via E. Fermi,4 27035 Mede (PV) - Italy www.stelar.it info@stelar.it

1. L’aziendaSTELAR è una società italiana indipendente fondata nel 1984 La missione progettazione, sviluppo e fabbricazione di strumentazione scientifica con caratteristiche innovative Settori di attività Sistemi di monitoraggio per l’industria Sistemi e strumentazione per la ricerca nel campo delle risonanza magnetica nucleare (NMR) via E. Fermi,4 27035 Mede (PV) - Italy www.stelar.itinfo@stelar.it Uni-Pavia 24/11/06

2. Progetto • High Field, High Frequency Digital NMR • Obbiettivi • Sviluppo di una console NMR completa su singola scheda PCI capace di operare a frequenze NMR fino a 500 MHz • Sviluppo di software per il controllo e la temporizzazione dei dispositivi e la compilazione delle sequenze di misura avanzate per rilassometria, spettroscopia NMR e MR Imaging.

3. Titoli di tesi disponibili • Sviluppo ed implementazione su logica programmabile di un ricevitore di segnali per Risonanza Magnetica Nucleare a frequenze elevate basato sulla tecnica dell’undersampling’ • Sviluppo di un linguaggio di programmazione per un sequenziatore/impulsatore per Risonanza Magnetica Nucleare basato su una macchina sequenziale sincrona • Progetto e sviluppo di una Dynamic Link Library (DLL) per un sistema digitale di ricezione trasmissione per spettroscopia NMR implementata su una singola scheda PCI. Per ulteriori d’informazione contattare: Dr.ssa Carla Vacchi carla.vacchi@unipv.it

4. Isotope (relative) Resonance frequency at B0 = 11.7 Tesla relative sensitivity 1H 100 500 MHz 1 13C 25 125 MHz 10-5 Frequenza di precessione o Frequenza di Larmor B0 15N 10 50 MHz 10-7 M 19F 94 455 MHz 0.8 B0 Rapporto giromagnetico caratteristico del nucleo 29Si 20 99 MHz 10-3 31P 40 203 MHz 0.07 Che cos’è la risonanza magnetica nucleare

6. B0 Frequenza di trasmissione di TX , la frequenza del segnale acquisito con RX ed il campo B0 sono definiti da

7. Esempi di Strumenti NMR STELAR PC-NMR Frequenze da 1KHZ a 90 MHZ B0 da 10-4 Tesla a 2.1 Tesla VARIAN Spettrometro NMR a 900 MHz B0= 21 Tesla

8. High Field, High Frequency Digital NMR • Sviluppo di una completa console NMR su singola scheda PCI capace di operare a frequenze NMR fino a 500 MHz

9. ADC Channel 3 RF Sources Channels PCI Interface FPGA Dual Port SRAM memory External bus fuffer and External Interlocks and Trigger

10. Down Conversion (DDS+Mixer) ADC ADC (Analog To Digital Converter) 200 MHz sampling rate with 12 bits of resolution Direct Digitalization of signal up tp 90MHz Down Conversion 32 bits Resolution of Frequency and Phase registers. 16 bits Resolution of output DDS channels sine and cosine .

11. Down Conversion (DDS+Mixer) ADC CIC FIR FILTERING CIC ( Cascaded Integrated Comb ) • Real-time reprogramming of digital filter CIC block under Pulser control • Decimation Rate range from 4 to 16383 FIR (Finite Impulse Response) • Real-time reprogramming of digital filter CIC block under Pulser control • 16 Taps of FIR that correspond to order of analog filter

12. Down Conversion (DDS+Mixer) ADC CIC FIR DDA SRAM Memory Buffer Accumulation Method : Digital Data Accumulator • Accumulation in Cartesian and Polar coordinates • Real-time reprogramming of digital filter CIC block under Pulser control. • Decimation Rate range from 4 to 16383 SRAM Memory Buffer in four independent blocks for 0°, 90°, module, phase data.

14. SRAM Memory Buffers Down Conversion (DDS+Mixer) ADC CIC FIR DDA RF CH1 The unique timing technology developed allows the 'on fly' reprogramming, under pulser control, of all devices, including system frequency, digital filters, down converters and decimation coefficients even during the acquision of the FID RF CH2 RF CH3 DDS DDS DDS DDS Single board NMR console Pulser

15. Principali specifiche del ‘pulse sequences generator’ - 96 canali d’uscitaper il controllo dell’hardware e la sincronizzazione di tutti i dispositiviinterni all’FPGA come pure dei dispositivi esterni - unconditional and conditional jumps a qualsiasi subroutine preprogrammata ea procedure di run-time programming. - 7 livelli di nested cyclesper la massima compattezza degli script e per una migliore velocità di caricamento. Le‘running sequences’possono essereaggiornate e riprogrammate in modo dinamico durante la loro esecuzione. - Il pulser sequencer può essere programmato per reagirein varie modalitàa eventi run-time interni o da dispositivi esterni come signal overflows, interlocks di sicurezza e trigger esterni. - Un intervallo elementare di pulser può variare da 40 ns a 85.9 s, con una risoluzione di 20 ns. Se necessario la durata di un passo logico può essere estesa praticamente all’infinito per mezzo dei cicli programmabili Sviluppi in corso Sviluppo di un linguaggio evoluto di programmazione e compilazione di sequenze che permetta la programmazione veloce di sequenze di misura complesse.

16. Principali specifiche del receiver Signals acquisition up to 90 MHz . - 12 bits of input resolution . - Possibility to be synchronized with all the transmitter channels Limiti attuali del canale ricevitore: - La frequenza massima d’impiego di 90 MHz, principalmente limitata dal clock di sistema (200 MHz) - Non possibile l’utilizzo a frequenze superiori a 90MHz

17. F1 -F0 F1 F0 LO F0 F1 -F0 F1 Fclk=200MHz F1 Undersampling Digital receiver Per NMR a frequenze F1 > 90 MHz Fs=200MHz

18. Titoli di tesi disponibili • Sviluppo ed implementazione su logica programmabile di un ricevitore di segnali per Risonanza Magnetica Nucleare a frequenze elevate basato sulla tecnica dell’undersampling’ • Sviluppo di un linguaggio di programmazione per un sequenziatore/impulsatore per Risonanza Magnetica Nucleare basato su una macchina sequenziale sincrona • Progetto e sviluppo di una Dynamic Link Library (DLL) per un sistema digitale di ricezione trasmissione per spettroscopia NMR implementata su una singola scheda PCI. Per ulteriori d’informazione contattare: Dr.ssa Carla Vacchi carla.vacchi@unipv.it

19. Products PC-NMR General purpose Personal NMR console SPINMASTER FFC2000 high performance 1Tesla system SMARtracer bench-top 0.25T 10MHz system