[发明专利]集成式开关模式功率放大器

说明书

用于减小集成式开关模式功率放大器(PA)的输出阻抗的可变性的系统和方法分配无源电阻器和放大器的MOSFET开关之间的输出阻抗，所述无源电阻器可以是芯片内的。所述PA可以具有单端配置或具有两个以相反相位工作的单端结构的差分配置。在一种实施方式中，MOSFET开关的尺寸大于传统PA中实施的MOSFET开关的尺寸，但是该尺寸对于以期望的频率操作PA仍然是可接受的。另外，一种校准方法可以用来确保MOSFET开关具有受控的且校准的导通电阻，从而提供PA的稳定输出功率水平，并确保NMR测量的一致性和可重复性。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年3月27日提交的美国临时专利申请号62/477,009和62/477,014的优先权和权益。

技术领域

本发明的领域总体上涉及核磁共振（NMR）设备，并且特别地涉及管理这种设备中的输出阻抗和/或功率水平。

背景技术

核磁共振（NMR）是一种众所周知的分析技术，已在许多领域中使用，例如光谱学、生物传感和医学成像。通常，NMR设备包括收发器电路，将信号发送到测试样品并从其接收回波信号。例如，参照图1，传统NMR系统100的基本组件包括围绕被分析的样品104的NMR线圈102，用于在样品104和线圈102之间产生静磁场B₀的磁体106，耦合到NMR线圈102的双工器108，以及用于控制各种组件的操作的控制器110。通常，双工器108包括用于将RF信号传输到NMR线圈102的发射器（Tx）部分和用于从样品104经由NMR线圈102接收回波信号的接收器（Rx）部分。

NMR线圈102和收发器108通常称为“NMR探针”，其在传统NMR系统中利用大型电磁体或超导永磁体工作。NMR探针通常包含在阻抗为50Ω的环境中，因为探针和NMR仪器之间需要较长的互连线。

双工器108传送的RF信号始于RF频率源115和脉冲序列发生器117。调制器电路120根据脉冲序列发生器117提供的脉冲序列，调制来自RF频率源115的RF信号。调制的RF信号被功率放大器122放大。

在NMR测量过程中，具有拉莫尔频率ω₀的调制的RF信号通过双工器108传送到线圈102；线圈102产生RF磁场B₁（通常垂直于静磁场B₀），该磁场共振地激励样品104内的核自旋。在持续时间Δt之后，RF激励信号停止，控制器110使双工器108接收来自样品104的回波信号。通过停止RF激励，样品104内的核自旋以拉莫尔频率ω₀绕B₀-轴进动。核自旋通过自旋间相互作用缓慢失去相位相干性，在净磁矩的进动中，其在宏观平均中表现为指数弛豫（exponential relaxation）或阻尼信号。该NMR信号弛豫可以由线圈102检测。因为自旋间相互作用是所测试的样品104的材料所特有的，所以弛豫信号的特征时间（通常称为T₂）是材料特定的。

双工器108将代表NMR探针的信号输出的接收到的回波信号引导到包括前置放大器（例如，低噪声放大器125）和可编程增益放大器127的放大框。最终，该信号由模数转换器（ADC）130转换为数字形式以进行处理。但是，由前置放大器125接收到的“原始”NMR信号的频率对于ADC 130而言过高，且因此通过与RF频率源115所提供的信号进行比较而“下变频”。混频器135将以拉莫尔频率振荡的放大的NMR信号与来自RF频率源的参考信号相结合，以产生以较低的“相对拉莫尔频率”振荡的新信号。在由低通滤波器137滤波之后，该信号缓慢变化以至足以由ADC 130处理，但是仍然保留了接收到的回波信号的基本频率特性。

因此，通过测量上述拉莫尔频率ω₀（例如，用于光谱学）和特征时间T₂（例如，用于弛豫），NMR技术可以用作许多领域的分析工具，包括但不限于化学成分分析、医学成像和生物传感。