专利名称：超声相控阵接收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种超声相控阵接收装置，具体地说是接收超声波信号的
8通道高速数据釆集和传输装置。
二背景技术：
自20世纪80年代起，超声相控阵技术以其灵活的波束偏转和聚焦性能越 来越引起人们的重视。超声相控阵技术是通过控制换能器阵列中各阵元的激励 (或接收)脉冲的延迟时间，改变由各阵元发射(或接收)超声波到达(或来自)物 体内某点的相位关系，达到波束聚焦和偏转的效果。
信号接收过程是发射的逆过程，接收装置主要完成对回波信号的波束合成 功能，即在特定的方向形成一个波東图案。
三
发明内容
本发明的目的是提供一种超声相控阵接收装置，具有高速数据采集和处理 功能，为超声成像提供A扫合成信号。
本发明的目的是这样实现的它包括前端电路、A/D转换电路和FPGA波束 合成电路。所述的前端电路包括前置放大电路、可变增益放大电路，给A/D转 换器提供适当的输入信号。
根据超声相控阵接收原理，本发明釆用了以上的技术方案，设计一套8通 道接收装置，能够高速、实时釆集数据并与上位机之间进行通讯。
四
附图是超声相控阵接收装置
五具体实施例方式
下面结合附图举例对本发明做更详细的描述
超声相控阵接收装置是超声相控阵检测系统的重要组成部分，相控阵换能 器接收到的模拟信号经过接收装置分别进行放大、数据采集和传输，把合成 后的信号(或多路信号)传送给上位机。
结合附图，FPGA作为主控制器，控制其他芯片的工作。在信号接收过程中， FPGA将各通道A/D采样的回波信号数据进行存储，然后将存储的数据通过USB 接口传入PC进行处理。
本发明釆用主动串行(AS)和JTAG相结合的配置方式。在系统的调试阶段 釆用JTAG配置方式对FPGA设计进行验证；在系统工作阶段利用AS配置方式 由配置芯片引导配置过程，完成FPGA的配置。在主动串行配置方式中，FPGA 必须与Altera专用的AS串行配置器件一起使用，设计中选用配置芯片EPCS4。 超声相控阵换能器接收到的回波信号一般为亳伏级，无法给高速A/D转换器提 供合适的输入信号，在超声相控阵接收系统的前端必须把微弱的回波信号进行 相应的放大，才能进一步满足后面数字电路的要求。
结合附图，多路模拟信号经过一个固定的前置放大电路后，再经可变增益 放大电路和一个控制可变增益放大器增益的D/A转换器组成的电路，能够提供10dB-50dB的增益，将信号调整为适合A/D转换的范围。
模数转换电路是接收装置的核心部件，决定釆样的精度和速度。在许多超 声检测系统中，需要4倍或更高倍数的过釆样A/D转换器，提高检测的信噪比 并减少抗混叠滤波器的复杂性。在超声相控阵采样成像系统中，A/D采样的有 限字长会引起幅度量化误差，该误差会产生量化瓣，降低图像的动态范围。本 发明采用AD公司生产的8位单片集成模数转换器AD9054,采样频率为lOOMHz。
数字波束合成器是整个信号接收处理装置的核心，本发明采用延时求和数 字波東合成算法。在接收系统中，延迟采用FPGA粗延迟和FIR小数倍延迟相 结合的方法，多路信号合成采用加权求和模块来实现。
采用双端口 RAM作为FPGA内部的双端口 FIFO存储器。为了实现粗延迟， 采用一个状态机来控制各通道FIFO开始采样的时刻，各通道采样时刻之间的
差值即为各通道的相对粗延迟值。数据数出时，采用另一个状态机控制各通道 数据的输出，将各通道数据按顺序经FPGA的输出端口传入USB接口，以传入 上位机PC。
权利要求
1、一种超声相控阵接收装置，它包括前端电路和数字电路部分。前端电路包括前置放大电路、可变增益放大电路；数字电路包括模数转换电路、USB接口电路。
2、如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，接收装置由8个通道组成， A/D采样频率为100MHz。
3、 如权利要求1所述的接收装置，其特征在于，前端电路提供10dB-50dB 增益范围。
4、 如权利要求l所述的接收装置，其特征在于，为了提高延迟精度，釆用 基于FPGA的粗延迟和FIR滤波器小数倍延迟相结合的方法，延迟精度为lns。
全文摘要
本发明提供了一种超声相控阵接收装置，包括前端电路、A/D转换电路和基于FPGA的波束合成器。前端电路包括前置放大电路和可变增益放大电路，对微弱的回波信号进行接收和放大；A/D转换电路将模拟回波信号数字化；FPGA波束合成电路完成对多路回波信号的波束合成；通过USB接口传送至上位机，完成回波信号的显示。所述装置对多路信号进行实时数据采集、处理，延迟精度为1ns。
文档编号G01S7/523GK101614815SQ20091015766
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者周世圆, 徐圆飞, 徐春广, 爽 李, 王立久, 肖定国, 赵新玉, 娟 郝 申请人:北京理工大学