基于FPGA的超聲診斷儀動(dòng)態(tài)濾波器的設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2011-01-23 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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1數(shù)據(jù)模塊

FGPA的控制信號(hào)是根據(jù)變?nèi)荻O管所需反向電壓精確設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)步驟如下：

1.查閱身體隨頻率和深度的衰減率，分析出每個(gè)超聲信號(hào)采樣點(diǎn)位置的中心頻率F（128個(gè)點(diǎn)）；

2..根據(jù)每個(gè)中心頻率計(jì)算出變?nèi)荻O管的電容值，

；

3.根據(jù)求出的C，查變?nèi)荻O管C/V變換圖，找到對(duì)應(yīng)的電壓V，即為二極管的反向控制電壓（DF輸出），

（VY為運(yùn)放的輸出）；

4．計(jì)算出V，從而推算出VY，故D/A的輸出電流，

（單位為毫安）；

5．根據(jù)計(jì)算出電流大小I對(duì)照DAC0800的datasheet中的電流大小與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換對(duì)照表，查出對(duì)應(yīng)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。

以此類(lèi)推，計(jì)算出128個(gè)點(diǎn)上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在FPGA內(nèi)做成ROM，提供給控制模塊讀出。

2控制信號(hào)產(chǎn)生模塊

FPGA的控制模塊是根據(jù)整個(gè)控制的時(shí)序，輸出數(shù)據(jù)模塊ROM里面的數(shù)據(jù)，提供給D/A轉(zhuǎn)換電路來(lái)控制變?nèi)荻O管的反相端（N）。

首先根據(jù)選取的深度點(diǎn)的間隔，決定控制模塊的時(shí)鐘頻率，即每個(gè)數(shù)據(jù)輸出的頻率?？刂颇K讀入數(shù)據(jù)模塊的數(shù)據(jù)，再根據(jù)控制時(shí)序，輸出數(shù)字控制信號(hào)?？刂颇K接口如表1。

表1 控制模塊接口

表2 驗(yàn)證結(jié)果

系統(tǒng)功能驗(yàn)證

完成了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)后，我們進(jìn)行在線系統(tǒng)功能驗(yàn)證，驗(yàn)證濾波器頻率的穩(wěn)定性。

以下是驗(yàn)證的步驟：

1、控制信號(hào)模塊輸出一個(gè)特定的數(shù)字D（直接在程序內(nèi)賦值），輸出就是一個(gè)特定的數(shù)；

2、我們先測(cè)量電流轉(zhuǎn)成電壓的值V’，再測(cè)量經(jīng)運(yùn)放改變后DF的輸出V，即為變?nèi)荻O管的反向電壓；

3、然后，根據(jù)反向電壓查表得到相應(yīng)的電容值，從而計(jì)算出中心頻率F’；

4、利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一系列不同頻率相同幅值的信號(hào)，讓其通過(guò)并聯(lián)諧振電路，再使用示波器測(cè)量，確定哪個(gè)頻率段之間的信號(hào)通過(guò)量最大，即可以確定中心頻率在此頻帶內(nèi)。再與F’對(duì)比，看是否相符。為了盡量的縮短頻率段的范圍，在確定一個(gè)頻率段后，再在此頻率段內(nèi)分不同頻率測(cè)量，以便更精確地確定中心頻率。

經(jīng)過(guò)一系列特定數(shù)字信號(hào)的驗(yàn)證，可以確信的得到并聯(lián)諧振電路中心頻率的穩(wěn)定性?，F(xiàn)將其中一個(gè)特定數(shù)字的驗(yàn)證結(jié)果如下：

D=120，測(cè)得電壓值V’=1.43V，V=2V，計(jì)算出中心頻率F=3.0MHz結(jié)果如表2。

實(shí)驗(yàn)得出中心頻率在3.0MHz~3.2MHz之間，對(duì)比滿足要求。

結(jié)束語(yǔ)

采用FPGA的模擬動(dòng)態(tài)濾波器，在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)易，性能上穩(wěn)定，測(cè)試和設(shè)計(jì)都十分的方便。FPGA的使用，能根據(jù)具體要求很方便的改變控制信號(hào)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)超聲診斷儀中多個(gè)模塊并行工作，也為以后的更多模擬部分?jǐn)?shù)字化提供了基礎(chǔ)。