基于FPGA的超聲相控陣發(fā)射-接收聚焦算法的研究.pdf

1、在傳統(tǒng)的超聲相控陣系統(tǒng)中，延時技術中的延時量是由pc機計算出來的，然后通過USB等總線技術把結果傳輸給延時控制電路，然后采用模擬方式如多路切換開關以及模擬延時線來完成每個通道的延時，所以這樣的系統(tǒng)不僅體積龐大，而且集成度很低。
　　為此本文重點研究了超聲相控陣聚焦算法的FPGA實現，這種方法采用了數字系統(tǒng)來計算延時量，與傳統(tǒng)方法相比，它可以并行地計算各通道延時值，極大地提高了運算速度，降低了體積，提高了集成度。在實現基于FPGA的

2、超聲相控陣聚焦算法時，為了進一步提高計算精度，使用了IEEE-754標準的浮點格式來設計各個運算模塊，包括加/減法模塊，乘除法模塊以及正余弦三角函數模塊等。其中使用了CORDIC算法來實現浮點除法運算以及三角函數運算，相對于定點的CORDIC算法，在同樣的迭代次數下，基于浮點的CORDIC算法的精度相對較高，有利于提高計算精度，從而改善了最后的聚焦和偏轉效果。通過對不同迭代次數的結果進行分析，發(fā)現迭代次數為16時，能夠滿足5ns的計算精

3、度。聚焦算法中的所有運算模塊都采用了流水線設計以及并行化設計，這種設計方式可提高時鐘頻率，從而提高了運算速度。然后本文用FPGA設計了一些行為模塊來模擬超聲相控陣的特性，如脈沖產生模塊模擬超聲探頭發(fā)射的超聲波形，在該模塊中利用了DDS（直接頻率合成技術）來發(fā)射脈沖;設計了延時發(fā)射和延時接收控制模塊來控制脈沖的發(fā)射和接收，在該模塊的設計中利用了DLL（數字鎖相環(huán)）實現了細延時，提高了延時精度;設計了數據緩存模塊來接收數據以及波束合成模塊來