数字式超声信号采集处理系统的设计与实现.docxVIP

Design and implementation of a digital system f or ultra son ic signal acquisition and processing X U L i ang2y u , GA O S hang2k ai ( Depa rt ment of B iomedical En gi neeri n g , Tsi ngh u a U ni versi t y , Bei ji ng 100084 , Chi n a) A digital system for ult raso nic signal acquisitio n and p rocessing is p rovided in t his paper . Ult raso nic echo signal is digi2 Abstract tized wit h a high speed and high resolutio n AD co nverters , and t hen p rocessed in a field p rogrammable gate array ( F P GA) chip . Through U SB 2 . 0 , demodulated signal is t ransferred to PC , in which post2p rocessing is carried out and final result s are displayed. As an example , t he result s f ro m a simulated blood flow measurement are p rovided. Co mpared to t he co nventio nal analog systems , t he p roposed system is more stable and flexible , and could be applied in various ult raso nic signal acquisitio n and p rocessing. Ke y words Ult raso nograp hy ; Digital system ; Field p rogrammable gate array 数字式超声信号采集处理系统的设计与实现 徐亮禹 ,高上凯 (清华大学生物医学工程系 ,北京 100084) [ 摘 要 ] 作者设计了一种数字式的超声回波信号采集处理系统 ,采用高速 、高精度的 AD 转换器 ,通过可编程逻辑器件 ( F P GA) 芯片实现对射频信号的预处理 ,经过 U SB 2 . 0 接口把数据传送到 PC ,在主机中完成对数据的后处理并最终显示处 理结果 ,并给出了一个模拟多普勒血流测量的实例 。此系统具有较高的灵活性和可移植性 ,可用于多种超声信号的采集与 处理 。 [ 关键词 ] 超声检查 ; 数字式系统 ; 可编程逻辑器件 100323289 (2004) 0821281203 [ 中图分类号 ] R445 . 1 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] GA 的特点 ,可以在芯片内部实现各种数字信号处理3 ,然后 把经过处理后的数据通过 U SB 总线送入计算机 ,完成信号的 后处理 、图像显示以及存储等功能 。 1 . 1 硬件设计 图 1 是本系统的硬件框图 ,利用本系统可以 实现多种方式的超声回波信号的采集与处理 。 0 引言 传统的模拟超声信号采集与处理系统的设计已经比较成 熟 ,但在使用中存在着明显的不足1 : ①模拟电路容易受到外 界的电磁干扰 ,环境 、温度等变化也会造成其性能的不稳定 ; ②在多普勒血流测量中 ,模拟解调之后要求有两个在相位和 增益上都严格对称的信号处理通道 ,因此使得器件的选择比 较烦琐 ; ③许多现代信号处理算法难以用模拟电路实现 。数 字化超声系统可以有效的解决上述问题 。近年来 ,集成芯片 的高速发展使得高性能 、低价格的芯片越来越得到广泛的应 用2 ,从而使超声回波信号的直接数字化处理得以实现 。 笔者开发了一种专门用于超声回波信号采集与数据处理 的系统 ,具有较高的灵活性和可移植性 ,可用于传统多普勒血 流测量系统或单晶片探头 B 型成像设备的数字化改造 。 1 整体结构设计 本系统的显著特点是采用高速 、高精度的 AD 转换器采 集超声回波信号 ,并将其直接送入可编程逻辑器件 (field p ro2 gramming gate array , FP GA) 中进行数字