Shuyi Gang 1, Gina Kelso2, Saad Ashraf2
(1. Technologie semi-conducteurs Analog (Shanghai) Co., Ltd, Shanghai 200120, 2.Analog Devices Inc., San Diego CA 92131, États-Unis)
simulation de circuit de réception d'une grande quantité de transmission de données entre l'extrémité avant et un circuit de traitement numérique et d'un grand nombre de connexions de données complexes pour la conception du système à ultrasons à canaux multiples, il est proposé un système basé sur le système à ultrasons reçoit démodulateur numérique et de l'interface JESD204B. Ce système permet de réduire considérablement le débit de données de sortie de l'extrémité frontale analogique, tout en réduisant le nombre d'frontal analogique et une partie numérique du circuit de câblage. Efficace pour simplifier la conception du circuit et de réduire le traitement numérique nécessaire, formation de faisceau et supérieur de traitement à faisceaux multiples commande peut être réalisé en utilisant un logiciel et avancé à temps réel le mode d'image 4D.
Un démodulateur numérique; JESD204B; système ultrasons; circuit
TN47; TP274
Code de document: A
10,16157 / j.issn.0258-7998.2016.11.020
format de citation chinois: Shuyi Gang, Gina Kelso, Ashraf Saad. Sur la base de démodulateur numérique et un système d'ultrasons multi-canaux JESD204B Technologie électronique, 2016,42 (11): 77-79.
Anglais format de citation: Yu Yigang, Gina Kelso, Ashraf Saad. Une conception de système à ultrasons multi-canaux sur la base de démodulateur numérique et JESD204B .Application Technique électronique, 2016,42 (11): 77-79.
0 introduction
Avec la large application dans le domaine de diagnostic médical à ultrasons de la médecine, les médecins des systèmes à ultrasons de qualité d'image ont des exigences plus élevées et plus, et d'améliorer l'image de l'un des plus importants indicateurs de la qualité du rapport signal sur bruit est d'augmenter le canal de réception. Réception d'un certain nombre de canaux pour chaque doublement en théorie peut améliorer le rapport signal bruit de 3 dB, améliorant ainsi l'un des plus façon simple et efficace est d'augmenter le rapport signal sur bruit du nombre de canaux. À l'heure actuelle 128 canaux est devenue la configuration haut de gamme grand public des équipements médicaux à ultrasons, et 192 canaux ou plus seront une tendance du nombre d'équipements haut de gamme. Comme le nombre de canaux, la quantité de données et la connexion physique entre l'extrémité frontale analogique et l'extrémité arrière d'une forte augmentation de la partie de traitement numérique, de sorte que le nombre de ports des dispositifs de circuit numérique, la capacité de traitement, la complexité de conception et de coût de l'ensemble du circuit du récepteur, la consommation d'énergie en conséquence disparu. systèmes à ultrasons actuels utilisent radiofréquence sensiblement la méthode de faisceau radiofréquence (RF), la quantité de données de sortie complètement à la résolution du convertisseur numérique (ADC), le taux d'échantillonnage et le nombre de canaux est déterminé par le convertisseur analogique-numérique; frontal simultanément par ultrasons analogique analogique Front End (AFE) utilisent généralement différentielle à basse basse tension de signal différentiel de tension de signalisation (LVDS) interface de sortie, Afe un 8 canaux nécessite huit paires de lignes de données couplées horloge LVDS et le bit d'horloge trame de chaque couple. Pour plus d'un système de canal 128, la quantité de données et la connexion physique est considérable.
Cet article présente un démodulateur numérique et JESD204B basé extrémité avant du système à ultrasons AFE reçoivent conception canal, une solution efficace pour la conception de grandes quantités de données et des problèmes complexes mentionnés ci-dessus est relié au système physique apporte.
1 Architecture du système
Le système à ultrasons par la sonde à ultrasons (transducteur), un circuit d'émission, de réception de circuits, le circuit de traitement d'arrière-numérique, un circuit de commande et un module d'affichage et d'autres composants. . La figure 1 est un schéma synoptique du système d'échographie JESD204B 128 basée sur un canal d'émission et un canal de réception. la partie de traitement numérique, typiquement une ligne de réseau logique programmable Field Programmable Gate Array (FPGA), sur la base des paramètres de configuration du système de courant et de commande pour produire la forme d'onde d'émission correspondante, de haute tension est générée en transmettant le circuit de commande et le circuit à haute tension pour exciter la sonde à ultrasons transducteurs, typiquement un signal de tension de capteur en céramique piézo-électrique en ondes ultrasonores dans le corps, recevoir les échos produits par le corps en même temps, en signaux de tension et transmis au circuit de commutation d'émission-réception, le but principal de la transmission de circuit de commutation de réception est reçoit une extrémité frontale analogique pour éviter tout dommage à la haute pression et d'un émetteur à basse pression. L'extrémité avant analogique pour conditionner le signal d'entrée analogique, amplifié, filtré, converti par l'ADC AFE introduit en un signal numérique, le traitement correspondant à la partie d'extrémité arrière de l'interface numérique à haute vitesse par l'intermédiaire d'JESD204B, et, finalement, générer une image ultrasonore. canal de réception du système par le circuit de commutation de canal d'émission et de réception 128, le démodulateur numérique 16 et 8 canaux Interface AFE JESD204B et FPGA intégré avec une composition de JESD204B d'interface.
1,1 puce frontal analogique AD9671
Cet article décrit un circuit de réception de l'échographe, choisir DJA U.S. avec démodulateur numérique à 8 canaux et frontal analogique ultrasonore puce JESD204B AD9671. Qui comporte un amplificateur à faible bruit amplificateur (LNA) faible bruit 8-canal intégré, un gain variable amplificateur variable amplificateur de gain (VGA), un filtre anti-aliasing filtre anti-repliement (AAF), 14 bits ADC, et le JESD204B démodulateur numérique l'interface. La figure 2 est un signal schématique de liaison AD9671 dans un canal.
1.2 démodulateur numérique
Le démodulateur numérique et un démodulateur en bande de base comprend un filtre passe-bas pour extraire les composantes en bande de base. démodulateur de signal RF de sortie en bande de base de l'ADC est converti en signal I / Q, l'extracteur de signal de fréquence de bande de base filtré en fournissant la bande passante du filtre passe-bas, choisir de garder le signal utile par démodulation en quadrature image ultrasonore. La figure 3 est un schéma synoptique du démodulateur numérique.
1,3 JESD204B Interface
AD9671 interfaces de sortie numériques soient pleinement JESD204B, les données convertisseur standard d'interface série. Le AD9671 JESD204B supporte une interface flexible d'un fil, la partie FPGA 2 et le mode de traitement numérique 4 fils et relié à l'extrémité arrière, le débit de données de sortie possible au maximum 5,0 Gb / s est.
2 Conception du système et application
Cette section décrit la conception basée sur le système à ultrasons de circuit de réception multicanaux AD9671 pour analyser en outre les avantages de l'utilisation d'un démodulateur numérique et le système d'application d'interface JESD204B introduit.
conception de circuit de réception 2.1
ADI AD9671 sur la base, un module de circuit de réception du système à 32 canaux est conçu pour vérifier la faisabilité d'utiliser les quatre modules du système à ultrasons 128 peut constituer un canal de réception de canal. Ce module peut être relié à l'extrémité arrière du FPGA par un connecteur dédié, pour la lecture et le traitement des données, et un traitement d'image et générant un signal à ultrasons.
2.2 Application du démodulateur numérique
Pour le système à ultrasons de 128 canaux, si un taux ADC, l'échantillonnage 14-bit est de 40 MHz, l'utilisation de l'algorithme classique de formation de faisceaux RF, sortie par l'intermédiaire des données RF après conversion ADC directement au module formant poutre, puis la réalisation des faisceaux de sortie ADC des débits de données entre la synthèse FPGA est de 14 x 40 x 128 = 71,68 Gb / s.
Analysons l'utilisation du démodulateur numérique ce type de prestations apportera.
Démodulateur numérique effectue une démodulation en quadrature en bande de base démodule le signal RF signal numérisé de sortie de l'ADC est multipliée par une démodulation sinusoïde complexe où fd est la fréquence, peut être considérée comme la fréquence centrale de la sonde à ultrasons, la fréquence centrale de la fréquence abaissée à 0 Hz. Une telle partie réelle I et partie imaginaire des données Q. Après une conversion d'environ 0 Hz à la fréquence de ce signal et la fréquence centrale de la sonde au voisinage de la largeur de bande utilisable, alors le filtre de bande de base de l'extracteur pour filtrer les fréquences indésirables conservent des informations de bande de génération d'image d'ultrasons utile.
Une fréquence centrale de la sonde de 4 MHz, le système d'imagerie harmonique nécessite, puis la seconde fréquence harmonique de l'ensemble du système qui doit recevoir le 8 MHz, par la construction d'un tel signal, représenté sur la figure 4, puis en utilisant la simulation de MATLAB en utilisant fd = le signal à la fréquence de 4 MHz à 0 Hz, et l'extracteur de filtre de bande de base pour extraire le signal fondamental, comme représenté sur la Fig.
Grâce à la démodulation numérique, I et Q de format de données de 16 bits, alors le débit de données actuel est de 2 x 16 x 4 x 128 = 16,384 Gb / s. Par rapport aux originaux 71.68 Gb / s, même si le I et deux canaux simultanément, également un taux de réduction de données au complet à 77% de Q.
2.3 Analyse des applications d'interface JESD204B
Pour le multi-canal actuel ultrasons systèmes AFE et ADC en termes de, a remplacé LVDS sortie d'interface parallèle, cependant, pour plus de système à ultrasons 128 canaux, un grand nombre de fans problèmes LVDS ligne de sortie ADC est encore un des ingénieurs de conception maux de tête. Les 8 canaux de courant à ultrasons puce intégrée essentiellement AFE, un besoin AFE 10 paires de lignes de sortie, pour un canal 128 du système à ultrasons, nécessite 128/8 x 10 = 160 LVDS données de paires et des lignes d'horloge.
Analysons l'utilisation de l'interface JESD204B quel genre d'avantages.
Depuis JESD204B format de données de sortie de 16 bits, et nécessite 8 à 10 conversion, pour l'un de l'AFE, le signal de sortie 8 canaux 14 de 40 MHz fréquence d'échantillonnage, le débit de données est de 20 x 40 x 8 = 6,4 Gb / s. AD9671 de JESD204B interfaces chaque support une vitesse de ligne maximale est de 5,0 Gb / s, alors seulement 2 sur les lignes de sortie de données peuvent être accomplies 8 canaux. Ensuite, pour un canal 128 du système à ultrasons, la ligne de données de sortie souhaitée ne nécessite que 128/8 x 2 = 32 paires. Par rapport à la ligne 160 paires LVDS, une réduction totale de 80% de la liaison physique.
3 Conclusion
Cet article présente la conception d'un système à ultrasons sur la base de démodulateur numérique à canaux multiples et les interfaces JESD204B, respectivement, et le démodulateur numérique avantages de l'application de JESD204B dans des systèmes à ultrasons analysés. Avec la conception actuelle par rapport au débit de données entre le RF et une formation de faisceau basée sur une interface LVDS, frontal analogique et la section de traitement numérique diminué de 77%, 80% de réduction de la connexion physique. Si vous combinez les deux analyses, la connexion physique sera encore réduite. Par conséquent, ce système est conçu pour simplifier efficacement la complexité de la conception de circuits et les logiciels de traitement et de réduire le coût de calcul du système.
références
Analog Devices Inc.JESD204B Octal ultrasons avec Digital AFE Démodulateur, AD9671 fiche technique, http: //www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD9671.pdf.
Ashraf Saad, AD967x DigitalProcessing Vue d'ensemble et le système Consideration.Analog Devices Inc., 2012.
JEDEC standard, Interface série pour Data Converter, JESD204B (Juillet 2011), JEDEC solide Technology Association d'Etat, http: //www.jedec.org/.
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