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(shí)技術(shù)中的延時(shí)量是由pc機(jī)計(jì)算出來的，然后通過USB等總線技術(shù)把結(jié)果傳輸給延時(shí)控制電路，然后采用模擬方式如多路切換開關(guān)以及模擬延時(shí)線來完成每個(gè)通道的延時(shí)，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(diǎn)研究了超聲相控陣聚焦算法的FPGA實(shí)現(xiàn)，這種方法采用了數(shù)字系統(tǒng)來計(jì)算延時(shí)量，與傳統(tǒng)方法相比，它可以并行地計(jì)算各通道延時(shí)值，極大地提高了運(yùn)算速度，降低了體積，提高了集成度。在實(shí)現(xiàn)基于FPGA的

2、超聲相控陣聚焦算法時(shí)，為了進(jìn)一步提高計(jì)算精度，使用了IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)的浮點(diǎn)格式來設(shè)計(jì)各個(gè)運(yùn)算模塊，包括加/減法模塊，乘除法模塊以及正余弦三角函數(shù)模塊等。其中使用了CORDIC算法來實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)除法運(yùn)算以及三角函數(shù)運(yùn)算，相對(duì)于定點(diǎn)的CORDIC算法，在同樣的迭代次數(shù)下，基于浮點(diǎn)的CORDIC算法的精度相對(duì)較高，有利于提高計(jì)算精度，從而改善了最后的聚焦和偏轉(zhuǎn)效果。通過對(duì)不同迭代次數(shù)的結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)迭代次數(shù)為16時(shí)，能夠滿足5ns的計(jì)算精

3、度。聚焦算法中的所有運(yùn)算模塊都采用了流水線設(shè)計(jì)以及并行化設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方式可提高時(shí)鐘頻率，從而提高了運(yùn)算速度。然后本文用FPGA設(shè)計(jì)了一些行為模塊來模擬超聲相控陣的特性，如脈沖產(chǎn)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(shù)）來發(fā)射脈沖;設(shè)計(jì)了延時(shí)發(fā)射和延時(shí)接收控制模塊來控制脈沖的發(fā)射和接收，在該模塊的設(shè)計(jì)中利用了DLL（數(shù)字鎖相環(huán)）實(shí)現(xiàn)了細(xì)延時(shí)，提高了延時(shí)精度;設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)緩存模塊來接收數(shù)據(jù)以及波束合成模塊來