基于fpga的数字声束合成器的设计

《基于fpga的数字声束合成器的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、3242005年全国单片机与嵌入式系统学术交流会论文集基于FPGA的数字声束合成器的设计盆常军周山宏电子科技大学生命科学与技术学it,成都,810054摘要数字声束合成器是数字化B超的核心部件，对改善B超系统的性能起着关健作用。论丈介绍了实现动态聚焦常用的3种方法，给出了一种基于FPGA和非均匀采样法的数字声束合成器的实现方法，并时动态聚焦、动态变连等关健功能模决的实现进行了详细介绍关健词数字化B超，数字声束合成器,FPGA，动态聚热1引言目前，国内大多数B超厂家生产的仍然是模拟式产品。这种产品因模拟器件固有的缺陷，使得仪器的整机分辨率难以达到很高的水平。国外

2、著名的B超厂家推出的数字化B超普遍采用一种全新的数字声束合成技术，即在B超仪接收的前端就将回波信号转化成数字量，用数字电路来实现信号的延迟与各种叠加处理数字技术的采用，使动态聚焦的延迟精度大大提高而且使逐点动态聚焦成为可能。回波信号的数字化，避免了在处理中引人噪声，并且可以采用最先进的数字信号处理技术对回波信号进行处理，动态变迹和动态孔径的实现也变得方便而灵活，因而系统性能和模拟系统相比有了很大的提高.研究表明，采用数字声束合成器以后，整机分辨率改善了30%,动态范围增加了48dB,随机噪声降低了1/3。因此，对数字声束合成器做进一步的研究具有较高的工程应用价

3、值.本文介绍了数字声束合成器的原理及实现方法，并给出了一种基于Xilinx公司Spartan一皿系列FPGA完成数字声束合成器的具体设计.2数字声束合成器原理及3种实现方法数字声束合成器是数字化B超的核心，主要功能是对接收的多通道超声回波信号进行延时求和，作用是实现动态聚焦和动态变迹以及动态孔径。接收动态聚焦通过电子延时实现，原理性方案为，各接收通道的回波信号被同一射颇采样脉冲均匀采样，并按同样的写地址写人各通道的双端口RAM延时存储器，其存储单元数由最大延时量决定，各通道读地址的差异决定了各通道的延时。读地址与写地址的时钟相同，写地址简单地周而复始地变化，当

4、接收聚焦延时需要调整时读地址便会跳动若干个节拍。这种方案的延时精度等于采样脉冲的周期，为保证超声成像的质量，要求A/D采样率高达loom以上。在实际应用的系统中通常采用如下3种方法2.1非均匀采样法非均匀采样法通过控制A/D转换器的采样脉冲实现数字延时，如图1所示.其延时精度为系统主振周期T,延时量以T为量化单位转换成二进制数存放在各通道延时RAM中，在参数预置期置人延时控制器中。接收期开始后，各通道的延时计数器同时开始倒计数，计数频率为主振频率。当一个通道的接收延时计数器倒计数至零时，便产生该通道的第一个采样脉冲。此后接收延时计数器工作在固定分频状态，输出射

5、频采样脉冲A/D转换器的输出暂存于各通道的FIFO中，当各通道的FIFO都已收到系统的第一个样本数据时，便可以启动各通道的FIFO移位输出。各通道的FIFO愉出相加就是各通道信号的延时相加，也就是声束合成器的输出.2.2内插法内插式声束合成器如图2所示。接收延时分粗延时与细延时两步完成，延时存储器首先完成粗延时，再由插值滤波器对接收延时进行更精细的调孩。各接收通道的回波信号被同一射频采样脉冲均匀采样，并按同样的写地址写人各通道的延时存储器，各通道读地址的差异决定了各通道粗延时的不同，粗延时精度等于射频采样周期T。理论上，内插式声束合成器的射频采样率只须满足奈奎

6、斯特采样定理，但为了不使擂值璐波器负担过重，内插式声束合成器的射频采样率一般也要达到超声信号中心频率4倍以上。内插式声束合成器的局限第六篇FPGA/CPI.D325性在于插值误差的存在，虽然通过提高插值滤波器的阶数可以减小插值误差，但当插值滤波器的输人出现不连续点时，输出会出现暂态响应。这种暂态响应随插值滤波器阶数的增高而变得愈加严重圈1非均匀采样法声束合成器图2插值法声束合成骼2.3相移法细延时的目的是把各通道的射频回波信号的相位对得更准。对于实射频信号，相位对准只能通过延时实现;而对于复射频信号，相位对准可以简单地通过乘以一个相位因子实现，也就是如图3所示

7、的相移法.图3相移法声束合成翻各通道A/D变换后先进行正交解调处理，然后借助延时存储器完成接收延时的粗延时部分，再乘以一个相位因子exp(-w.z)实现相位对准，其中2为接收延时的细延时部分，.。为载波频率3数字声束合成器的设计3.1整体设计通过对上述3种数字声束合成器的性能和实现的复杂度进行综合分析，确定本设计采用非均匀采样法，本文设计的数字声束合成器由一片FPGA实现，内部功能模块如图4所示。时序控制接口电路模块为声束合成器引入系统时钟，并在系统控制信号的控制下对声束合成器进行复位、启动等控制。参数地址产生电路模块负责产生聚焦延时参数ROM和变迹参数ROM

8、的地址，并将从参数ROM中读出的参数分