在任何新技術(shù)開發(fā)過程中，在將新型號或下一代超聲儀商業(yè)化之前，制造商都要經(jīng)歷硬件開發(fā)和測試、系統(tǒng)集成和驗證的階段。研制高通道數(shù)成像超聲子系統(tǒng)預(yù)計需要多年的努力。此外，在對系統(tǒng)考慮的知識有限的情況下，直接進入波束轉(zhuǎn)向或傳輸子系統(tǒng)的硬件原型設(shè)計可能是昂貴的，因為它可能導(dǎo)致硬件原型的多次修訂。現(xiàn)在，一個完整的系統(tǒng)(原型板和開源軟件)可以用來模擬超聲機子系統(tǒng)的操作，從而降低了超聲制造商的開發(fā)成本和上市時間。

　　基于arduino的TxDAC 評估板與開源Mbed軟件

　　AD9106-ARDZ-EBZ評估平臺與基于Arm 的mbed支持板(如SDP-K1)兼容，并設(shè)計用于連接Arduino Uno頭。評估設(shè)置可以僅通過USB供電，不需要高頻波形發(fā)生器進行時鐘輸入。評估板默認使用板載156.25 MHz晶體振蕩器作為時鐘源，但提供外部時鐘選項。DAC輸出可以通過變壓器耦合或板載放大器進行評估，唯一需要的是7 V(DC)到12 V(DC)的30 W ac -DC適配器。參見圖1。

　　圖1所示。支持AD9106 mbed的評估平臺。

　　與硬件一起，在評估板網(wǎng)頁上提供了示例開源代碼，可以作為為目標應(yīng)用程序開發(fā)固件的起點。評估板和示例源代碼可以定制，以與其他Mbed平臺一起工作。新的評估系統(tǒng)簡化了原型設(shè)計，因為它可以很容易地集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。

　　評估板配備AD9106四軸芯片，低功耗，12位，180 MSPS, TxDAC和波形發(fā)生器。DAC的高采樣率非常適合1 MHz至40 MHz范圍內(nèi)的超聲工作頻率，外部顯像機通常使用1 MHz至15 MHz的頻率，而靜脈心血管機使用高達40 MHz的頻率。此外，AD9106是高度集成的，具有用于復(fù)雜波形生成的片上模式存儲器和具有24位調(diào)諧字的直接數(shù)字合成器(DDS)，允許10.8 Hz/LSB頻率分辨率。它也是高度可編程的，因為模式周期、啟動延遲、增益和偏移可以獨立地改變四個DAC通道中的每一個。此外，它功耗低(78.8 mW/通道，315.25 mW總功耗，3.3 V, 4 mA輸出，180 MSPS)，這是大型多通道系統(tǒng)(如超聲波機)的重要考慮因素。

　　圖2。AD9106功能框圖。

　　提高超聲設(shè)備的精度和圖像分辨率

　　基于小車的超聲系統(tǒng)在圖像質(zhì)量或分辨率方面優(yōu)于手持設(shè)備，主要是因為通道數(shù)量的巨大差異。然而，渠道數(shù)量可能因制造商而異。由于成本和功耗是大型系統(tǒng)(如超聲機)中重要的考慮因素，因此使用一些技術(shù)來最小化這兩個因素。在圖3中典型的超聲信號鏈中，如果我們考慮到每個發(fā)送路徑(DAC +高壓放大器)都有一個接收路徑(集成前端)，則確定通道數(shù)量很簡單，該路徑驅(qū)動探頭尖端換能器陣列中的一個元件。根據(jù)這個假設(shè)，我們可以說超聲波系統(tǒng)中的通道數(shù)量可以在16到256之間。在高端系統(tǒng)中，通道的數(shù)量是64個或更多，其中大多數(shù)是基于購物車的。16到64通道的范圍更常見的便攜式，中低端系統(tǒng)。

　　圖3。一種醫(yī)用超聲前端信號鏈。

　　在超聲波系統(tǒng)的發(fā)射路徑中，一束聲能或聲波在身體周圍掃過。聲波由電信號由探頭尖端的壓電換能器元件轉(zhuǎn)換而成。如圖4所示，對每個電信號或發(fā)射機信號的相位和幅度進行編程，使入射的能量束沿著一條線進入人體。從器官組織反射回來的聲波通過換能器元件再次轉(zhuǎn)化為電能。目標的位置或距離將根據(jù)傳感器陣列中元素到元素的時間延遲在屏幕上表示。因此，同步或能夠控制發(fā)射器信號之間的延遲對于顯示人體內(nèi)部的準確圖像至關(guān)重要。

　　圖4。光束控制和聚焦。

　　多芯片同步要求

　　為了成功同步多個DDS dac，如AD9106，必須對差分時鐘輸入(CLKP和CLKN)和TRIGGER引腳的下降沿進行控制。

　　為了實現(xiàn)同步的第一個要求，應(yīng)該在PCB布局中采用仔細的時鐘分配實踐。參見圖5。這將最小化refclk邊緣之間的相位差，從而導(dǎo)致DDS輸出的成比例相位差。

　　由于模式生成是由AD9106的觸發(fā)器引腳的下降沿發(fā)出信號，因此同步的下一個要求是確保觸發(fā)器邊緣一致。圖5中的布局技術(shù)也可以應(yīng)用于從控制器的數(shù)字輸出到每個AD9106器件的TRIGGER PCB走線。

　　圖5。推薦的時鐘分布布局(左)與次優(yōu)布局(右)。

　　用AD9106-ARDZ-EBZ評估多芯片同步

　　為了評估多個AD9106 dac的同步性，可以使用2塊AD9106評估板和1塊SDP-K1控制板。

　　材料

　　2塊AD9106-ARDZ-EBZ板

　　USB電纜板到pc連接

　　SDP-K1

　　一個12v的壁疣

　　信號發(fā)生器

　　變長sma端接電纜

　　一個sma端接t型分路器

　　母對母Arduino連接器線

　　硬件設(shè)置

　　在連接三塊板之前，請配置2塊AD9106-ARDZ-EBZ板，使DAC輸出連接到板上放大器，DAC時鐘由連接到J10的外部源提供。參考Eval-AD9106 Wiki用戶指南中的圖14b，了解正確的JP1和JP2連接。此外，設(shè)置AD9106-ARDZ-EBZ板之一，使板上設(shè)備的CSB引腳連接到備用GPIO引腳(安裝R39而不是R38)。確保SDP-K1的VIO_ADJUST設(shè)置為3.3 V。

　　圖6。多個AD9106設(shè)備同步的系統(tǒng)圖(簡化的原理圖，并非顯示所有連接)。

　　接下來，在表1中的其余連接之前，應(yīng)該建立圖7中所示的每個板的時鐘輸入和TRIGGER引腳的連接。將Board 1連接到SDP-K1 Arduino Uno端口，然后將Board 2放置在相對于Board 1 180°的位置，以便兩個板的TRIGGER引腳是并排的。這是TRIG2到SDP-K1數(shù)字輸出的最短連接，導(dǎo)致TRIG1和TRIG2路徑大致相等。

　　圖7。時鐘輸入和觸發(fā)器引腳同步的推薦連接。

　　然后，將高頻波形發(fā)生器的輸出端連接到可連接不同長度的sma端接同軸電纜的分路sma端接t分路器。

　　圖8顯示了應(yīng)用所有連接的實際設(shè)置。板對板連接總結(jié)如表1所示。

　　圖8。實際的設(shè)置。表1。SDP-K1與2塊AD9106-ARDZ-EBZ板對板連接SDP-K1 Arduino Uno連接器AD9106-ARDZ-EBZ上的連接網(wǎng)絡(luò)

　　銷不。銷功能板1板2

　　P2.1數(shù)控

　　P2.2IO_PWR_SUPPLYIOREFIOREF

　　P2.3MAIN_RESET重置重置

　　P2.4SDRAM_& _ARDUINO_PWR_SUPPLY

　　(3.3 V)3.3 V3.3 V

　　P2.5+ 5 v_con5伏5伏

　　P2.6接地接地接地

　　P2.7接地接地接地

　　P5.1ARDUINO_GPIOO / RX文文

　　P5.2Tx + 1

　　P5.3GPIO2EN_CVDDXEN_CVDDX

　　P5.4GPIO3 /脈寬調(diào)制

　　P5.5GPIO4SHDN_N_LT3472SHDN_N_LT3472

　　P5.6GPIOS /脈寬調(diào)制

　　P5.7GPIO6 /脈寬調(diào)制

　　P5.8GPIO7TRIGGERBTRIGGERB

　　P4.1GPIO8RESETBRESETB

　　P4.2GPIO9 /脈寬調(diào)制

　　SPI_CSB_ALT

　　P4.3GP1010 / PWM / CSSPI_CSB_DFLT

　　P4.4GPIO11 / PWM /莫西人STD_SPI_MOSISTD_SPI_MOSI

　　P4.5GPIO12 /味噌STD_SPI_MISOSTD_SPI_MISO

　　P4.6GPIO13 / SCKSTD_SPI_SCKSTD_SPI_SCK

　　P4.7接地接地接地

　　P4.8基諾

　　P4.9SDA

　　P4.10sci

　　軟件

　　在Mbed開源軟件上開發(fā)的示例源代碼是可用的?？梢詫iki頁面中詳細描述的這些源代碼進行最小的更改，以通過SPI對兩個評估板中的每個設(shè)備進行獨立編程。寄存器值，特別是例3 (dds生成的正弦波具有不同的啟動延遲和數(shù)字增益設(shè)置)，以及代碼的其他部分可以很容易地定制。修改代碼后，使用Mbed在線編譯器編譯程序。然后將生成的二進制文件拖放到SDP-K1驅(qū)動器中。同樣的過程也可以用于其他應(yīng)用程序。

　　方向

　　如圖6簡化圖所示，設(shè)備到設(shè)備的輸出同步是通過測量相同DAC輸出通道(即多個設(shè)備的通道1)之間的延遲來實現(xiàn)的?？梢允褂?a target="_brank" class="color-015b84" href="/wiki-10.html ">示波器觀察到TRIG2(控制器板到板2)相對于TRIG1(控制器板到板1)和時鐘2(時鐘發(fā)生器到板2)相對于時鐘1(時鐘發(fā)生器到板1)的連接器長度變化對同步的影響。

　　結(jié)果

　　圖9記錄了改變觸發(fā)連接器長度時的測量結(jié)果，圖10記錄了改變時鐘連接器長度時的測量結(jié)果。

　　圖9。在不同的TRIG2連接器長度下，Board 1和Board 2的OUT 1之間的延遲。

　　圖10。在不同時鐘2連接器長度的Board 1和Board 2的OUT 1之間的延遲。

　　如果TRIGGER引腳連接到具有驅(qū)動特性的數(shù)字輸出，如STM32F469NI, SDP-K1上的微控制器，TRIGGER走線公差可達5英寸，以保持設(shè)備到設(shè)備的同步。

　　匹配的時鐘輸入走線將產(chǎn)生最短的設(shè)備到設(shè)備輸出延遲，但根據(jù)特定系統(tǒng)中的可容忍延遲，可以相應(yīng)地調(diào)整時鐘走線長度公差。

　　結(jié)論

　　在超聲波制造中，利用AD9106評估平臺提供的設(shè)計靈活性和定制化，可以縮短開發(fā)過程和上市時間。沒有必要設(shè)計一個新的傳輸子系統(tǒng)原型來評估多個傳輸dac的同步，如AD9106。相反，這可以通過使用兩個AD9106-ARDZ-EBZ板，一個SDP-K1控制器板，并對示例Mbed代碼進行最小的調(diào)整來完成。

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