入信號，而其它放大級將其前一級的輸出信號作為其輸入信號。每個放大級用級增益將輸入其中的輸入信號放大后輸出，直至由其輸出的輸出信號達到級極限電平。該動態(tài)壓縮器具有對數(shù)控制特性曲線。
由DE 2842945 B2公開了一種具有指數(shù)控制特性曲線的動態(tài)壓縮器。
對于對數(shù)壓縮來說，隨后的擴展是很麻煩的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，以盡可能低的成本實現(xiàn)動態(tài)壓縮器，使得過后的擴展能更簡單地實施。本發(fā)明的技術(shù)問題是這樣解決的，使和信號曲線的絕對值在最小電平之上約等于模擬信號絕對值的冪特性曲線(Potenzkennlinie)。
該冪特性曲線的指數(shù)當(dāng)然須小于1。優(yōu)選地，該指數(shù)位于0.2至0.5之間，特別是在0.3至0.35之間。特別具有優(yōu)點的是一個為三分之一的值，即當(dāng)該冪特性曲線為立方根時。
這種類型的特性曲線因此而尤其具有優(yōu)點，因為其通過原始曲線并且是點對稱的。因此一個信號的兩個半波將被同樣壓縮。
在實際中，對任意小的信號的冪特性曲線須用有限上升的直線去接近。因為否則則須在零點附近進行無限高的放大。因此，將最小電平定義為，從線性區(qū)域轉(zhuǎn)換到冪特性曲線區(qū)域的過渡電平。
冪特性曲線例如可以這樣實現(xiàn)，即至少一個放大級的級增益不同于其它放大級的級增益，而這些放大級的級極限電平相互之間是相同的。
此外，還可以這樣實現(xiàn)，即至少有一個放大級的級極限電平不同于其它放大級的級極限電平，而這些放大級的級增益相互之間是相同的。
當(dāng)冪特性曲線這樣實現(xiàn)時尤其具有優(yōu)點，即所述放大級的級極限電平是成對地不同的。尤其是當(dāng)級極限電平從第一放大級至最后放大級(尤其是等距離)單調(diào)下降時。
通常，使用的放大級越多，對冪特性曲線的近似就越好。另一方面隨著使用的放大級數(shù)量的增加，當(dāng)然也使電路技術(shù)的成本上升。一種較好的折衷是，該動態(tài)壓縮器所具有的放大級在四個至十個之間，特別是在五個和八個之間，例如六個。
在下述情況下，放大級工作得尤其好，即每個放大級具有兩個可持續(xù)控制的放大部件，其各具有一個控制連接端和兩個主連接端，每個所述放大部件的一個主連接端通過一個其自身的限流電阻與電源電壓相連接，其另一個主連接端通過公共穩(wěn)流電源與基準電位相連接，引入這些放大級的輸入信號被加在控制端，以及可在主連接端和限流電阻之間獲得由這些放大級輸出的信號。
當(dāng)所有放大級的限流電阻都具有相同的電阻值，以及所有放大級的穩(wěn)流電源都給出相互不同的恒定電流時，可使各放大級具有相對統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)。
另一種可能性是，所有放大級的限流電阻都具有相互不同的電阻值，以及所有放大級的穩(wěn)流電源都給出相同的恒定電流。
當(dāng)每個放大級的輸入信號是分別對稱引入的，以及每個放大級的輸出信號是對稱引入加法級的時，則可大大減少偶數(shù)失真。
當(dāng)將加法級輸入端設(shè)計成電流節(jié)點時，對各個放大級輸出信號的求和尤其簡單。根據(jù)對模擬信號與和信號之間的相位常數(shù)的要求，可以在加法級與放大級電路之間設(shè)置輸入電阻、低通回路或移相網(wǎng)絡(luò)(Allpaess)。
本發(fā)明的動態(tài)壓縮器優(yōu)選地用于磁共振線圈中，以對磁共振信號進行壓縮。


下面將結(jié)合附圖和本發(fā)明的一種實施方式對本發(fā)明的其它優(yōu)點和細節(jié)進行描述，在原理圖中示出了圖1示出了一個磁共振接收部分的簡化示意圖；圖2示出了一個動態(tài)壓縮器的方框圖；圖3詳細示出了圖2中動態(tài)壓縮器的電路圖。
具體實施例方式
如圖1所示，線圈裝置的接收線圈1接收磁共振信號。該磁共振信號由一個諧振電容器2引出并通過前置放大器3輸入到動態(tài)壓縮器4。該模擬磁共振信號將通過動態(tài)壓縮器4壓縮。動態(tài)壓縮器4給出一個(同樣是模擬的)和信號，它相對于原始磁共振信號具有更小的動態(tài)范圍。該和信號的曲線的絕對值在最小電平之上約等于該磁共振信號的曲線的絕對值的冪特性曲線。該冪特性曲線具有一個其值典型地介于0.2和0.5之間，特別是主要介于0.3和0.35之間的指數(shù)，例如為三分之一。
該和信號然后被引入調(diào)制器5，該調(diào)制器5將該和信號在高頻載波信號上加以調(diào)制。該調(diào)制器的輸出信號被引入發(fā)送裝置6，并由該發(fā)送裝置無線地發(fā)送給接收電路的接收裝置7。
接收裝置7接收的信號被送入解調(diào)器8，通過解調(diào)再現(xiàn)和信號。該和信號被輸入給模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器9，該模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器9將該模擬的和信號數(shù)字化。該數(shù)字化的和信號被送入擴展器10，該擴展器10對由動態(tài)壓縮器4壓縮的信號進行補償。由此得到的重新被擴展了的磁共振信號將被繼續(xù)送到圖中為清楚起見而未示出的部件進行進一步處理。
圖1所示的線圈裝置為局部線圈，因此它表示一個不是固定在磁共振裝置中的、而是相對于其運動的磁共振線圈。
如圖2和圖3所示，動態(tài)壓縮器4具有若干串聯(lián)的放大級11。放大級11的數(shù)量一般在四個至十個之間。優(yōu)選地為五至八個之間。按照所示實施方式，有六個放大級11。
按照圖2和圖3，第一放大級11將磁共振信號(以下稱之為模擬信號)作為輸入信號。其它放大級11分別將前一放大級11的輸出信號作為其輸入信號。每個放大級11用級增益v將輸入其中的輸入信號放大后輸出，直至由其輸出的輸出信號達到級極限電平Pi(i＝1，...，6)。
該模擬信號和這些放大級(11)的輸出信號都輸入到一個加法級12中。加法級12對輸入到其中的信號求和，并輸出一個相應(yīng)的和信號。
如上所述，借助于動態(tài)壓縮器4可以實現(xiàn)冪特性曲線。這可以通過不同的措施實現(xiàn)。特別是例如可以這樣實現(xiàn)，即使放大級11的級極限電平Pi相互相同，而使放大級11的級增益v相互之間不同。但根據(jù)本實施方式為放大級11的級增益v相互相同，而放大級11的級極限電平Pi則成對地不同。尤其是從第一放大級11至最后放大級11級極限電平Pi是等距離單調(diào)下降的。
按照實施方式下例成立Pi＝P6+(1-i/6)×D其中，D為和信號的動力。級極限電平Pi和動力D在此用對數(shù)值來表示，例如用dB表示。
通過上述電路作為結(jié)果可以得到最大增益V，只要該模擬信號處于最下電平之下。該最大增益V在此等于級增益v的結(jié)果，按照本實施方式即等于級增益v的6次冪。超過最小電平之后，放大將逐級下降。有效放大作為待壓縮模擬信號的函數(shù)可以容易地實現(xiàn)。然后可以將指數(shù)迭代地與所得出的函數(shù)相匹配。通常，所得出的指數(shù)比所期望的小。
如果上述過程不能滿足要求，還可以附加地將級極限電平Pi也這樣進行變換，以使它們不再是等距離的。
在端部的放大級11最好用對稱差分放大器實現(xiàn)。這種差分放大器也用于許多對數(shù)壓縮放大器。按照圖3，這種放大級11具有兩個放大部件13。放大部件13通常是晶體管13，各具有一個控制端(基極)和兩個主連接端(發(fā)射極和集電極)。由于晶體管13的應(yīng)用，對放大部件13可連續(xù)進行控制。
放大部件13的集電極通過一個其自身的限流電阻14與正電源電壓U+相連接，放大部件13的發(fā)射極通過負反饋電阻15和公共穩(wěn)流電源16與基準電位(大地)相連接。當(dāng)前的輸入信號通過耦合電容器17或耦合電感18對稱地輸入放大級11。輸入信號明顯地加在各放大級11的放大部件13的控制端。由各放大級11輸出的輸出信號可分別從集電極和限流電阻14之間獲得。
顯然，各放大級11的輸出信號也是對稱地輸入到加法級12中的?？赡馨l(fā)生的信號的偶數(shù)干擾在此也被很好地抑制了。
放大級11的小信號增益v通過限流電阻和負反饋電阻14，15的電阻值Rc，RE、穩(wěn)流電源16的電流I以及通過所謂的溫度電壓UT來確定。由下式得出v＝RC/(RE+2UT/I)與級增益v相同的該小信號增益v對于所有放大級11應(yīng)具有相同的值。這例如可以這樣實現(xiàn)所有放大級11的限流電阻14都具有相同的電阻值RC、由穩(wěn)流電源16給出相互不同的恒定電流I并使用負反饋電阻15，以實現(xiàn)放大級11所要求的參數(shù)化。還可以這樣實現(xiàn)使限流電阻14的電阻值RC變化，而使恒定電流I相同并使用負反饋電阻15，以實現(xiàn)放大級11所要求的參數(shù)化。在此可以選擇對所有放大級11設(shè)置負反饋電阻15。還可以將放大級11設(shè)計成，使最后一級放大級11不具有負反饋電阻15。
按照圖3，加法級12的輸入端是在基本電路中運行的晶體管19的發(fā)射極。因此，加法級12在輸入端一側(cè)被構(gòu)成為電流節(jié)點。通過圖3所示的加法級12的電流鏡向電路(Stromspiegelschaltung)將電流半波按照符號相互迭加。
作為圖示用于加法級12的晶體管電路的替代物，還可以例如使用一個運算放大器，在其反向的輸入端輸入各輸出信號。
可以看出，所述模擬信號(即原始輸入信號)和放大級11的輸出信號通過移相網(wǎng)絡(luò)20輸入加法級12。借助于移相網(wǎng)絡(luò)20可以實現(xiàn)對各級輸出信號的延遲時間的很好的補償。在相誤差很小的情況下，也可用簡單的低通回路替代移相網(wǎng)絡(luò)20。如果不必對相移進行補償，甚至還可以僅使用電阻。
圖2和圖3所示的本發(fā)明動態(tài)壓縮器4中，還可以集成到一個局部線圈中。該局部線圈所需的電能非常少，以至在一段較長的時間內(nèi)可用電池來驅(qū)動。
權(quán)利要求
1.一種用于壓縮模擬信號的動態(tài)壓縮器，其具有若干串聯(lián)的放大級(11)，-其中，放大級(11)的第一級將模擬信號作為輸入信號，而其它放大級(11)分別將前一放大級的輸出信號作為其輸入信號，-其中，每個放大級(11)用級增益(v)將輸入其中的輸入信號放大后輸出，直至由其輸出的輸出信號達到級極限電平(Pi)，-其中，該模擬信號和這些放大級(11)的輸出信號都輸入到一個加法級(12)中，由此可輸出一個和信號，其特征在于，該和信號的曲線的絕對值在最小電平之上約等于該模擬信號絕對值的冪特性曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，所述冪特性曲線具有一個其值介于0.2和0.5之間，特別是介于0.3和0.35之間的指數(shù)，例如為1/3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，至少有一個放大級(11)的級增益(v)不同于其它放大級(11)的級增益(v)，以及這些放大級(11)的級極限電平(Pi)相互之間是相同的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，至少有一個放大級(11)的級極限電平(Pi)不同于其它放大級(11)的級極限電平(Pi)，以及這些放大級(11)的級增益(v)相互之間是相同的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，所述放大級(11)的級極限電平(Pi)成對地不同。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，所述各級極限電平(Pi)從第一放大級(11)至最后一個放大級(11)是單調(diào)下降的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，所述各級極限電平(Pi)從第一放大級(11)至最后一個放大級(11)是距離地單調(diào)下降。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，其所具有的放大級(11)在四個至十個之間，特別是在五個和八個之間，例如六個。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，-每個所述放大級(11)具有兩個可持續(xù)控制的放大部件(13)，它們分別具有一個控制連接端和兩個主連接端，-每個所述放大部件(13)的一個主連接端通過一個其自身的限流電阻(14)與電源電壓(U+)相連接，其另一個主連接端通過一公共穩(wěn)流電源(16)與基準電位相連接，-引入這些放大級(11)的輸入信號被加在控制端，以及-可在主連接端和限流電阻(14)之間獲得由這些放大級(11)輸出的信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，所有所述放大級(11)的限流電阻(14)都具有相同的電阻值(Rc)，以及所有所述放大級(11)的穩(wěn)流電源(16)都給出相互不同的恒定電流(I)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，所有所述放大級(11)的限流電阻(14)都具有相互不同的電阻值(Rc)，以及所有所述放大級(11)的穩(wěn)流電源(16)都給出相同的恒定電流(I)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，至少有一部分放大級(11)在公共穩(wěn)流電源(16)和與之相連的主連接端之間設(shè)置了其自身的負反饋電阻(15)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，對于最后的放大級(11)在公共穩(wěn)流電源(16)和與之相連的主連接端之間沒有設(shè)置其自身的負反饋電阻(15)。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，每個放大級(11)的輸入信號是分別對稱引入的，以及每個放大級(11)的輸出信號對稱引入加法級(12)。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，所述加法級(12)在輸入端設(shè)計成電流節(jié)點。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，在所述加法級(12)和放大級(11)之間設(shè)置了輸入電阻。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，在所述加法級(12)和放大級(11)之間設(shè)置了低通回路。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，在所述加法級(12)和放大級(11)之間設(shè)置了移相網(wǎng)絡(luò)(20)。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，在所述加法級(12)后設(shè)置了一個用于將壓縮后的磁共振信號無線傳輸給接收裝置(7)的發(fā)送裝置(6)。
20.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的動態(tài)壓縮器，其特征在于，為了壓縮磁共振信號將其用于磁共振線圈，尤其是局部線圈中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于壓縮模擬信號的動態(tài)壓縮器，其具有若干串聯(lián)的放大級(11)。其中，第一放大級(11)將待壓縮的模擬信號作為輸入信號，而其它放大級(11)分別將前一放大級的輸出信號作為其輸入信號。每個放大級(11)用級增益(v)將其輸入信號放大直至其達到級極限電平(P
文檔編號H04B1/64GK1409493SQ02144498
公開日2003年4月9日 申請日期2002年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月1日
發(fā)明者拉爾夫·奧佩爾特, 馬庫斯·維斯特 申請人:西門子公司