CN114726397A - 射频切换电路及其控制方法、射频收发链路和磁共振设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及射频切换电路及其控制方法、射频收发链路和磁共振设备，射频切换电路包括电连接的开关控制桥式电路和二极管，开关控制桥式电路包括至少一个功率器件，二极管设置于射频链路上；其中，通过控制至少一个功率器件的开闭，在开关控制桥式电路中形成至少一个放电回路。本发明利用桥式电路构建开关控制桥式电路，通过其中的功率器件的开闭，在开关控制桥式电路中形成不同的放电回路，当二极管切换状态时，利用放电回路减小固有恢复时间，达到快速切换不同的射频链路的目的，提高开关切换速率。

Description

射频切换电路及其控制方法、射频收发链路和磁共振设备

技术领域

本发明涉及射频技术领域，尤其涉及一种射频切换电路及其控制方法、射频收发链路和磁共振设备。

背景技术

磁共振成像设备中，射频***是实施射频激励并接收和处理射频信号的功能单元。射频***包括射频发射链路和射频接收链路。射频发射链路在时序控制器的作用下，产生各种符合序列要求的射频脉冲。射频接收链路在时序控制器的作用下，接收人体产生的磁共振信号。

目前的磁共振***中射频收发链路需要通过控制二极管的导通或截止进行切换，由于二极管的状态切换过程中存在固有恢复时间，会导致射频收发链路的切换存在延迟。然而，针对有些开关的宽带射频收发链路往往对切换速率有要求较高，需要达到几个微秒级别，但现有的方案无法满足这种要求。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种射频切换电路及其控制方法、射频收发链路和磁共振设备，用以克服现有技术中二极管的固有恢复时间易干扰射频链路切换速率的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种射频切换电路，包括电连接的开关控制桥式电路和二极管，所述开关控制桥式电路包括至少一个功率器件，所述二极管设置于射频链路上；其中，通过控制所述至少一个功率器件的开闭，在所述开关控制桥式电路中形成至少一个放电回路。

进一步地，所述开关控制桥式电路采用全桥式电路结构，包括第一整流电路、第二整流电路与分流支路，其中，所述第一整流电路电连接至所述二极管的阳极，所述第二整流电路电连接至所述二极管的阴极，所述分流支路并联在所述二极管的两端。

进一步地，所述第一整流电路包括电连接的第一电感和第一电容，串联的第一电阻和第一功率器件，以及电连接至所述第一功率器件的第二功率器件。

进一步地，所述第二整流电路包括电连接的第二电感和第二电容，以及电连接的第三功率器件和第四功率器件。

进一步地，所述分流支路包括依次电连接的所述第五功率器件和第二电阻，其中：所述第五功率器件远离所述第二电阻的一端电连接至所述二极管的阳极，所述第二电阻远离所述第五功率器件的一端电连接至所述二极管的阴极。

本发明还提供一种射频收发链路，包括如上所述的射频切换电路、至少一个射频接收链路和/或至少一个射频发射链路，所述射频切换电路中的二极管分别设置于至少一个射频接收链路和/或至少一个射频发射链路上。

本发明还提供一种射频切换电路的控制方法，基于如上所述的射频切换电路，所述控制方法包括：

获取设定的收发状态；

根据所述设定的收发状态，确定达到所述设定的收发状态时对应的收发端之间形成的射频链路；

根据所述形成的射频链路，控制各二极管对应的至少一个功率器件的开闭，在开关控制桥式电路中形成至少一个放电回路，减小各二极管的导通状态切换时的固有恢复时间，以加快所述形成的射频链路的切换速率。

进一步地，所述根据所述形成的射频链路，控制各二极管对应的至少一个功率器件的开闭，在开关控制桥式电路中形成至少一个放电回路，包括：

根据在所述形成的射频链路上需要导通的二极管，控制对应的开关控制桥式电路中的至少一个功率器件的开闭，使所述需要导通的二极管正向导通，其他二极管反向截止。

进一步地，所述至少一个功率器件包括第一功率器件至第五功率器件，所述控制对应的收发电路中的至少一个功率器件的开闭，使所述需要导通的二极管导通，其他二极管截止，包括：

当二极管需要正向导通时，控制所述第一功率器件和第四功率器件导通，并在正向导通结束后，控制第二功率器件、第四功率器件和所述第五功率器件导通；

当二极管需要反向截止时，控制所述第二功率器件和第三功率器件导通，并在反向截止结束后，控制所述第二功率器件、所述第四功率器件和所述第五功率器件导通。

本发明还提供一种磁共振设备，包括：

扫描仪，用于产生磁共振射频信号；

至少一个射频发射链路，用于对所述磁共振射频信号进行处理并发射磁共振射频信号；

至少一个射频接收链路，用于接收所述磁共振射频信号，将所述磁共振射频信号转化为数字信号；

和，根据如上所述的射频切换电路和处理器，所述射频切换电路中的二极管分别设置于至少一个射频接收链路和/或至少一个射频发射链路上，所述处理器用于对所述射频切换电路执行如上所述的射频切换电路的控制方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

在射频切换电路中，切换收发电路中的二极管的导通或截止的状态，在收发端之间形成不同的射频链路，在特定的应用需求下，使预设的收发端之间形成射频链路，实现不同收发状态的转换，同时，利用开关控制桥式电路中多个功率器件的开闭，在控制二极管导通或者截止的切换过程中，构建不同的放电回路，通过放电回路的电路结构消耗电荷，减小二极管的固有恢复时间，加速其切换的速率，从而有效提高不同射频链路的切换速率。

在射频切换电路的控制方法中，首先，对设定的收发状态进行有效的获取；然后，根据其设定的收发状态，确定预设的收发端；最后，对应于不同的设定的收发状态，确定预设的收发端需要形成的射频链路，在该射频链路中，控制每一个二极管对应的收发电路中的功率器件的开闭，在二极管切换导通或截止状态时，构建不同的放电回路，加快其切换速率，在不同的二极管导通或者截止的状态组合下，形成设定的收发状态对应的射频链路，减少了二极管切换时固有恢复时间带来的影响，加快了射频链路切换时的效率。

在磁共振设备中，利用处理器对射频切换电路执行相关的控制方法，有效控制功率器件的开闭，加快二极管的导通截止的状态切换，从而加快了射频链路的切换效率，保证磁共振设备切换不同的收发状态的快速性。

综上，本发明利用桥式电路构建开关控制桥式电路，并通过其中的功率器件的开闭，在开关控制桥式电路中形成不同的放电回路，当二极管切换状态时，利用放电回路减小其固有恢复时间，达到快速切换不同的射频链路的目的，有效提高开关切换速率。

附图说明

图1为本发明提供的射频切换电路一实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的开关控制桥式电路一实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的开关控制桥式电路一实施例的具体结构示意图；

图4为本发明提供的二极管正向导通一实施例的结构示意图；

图5为本发明提供的二极管反向恢复放电一实施例的具体结构示意图；

图6为本发明提供的反向截止一实施例的具体结构示意图；

图7为本发明提供的二极管正向恢复放电一实施例的具体结构示意图；

图8为本发明提供的射频收发链路一实施例的结构示意图；

图9为本发明提供的射频收发链路一实施例的具体结构示意图

图10为本发明提供的驱动后级发射线圈一实施例的结构示意图；

图11为本发明提供的射频切换电路的控制方法一实施例的流程示意图；

图12为本发明提供的射频切换电路的控制装置一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。此外，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明提供了一种射频切换电路及其控制方法、射频收发链路和磁共振设备，通过开关控制桥式电路中的多个功率器件控制不同收发端之间的二极管的导通，提高二极管状态的切换速率，在不同收发端之间形成不同的射频链路，为进一步提高射频链路切换开关的快速性提供了新思路。

在对具体实施例进行阐述之前，对涉及的技术名词进行相应的解释如下：

磁共振设备：通常包括磁共振机架，机架内有主磁体，主磁体可以是由超导线圈构成，用来产生主磁场；在磁共振成像时，成像对象会由病床进行承载，随着病床的移动，将成像对象移入主磁场的磁场分布较为均匀的区域内，磁共振设备中的脉冲控制单元控制射频脉冲产生单元产生射频脉冲，成像对象根据射频激发，会由共振产生相应的磁共振信号，可以由射频体线圈或者局部线圈进行采集，根据磁共振信号进行图像重建，形成磁共振图像；

射频收发链路：采集特定应用所关心的核素对应的频率信号进行分析，分析的结果可以为特定领域专家的临床，临床前，及前沿的科研成果提供重要的数据支撑；包括发射链路和接收链路；在发射链路中，射频脉冲由射频功率放大器放大后，经过开关控制单元，最终由射频体线圈或者局部线圈发出，对成像对象进行射频激发；同样，在接收链路中，经过开关控制单元，射频体线圈或者局部线圈进行采集，即射频接收线圈进行采集；

多核发射/接收状态：当射频链路的负载为多核线圈时，且射频链路为发射链路，则为多核发射状态；当射频链路的负载为多核线圈时，且射频链路为接收链路，则为多核接收状态；多核发射是指在不同时间段发射的频率不同(如第一时间段t1是20MHz，第二时间段t2是40Mhz，第三时间段t3是60MHz等)，常见的窄带(如60MHz±1MHz)射频开关无法兼容如此多频率，故需要多核发射开关；

基于上述技术名词解释，现有技术中，多核射频线圈的自发自收需要宽带射频开关的控制形成不同的射频收发链路，且多条射频发射链路或者射频接收链路也需要射频开关进行通断的控制，其开关的控制均是通过控制二极管的导通状态和截止状态的转换来实现的，但二极管的固有恢复特性，需要消耗一定的时间进行放电，影响开关的切换速率。

现代脉冲电路中大量使用晶体管或二极管作为开关,或者使用主要是由它们构成的逻辑集成电路。而作为开关应用的二极管主要是利用了它的通(电阻很小)、断(电阻很大)特性，即二极管对正向及反向电流表现出的开关作用。二极管和一般开关的不同在于“开”与“关”由所加电压的极性决定,而且“开”态有微小的压降，“关”态有微小的电流。当电压由正向变为反向时,电流并不立刻达到预设状态,而是在一段时间内,反向电流始终很大,二极管并不关断。经过一段时间后,反向电流才逐渐变小,再经过一段时间,二极管的电流才达到预设状态。这实际上是由电荷存储效应引起的,固有恢复时间就是存储电荷耗尽所需要的时间，而其中变化直到达到预设状态的时间，称之为固有恢复时间。

其中，固有恢复时间包括正向恢复时间和反向恢复时间。当开关从导通状态向截止状态转变时，二极管或整流器在二极管阻断反向电流之前需要首先释放存储的电荷，这个放电时间被称为反向恢复时间，在此期间电流反向流过二极管。即从正向导通电流为0时到进入完全截止状态的时间；反之，则为正向恢复时间。

因此，针对上述问题，本发明技术方案提供了一种射频切换电路及其控制方法、射频收发链路和磁共振设备，以下分别进行详细说明：

本发明实施例提供了一种射频切换电路，结合图1来看，图1为本发明提供的射频切换电路一实施例的结构示意图，射频切换电路1包括电连接的开关控制桥式电路101和二极管D，开关控制桥式电路101包括至少一个功率器件，二极管D设置于射频链路上；其中，通过控制至少一个功率器件的开闭，在开关控制桥式电路101中形成至少一个放电回路。

在本发明实施例中，在射频切换电路中，换收发电路中的二极管的导通或截止的状态，在收发端之间形成不同的射频链路，实现不同收发状态的转换，同时，利用开关控制桥式电路中多个功率器件的开闭，在控制二极管导通或者截止的切换过程中，构建不同的放电回路，通过放电回路的电路结构消耗电荷，避免二极管的固有恢复时间，加速其切换的速率，从而有效提高不同射频链路的切换速率。

需要说明的是，二极管本身存在正向恢复时间和反向恢复时间，也就是固有恢复时间，会影响电路的开关切换速率。因而，本发明构建放电回路，避免二极管的固有恢复时间。除此之外，一般射频切换电路中的直流路径上存在较大的LC滤波电路，会影响电荷的放电时间，构建放电回路还可以消耗电荷，加快其切换速率。

作为优选的实施例，上述一个或多个功率器件的型号均为GaN功率器件。

需要说明的是，射频开关需要用到宽带射频开关。宽带射频开关一般分为两类：集成器件类和分离器件类。其中，集成器件速率较快，但也仍在us级别，同时价格昂贵，整体兼容的发射功率偏低；而分离器件类则速率较低，电路相对复杂，占PCB面积较大。现有的方案选用MOSFET、固态继电器、IGBT等开关器件进行切换正向电流和反向高压，这些器件开关速度普遍较低，切换瞬间电荷冲击较大，给整个电路带来了较大的动态功耗，同时对负高压的驱动能力也有较高的要求。

在本发明实施例中，为了解决现有开关器件无法满足磁共振越来越快的切换需求的问题，采用了GaN功率器件，由于没有PN结的存在，故不存在体二极管，因而不存在反向恢复的问题，可以大大提升开关速率。一方面，GaN功率器件的开关效率相比MOSFET晶体管和IGBT晶体管要高得多，因此，体积可以做很小，有效减小控制单元尺寸；另一方面，GaN功率器件无反向恢复时间，进一步可以避免反向恢复时间，提高开关切换效率。

作为优选的实施例，结合图2来看，图2为本发明提供的开关控制桥式电路一实施例的结构示意图，开关控制桥式电路101采用全桥式电路结构，包括第一整流电路201、第二整流电路202与分流支路203，其中，第一整流电路201电连接至二极管D的阳极，第二整流电路202电连接至二极管D的阴极，分流支路203并联在二极管D的两端。

在本发明实施例中，采用全桥式电路结构，利用第一整流电路、第二整流电路与分流支路形成的电路结构，并通过分流支路在二极管的两端，利用三者之间的电信号传递，触发二极管的导通，进行相应的控制切换时序，同时，利用第一整流电路、第二整流电路与分流支路形成的电路结构，增加放电回路，在控制二极管状态变换时，加快消耗其产生电荷，减少其正向恢复时间或者反向恢复时间，加快切换速率。

作为优选的实施例，结合图3来看，图3为本发明提供的开关控制桥式电路一实施例的具体结构示意图，其中的功率器件包括第一功率器件Q1至第二功率器件Q2，第一整流电路201包括依次电连接的第一电感L1和第一电容C1，串联的第一电阻R1和第一功率器件Q1，以及电连接至第一功率器件Q1的第二功率器件Q2，其中：

第一电阻R1远离第一功率器件Q1的一端接入第一预设电压V1，第二功率器件Q2远离第一功率器件Q1的一端接地，第一电感L1靠近第一电容C1的一端同时电连接至第一功率器件Q1和第二功率器件Q2之间，第一电感L1远离第一电容C1的一端电连接至二极管D的阳极，第一电容C1远离第一电感L1的一端接地。

在本发明实施例中，通过第一电阻、第一功率器件、第二功率器件、第一电感和第一电容之间的电连接结构，有效向二极管施加导通电压或截止电压，促使其导通或者截止，并利用上述第一整流电路中的电路器件构建在二极管两端相关的放电回路，促使其快速消耗电荷，达到减小其固有恢复时长、提高开关切换速率的目的。

作为更具体的实施例，第一功率器件Q1的源极与第二功率器件Q2的漏极电连接，第一功率器件Q1的漏极与第一电阻R1电连接，第二功率器件Q2的源极接地。在本发明实施例中，通过第一功率器件Q1和第二功率器件Q2的连接结构，有效利用其场效应管的特性，实现电路的导通控制，构建相应的放电回路。其中，需要说明的是，仍结合图3来看，以第一功率器件Q1为例(其他功率器件与第一功率器件Q1一致)，源极为标注的S极，漏极为标注的D极，栅极为标注的G极。

作为优选的实施例，仍结合图3来看，其中的功率器件包括第三功率器件Q3至第四功率器件Q4，第二整流电路202包括依次电连接的第二电感L2和第二电容C2，以及依次电连接的第三功率器件Q3和第四功率器件Q4，其中：

第三功率器件Q3远离第四功率器件Q4的一端接入第二预设电压V2，第四功率器件Q4远离第三功率器件Q3的一端接地，第二电感L2靠近第二电容C2的一端同时电连接至第三功率器件Q3和第四功率器件Q4之间，第二电感L2远离第二电容C2的一端电连接至二极管D的阴极，第二电容C2远离第二电感L2的一端接地。

在本发明实施例中，通过第三功率器件、第四功率器件、第二电感和第二电容之间的电连接结构，有效向二极管施加导通电压或截止电压，促使其导通或者截止，并利用上述第二整流电路中的电路器件配合第一整流电路中的电路器件构建在二极管两端相关的放电回路，促使其快速消耗电荷，达到减小其固有恢复时长、提高开关切换速率的目的。

作为更具体的实施例，第三功率器件Q3的源极与第四功率器件Q4的漏极电连接，第三功率器件Q3的漏极接入第二预设电压，第四功率器件Q4的源极接地。在本发明实施例中，通过第三功率器件Q3和第四功率器件Q4的连接结构，有效利用其场效应管的特性，实现电路的导通控制，构建相应的放电回路。

作为具体的实施例，第一预设电压V1为+5V，第二预设电压V2为+200V。在本发明实施例中，通过在二极管两端施加正向小电压和反向高电压，有效促使二极管导通或者截止。

需要说明的是，通过在二极管上施加正向小电压，如第一预设电压(对应电流比如100mA)来导通二极管(导通后相对射频信号来说，该二极管等效成低阻抗如0.1Ω)，再施加反向高电压，如第二预设电压来截止(截止时相对射频信号来说，该二极管等效成高阻抗如1MΩ)，电压取值与输入功率有关，如1kW大致对应250V左右。

作为优选的实施例，仍结合图3来看，其中的功率器件包括第五功率器件Q5，分流支路包括依次电连接的第五功率器件Q5和第二电阻R2，其中：第五功率器件Q5远离第二电阻R2的一端电连接至二极管D的阳极，第二电阻R2远离第五功率器件Q5的一端电连接至二极管D的阴极。

在本发明实施例中，利用分流支路在二极管两端的并联结构，将第一整流电路和第二整流电路进行电连接，以有效在二极管两端构建多个放电回路，并可以利用第二电阻的阻值来加速放电，加快切换速率。

作为更具体的实施例，第五功率器件Q5的源极与二极管D的阳极，第五功率器件Q5的漏极与第二电阻R电连接。在本发明实施例中，通过第五功率器件Q5的场效应管的特性，实现电路的导通控制，构建相应的放电回路。

需要说明的是，放电时间主要由第二电阻R2和第一电感L1、第二电感L2上的等效电阻来决定，因为单个循环里积攒的电荷数量固定，电荷都是要通过这些电阻来转换成热量来消耗，相对阻值越大，电荷释放越快，但电阻太大后也会减小放电回路的电流。

在本发明一个具体的实施例中，仍结合图3来看，二极管D1的阳极通过第三电容C3与接收端RFIN电连接，二极管D1的阴极通过第四电容C4与发射端RFOUT电连接，当二极管D1导通时，射频链路从RFIN直通到RFOUT1，形成发射状态。

下面结合图4至图7来看，图4为本发明提供的二极管正向导通一实施例的结构示意图，图5为本发明提供的二极管反向恢复放电一实施例的具体结构示意图，图6为本发明提供的反向截止一实施例的具体结构示意图，图7为本发明提供的二极管正向恢复放电一实施例的具体结构示意图，以一个具体的实施例说明射频切换电路形成不同放电回路，以加快开关切换速率的原理，其控制时序说明如下：

以图4为例，控制第一功率器件Q1和第四功率器件Q4导通，其他功率器件关断，使二极管D1正向导通，其中，向二极管D1施加正向小电压(第一预设电压)，促使其正向导通；

以图5为例，二极管D1正向导通结束后，控制第二功率器件Q2、第四功率器件Q4、第五功率器件Q5导通，第一功率器件Q1、第三功率器件Q3关断，此时，由于第一电感L1和第二电感L2的存在，瞬间电流方向保持不变，形成两条放电回路如下：

1、电荷依次经过第五功率器件Q5、第二电阻R2、第二电感L2、第四功率器件Q4、GND、第二功率器件Q2、第一电感L1；

2、电荷依次经过二极管D1的阳极、第五功率器件Q5、第二电阻R2、二极管D1的阴极；

其中，需要说明的是，二极管D1正向导通结束后，第四功率器件Q4、GND、第二功率器件Q2，经由第二电阻R2快速消耗；同时，由于二极管D1的寄生电容效应，阳极呈现正极，正电荷经由第五功率器件Q5、第二电阻R2消耗。两条放电路径电流方向一致，均由第二电阻R2放电，可以调节第二电阻R2的电阻值来加速放电时间；

以图6为例，控制第二功率器件Q2和第三功率器件Q3导通，其他功率器件关断，使二极管D1反向，其中，向二极管D1施加反向高电压(第二预设电压)，促使其反向截止；

以图7为例，二极管D1反向截止结束后，控制第二功率器件Q2、第四功率器件Q4、第五功率器件Q5导通，第一功率器件Q1、第三功率器件Q3关断，此时，由于第一电感L1和第二电感L2的存在，瞬间电流方向保持不变，形成两条放电回路如下：

1、电荷依次经过第五功率器件Q5、第一电感L1、第二功率器件Q2、GND、第四功率器件Q4、第二电感L2、第二电阻R2；

2、电荷依次经过二极管D1的阴极、第二电阻R2、第五功率器件Q5二极管D1的阳极；

其中，需要说明的是，二极管D1反向截止结束后，第二功率器件Q2、第四功率器件Q4、第五功率器件Q5导通，第一功率器件Q1、第三功率器件Q3关断，此时，第一电感L1和第二电感L2、二极管D1上存储的电荷通过两条通路释放，完成快速放电。

需要更进一步说明的是，当二极管D1通过第三电容C3和第四电容C4分别与第一接收端RFIN和第一发射端RFOUT1电连接时，当二极管D1导通时(通过第一功率器件Q1和第四功率器件Q4导通)，第一接收端RFIN和第一发射端RFOUT1之间形成射频链路；而当第一接收端RFIN和第一发射端RFOUT1之间不需要形成射频链路时，二极管D1从导通切换至截止时，需要在二极管D1正向导通结束后，控制第二功率器件Q2、第四功率器件Q4、第五功率器件Q5导通，第一功率器件Q1、第三功率器件Q3关断，构建两条放电回路，减小其固有恢复时间，再控制第二功率器件Q2和第三功率器件Q3导通，其他功率器件关断，使二极管D1反向，以此加大切换速率，提高对射频链路开关切换的快速性。

本发明实施例还提供了一种射频收发链路，结合图8来看，图8为本发明提供的射频收发链路一实施例的结构示意图，包括如上所述的射频切换电路1、至少一个射频接收链路和/或至少一个射频发射链路，射频切换电路1中的二极管D分别设置于至少一个射频接收链路和/或至少一个射频发射链路上。

在本发明实施例中，通过在射频链路上设置射频切换电路，切换射频切换电路中的二极管的导通或截止的状态，在接收端和发射端之间形成不同的射频链路，在特定的应用需求下，使预设的收发端之间形成射频链路，实现不同收发状态的转换，同时，利用开关控制桥式电路中多个功率器件的开闭，在控制二极管导通或者截止的切换过程中，构建不同的放电回路，通过放电回路的电路结构消耗电荷，减小二极管的固有恢复时间，加速其切换的速率，从而有效提高不同射频链路的切换速率。

作为优选的实施例，至少一个射频接收链路或至少一个射频发射链路包括接收端和发射端，接收端和发射端之间设置至少一个二极管D。

在本发明实施例中，通过二极管的导通或者截止，有效控制接收端和发射端之间的通断。

作为优选的实施例，二极管的两端通过电容电连接至接收端/发射端/另一个二极管的一端。

在本发明实施例中，二极管的两端通过电容电连接至发射端、或者接收端、或者另一个二极管的一端，且每一个二极管都有对应的开关控制桥式电路加载在两端。在本发明实施例中，通过二极管之间的电连接关系，以及二极管与发射端或接收端的电连接结构，形成多个二极管导通形成的射频链路，以此达到切换不同射频链路的目的。其中，可以理解的是，前述所述的收发端包括发射端和接收端。

作为优选的实施例，结合图9来看，图9为本发明提供的射频收发链路一实施例的具体结构示意图，射频接收链路包括多核接收链路，至少一个射频发射链路包括多核发射链路和氢核发射链路，其中：

多核发射链路的接收端和发射端之间设置有第一二极管D1和第四二极管D4；

多核接收链路的接收端和发射端之间设置有第三二极管D3；

氢核发射链路的接收端和发射端之间设置有第二二极管D2。

在本发明实施例中，通过设置多条射频链路，利用二极管的导通或者截止，触发相关的射频链路的通断，从而实现不同的射频接收状态或者射频发射状态的转换。

下面结合图9来看，以一个具体的实施例说明射频切换电路用于多核自发自收切换的原理，说明如下：

当存在第一接收端RFIN、第二接收端RX，第一发射端RFOUT1、第二发射端RFOUT2时，第一接收端RFIN与第一发射端RFOUT1之间通过第一二极管D1、第四二极管D4电连接，第一接收端RFIN与第二发射端RFOUT2之间通过第二二极管D2电连接，第二接收端RX与第二发射端RFOUT2之间通过第三二极管D3电连接，且第一二极管D1至第四二极管D4都对应设置有开关控制桥式电路(省略号处为二极管对应的开关控制桥式电路，分别加载在对应的二极管两端)，其中：

当第一二极管D1、第四二极管D4导通，第二二极管D2、第三二极管D3截止时，射频链路从第一接收端RFIN直通到第一发射端RFOUT1，负载为多核线圈，此时为多核发射状态；

当第三二极管D3导通，第一二极管D1、第二二极管D2、第四二极管D4截止时，射频链路为第一发射端RFOUT1到第二接收端RX，将多核线圈上返回的射频信号送入采集***中，此时为多核接收状态；

当第二二极管D2导通，第一二极管D1、第四二极管D4、第三二极管D3均截止时，射频链路为第一接收端RFIN到第二发射端RFOUT2，后端可以接氢核发射线圈，此为多核发射转为氢核发射状态；

其中，需要说明的是，多核发射是指在不同时间段发射的频率不同(如t1是20MHz，t2是40Mhz，t3是60MHz等)，常见的窄带(如60MHz±1MHz)射频开关无法兼容如此多频率，故需要多核发射开关；

进一步说明的是，在多核自发自收的线圈单元中，通过该切换电路完成TX/RX链路的切换，以第四二极管D4和第三二极管D3为例，第四二极管D4导通第三二极管D3截止，为发射状态；第四二极管D4截止第三二极管D3导通，为接收状态；

同时，还可以通过控制第一二极管D1和第二二极管D2进行发射链路的选择。如：第一二极管D1为控制多核发射链路；第二二极管D2则可以选择为1H核发射通道等(后级可接至3dB电桥，输出正交耦合的射频信号，以驱动后级发射线圈)。

需要说明的是，结合图10来看，图10为本发明提供的驱动后级发射线圈一实施例的结构示意图，1端口为输入端，2端口和3端口为输出端口，4端口为隔离端，接50Ω，电路功能为产生功率相等相位相差90°的射频信号，从图9中可以知道其与输入信号波长(即频率)有直接关系，只能应用在窄带下的射频发射上，故仅在氢核发射下使用，以此输出正交耦合的射频信号，以驱动后级发射线圈。

本发明实施例提供了一种射频切换电路的控制方法，基于如上所述的射频切换电路的控制方法，结合图11来看，图11为本发明提供的射频切换电路的控制方法一实施例的流程示意图，包括步骤S1101至步骤S1102，其中：

在步骤S1101中，获取设定的收发状态；

在步骤S1102中，根据设定的收发状态，确定达到设定的收发状态时对应的收发端之间形成的射频链路；

在步骤S1103中，根据形成的射频链路，控制各二极管对应的至少一个功率器件的开闭，在开关控制桥式电路中形成至少一个放电回路，减小各二极管的导通状态切换时的固有恢复时间，以加快形成的射频链路的切换速率。

在本发明实施例中，首先，对设定的收发状态进行有效的获取；然后，对应于不同的设定的收发状态，控制每一个二极管对应的收发电路中的功率器件的开闭，在二极管切换导通或截止状态时，构建不同的放电回路，加快其切换速率，在不同的二极管导通或者截止的状态组合下，形成设定的收发状态的射频链路，减少了二极管切换时固有恢复时间带来的影响，加快了射频链路切换时的效率。

作为优选的实施例，上述步骤S1102包括：

根据形成的射频链路上需要导通的二极管，控制对应的开关控制桥式电路中的至少一个功率器件的开闭，使需要导通的二极管正向导通，其他二极管反向截止。

在本发明实施例中，根据设定的收发状态，确定对应需要形成的射频链路，确定形成该射频链路需要导通的二极管，并控制加载在二极管两端的开关控制桥式电路中的功率器件的开闭，促使二极管进行导通或截止，并在切换过程中，利用功率器件构建的放电回路，加快其切换速率。

具体地，仍结合图9来看，设定的收发状态包括多核发射状态、多核接收状态、氢核发射状态，根据不同的设定的收发状态，确定需要导通的二极管和需要截止的二极管，控制对应的开关控制桥式电路中的功率器件的开闭对相应的二极管进行状态切换。其中，多核发射状态、多核接收状态、氢核发射状态对应需要导通或截止的二极管参见上述描述，在此不再赘述。

作为优选的实施例，上述控制对应的收发电路中的至少一个功率器件的开闭，使需要导通的二极管导通，其他二极管截止，包括：

当二极管D需要正向导通时，控制第一功率器件Q1和第四功率器件Q4导通，并在正向导通结束后，控制第二功率器件Q2、第四功率器件Q4和第五功率器件Q5导通；

当二极管D需要反向截止时，控制第二功率器件Q2和第三功率器件Q3导通，并在反向截止结束后，控制第二功率器件Q2、第四功率器件Q4和第五功率器件Q5导通。

在本发明实施例中，利用相关功率器件的开闭促使二极管的导通或截止，同时利用相关功率器件的开闭时序，在切换状态的过程中，构建不同的放电回路，加速其切换速率。

下面以一个具体的应用例，仍结合图9来看，更清楚地说明本发明技术方案：

第一步，获取设定的收发状态为多核发射状态；需要说明的是，此处可以由相关用户根据实际扫描要求进行设定；

第二步，当多核发射状态时，确定对应的射频链路从第一接收端RFIN直通到第一发射端RFOUT1，则需要导通第一接收端RFIN直通到第一发射端RFOUT1之间的第一二极管D1和第四二极管D4，同时截止其他二极管(第二二极管D2和第三二极管D3)；

其中，对于第一二极管D1和第四二极管D4，控制其对应的加载在两端的开关控制桥式电路中的功率器件，使其导通，以第一二极管D1为例，控制第一功率器件Q1和第四功率器件Q4导通，其他功率器件关断，使二极管D1正向导通；如果第一二极管D1原本状态是反向截止，则在其反向截止结束时，控制第二功率器件Q2、第四功率器件Q4、第五功率器件Q5导通，第一功率器件Q1、第三功率器件Q3关断，再控制第一功率器件Q1和第四功率器件Q4导通，其他功率器件关断，减少其固有恢复时间，加快切换状态的速率，从而保证整个射频链路的切换速率；

其中，对于第二二极管D2和第三二极管D3，控制其对应的加载在两端的开关控制桥式电路中的功率器件，使其截止。具体的截止过程的切换时序和切换原理与导通过程类似，参见上述描述，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种磁共振设备，包括：

扫描仪，用于产生主磁场并能够激发处于所属主磁场中的检测对象的多种特定核素的核自旋，以产生磁共振射频信号；

至少一个射频发射链路，包括宽带射频功率放大器、驱动电路模块、发射滤波模块、第一固件以及数模转换器，以对磁共振射频信号进行处理并发射磁共振射频信号；

至少一个射频接收链路，包括次级放大器、第二固件、接收滤波模块以及模数转换器，以接收所述磁共振射频信号，将磁共振射频信号转化为数字信号；

和，根据如上所述的射频切换电路和处理器，射频切换电路中的二极管(D)设置于至少一个射频接收链路和/或至少一个射频发射链路上，处理器用于对射频切换电路执行如上所述的射频切换电路的控制方法。

磁共振设备的各个单元的更具体实现方式可以参见对于上述射频切换电路及其控制方法的描述，且具有与之相似的有益效果，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种射频切换电路的控制装置，结合图12来看，图12为本发明提供的射频切换电路的控制装置一实施例的结构示意图，射频切换电路的控制装置1200包括：

获取单元1201，用于获取设定的收发状态；

处理单元1202，用于根据设定的收发状态，确定达到设定的收发状态时对应的收发端之间形成的射频链路；

控制单元1203，用于根据形成的射频链路，控制各二极管对应的至少一个功率器件的开闭，在开关控制桥式电路中形成至少一个放电回路，减小各二极管的导通状态切换时的固有恢复时间，以加快形成的射频链路的切换速率。

射频切换电路的控制装置的各个单元的更具体实现方式可以参见对于上述射频切换电路的控制方法的描述，且具有与之相似的有益效果，在此不再赘述。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如上所述的射频切换电路的控制方法。

一般来说，用于实现本发明方法的计算机指令的可以采用一个或多个计算机可读的存储介质的任意组合来承载。非临时性计算机可读存储介质可以包括任何计算机可读介质，除了临时性地传播中的信号本身。

计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。

可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言，特别是可以使用适于神经网络计算的Python语言和基于TensorFlow、PyTorch等平台框架。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现如上所述的射频切换电路的控制方法。

根据本发明上述实施例提供的计算机可读存储介质和电子设备，可以参照根据本发明实现如上所述的射频切换电路的控制方法具体描述的内容实现，并具有与如上所述的射频切换电路的控制方法类似的有益效果，在此不再赘述。

本发明公开了一种射频切换电路及其控制方法、射频收发链路和磁共振设备，在射频切换电路中，切换收发电路中的二极管的导通或截止的状态，在收发端之间形成不同的射频链路，实现不同收发状态的转换，同时，利用开关控制桥式电路中多个功率器件的开闭，在控制二极管导通或者截止的切换过程中，构建不同的放电回路，避免其固有恢复时间，消耗其电荷，加速其切换的速率，从而有效提高不同射频链路的切换速率。在射频切换电路的控制方法中，首先，对设定的收发状态进行有效的获取；然后，对应于不同的设定的收发状态，控制每一个二极管对应的收发电路中的功率器件的开闭，在二极管切换导通或截止状态时，构建不同的放电回路，加快其切换速率，在不同的二极管导通或者截止的状态组合下，形成设定的收发状态的射频链路，减少了二极管切换时固有恢复时间带来的影响，加快了射频链路切换时的效率。

本发明技术方案，利用桥式电路构建开关控制桥式电路，并通过其中的功率器件的开闭，在开关控制桥式电路中形成不同的放电回路，当二极管切换状态时，利用放电回路减小其固有恢复时间，达到快速切换不同的射频链路的目的，有效提高开关切换速率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种射频切换电路，其特征在于，包括电连接的开关控制桥式电路(101)和二极管(D)，所述开关控制桥式电路包括至少一个功率器件，所述二极管(D)设置于射频链路上；其中，通过控制所述至少一个功率器件的开闭，在所述开关控制桥式电路(101)中形成至少一个放电回路。

2.根据权利要求1所述的射频切换电路，其特征在于，所述开关控制桥式电路(101)采用全桥式电路结构，包括第一整流电路(201)、第二整流电路(202)与分流支路(203)，其中，所述第一整流电路(201)电连接至所述二极管(D)的阳极，所述第二整流电路(202)电连接至所述二极管(D)的阴极，所述分流支路(203)并联在所述二极管(D)的两端。

3.根据权利要求2所述的射频切换电路，其特征在于，所述第一整流电路(201)包括电连接的第一电感(L1)和第一电容(C1)，串联的第一电阻(R1)和第一功率器件(Q1)，以及电连接至所述第一功率器件(Q1)的第二功率器件(Q2)。

4.根据权利要求2所述的射频切换电路，其特征在于，所述第二整流电路(202)包括电连接的第二电感(L2)和第二电容(C2)，以及电连接的第三功率器件(Q3)和第四功率器件(Q4)。

5.根据权利要求2所述的射频切换电路，其特征在于，所述分流支路(203)包括电连接的第五功率器件(Q5)和第二电阻(R2)，其中：所述第五功率器件(Q5)远离所述第二电阻(R2)的一端电连接至所述二极管(D)的阳极，所述第二电阻(R2)远离所述第五功率器件(Q5)的一端电连接至所述二极管(D)的阴极。

6.一种射频收发链路，其特征在于，包括根据权利要求1至5任一项所述的射频切换电路(1)、至少一个射频接收链路和/或至少一个射频发射链路，所述射频切换电路中的二极管(D)设置于至少一个射频接收链路和/或至少一个射频发射链路上。

7.一种射频切换电路的控制方法，其特征在于，基于根据权利要求1至5任一项所述的射频切换电路，所述控制方法包括：

获取设定的收发状态；

根据所述设定的收发状态，确定达到所述设定的收发状态时对应的收发端之间形成的射频链路；

根据所述形成的射频链路，控制各二极管对应的至少一个功率器件的开闭，在开关控制桥式电路中形成至少一个放电回路，减小各二极管的导通状态切换时的固有恢复时间，以加快所述形成的射频链路的切换速率。

8.根据权利要求7所述的射频切换电路的控制方法，其特征在于，所述根据所述形成的射频链路，控制各二极管对应的至少一个功率器件的开闭，在开关控制桥式电路中形成至少一个放电回路，包括：

根据在所述形成的射频链路上需要导通的二极管，控制对应的开关控制桥式电路中的至少一个功率器件的开闭，使所述需要导通的二极管正向导通，其他二极管反向截止。

9.根据权利要求8所述的射频切换电路的控制方法，其特征在于，所述至少一个功率器件包括第一功率器件至第五功率器件，所述控制对应的收发电路中的至少一个功率器件的开闭，使所述需要导通的二极管导通，其他二极管截止，包括：

当二极管需要正向导通时，控制所述第一功率器件和第四功率器件导通，并在正向导通结束后，控制第二功率器件、第四功率器件和所述第五功率器件导通；

当二极管需要反向截止时，控制所述第二功率器件和第三功率器件导通，并在反向截止结束后，控制所述第二功率器件、所述第四功率器件和所述第五功率器件导通。

10.一种磁共振设备，其特征在于，包括：

扫描仪，用于产生磁共振射频信号；

至少一个射频发射链路，用于对所述磁共振射频信号进行处理并发射磁共振射频信号；

至少一个射频接收链路，用于接收所述磁共振射频信号，将所述磁共振射频信号转化为数字信号；

和，根据权利要求1至5任一项所述的射频切换电路和处理器，所述射频切换电路中的二极管(D)分别设置于至少一个射频接收链路和/或至少一个射频发射链路上，所述处理器用于对所述射频切换电路执行如权利要求7至9任一项所述的射频切换电路的控制方法。

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