基于AD9273的医用全数字B超成像系统前端电路设计与研究

论文摘要

医学超声成像具有安全、便捷、无损和低成本等优势,已在临床医学领域中发挥重大的作用。数字化超声技术包括精确发射延时控制、回波信号数字处理、数字波束合成和数字扫描变换等关键技术。数字化超声技术是对超声成像系统设计的关键技术进行数字化,代替以往采用模拟电路与分立芯片处理的方式,已成为超声成像技术的发展趋势。在数字化超声成像系统中,前端系统是极为关键的环节,其中的超声波发射和回波接收部分的性能好坏对最终的成像结果和图像质量有直接的影响,研究高性能的超声前端电路对提高超声成像质量具有重要的理论价值和实际意义。本论文主要完成基于AD9273的医用小型B超成像系统前端电路的研究与设计工作。前端电路包括超声波激发电路、阵元选通电路、隔离保护电路和超声回波信号处理通路。超声波激发电路发射高压脉冲,用于完成对超声探头内部阵元的激发功能,产生超声波。阵元选通电路可根据不同要求选择激发阵元的顺序。隔离保护电路对激发电路产生的高压脉冲进行限幅,防止高压信号串入后端回波信号处理部分,烧毁后端器件。回波信号的处理包括前置低噪声放大、可变增益放大、抗混叠滤波、高速模数转换等部分,对接收到的回波信号进行处理,转换成数字信号用于后级的数字波束合成处理。本文最后对超声前端电路各模块进行测试与验证,测试结果表明:本文设计的基于AD9273的超声前端系统可以有效实现超声信号发射和接收、信号放大、滤波和ADC等功能。本论文设计的超声系统前端电路均采用ADI公司芯片完成,具有良好的兼容性和稳定性,为今后数字化超声前端在超声成像系统中应用的继续研究打下良好的硬件基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 背景
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 国内外医学超声成像发展现状
• 1.4 主要研究内容及论文结构
• 2 超声成像系统基本理论
• 2.1 B型超声成像基本原理
• 2.2 医学超声换能器
• 2.3 数字波束合成
• 2.4 全数字B型超声成像系统
• 3 全数字超声成像系统前端电路硬件设计
• 3.1 超声成像系统前端部分整体结构
• 3.2 超声前端发射电路
• 3.3 阵元选通电路
• 3.4 收发隔离保护电路
• 4 超声回波信号通路硬件设计
• 4.1 超声回波信号核心处理电路
• 4.2 超声回波信号通路外围电路
• 4.3 系统电源
• 4.4 超声回波信号通路处理电路实物图
• 4.5 SPI协议
• 4.6 AD9273 与FPGA的SPI通讯
• 5 电路测试与结果验证
• 5.1 发射电路测试
• 5.2 阵元选通电路测试
• 5.3 隔离保护电路测试
• 5.4 回波信号处理通路测试
• 5.5 基准源电路验证
• 5.6 TGC控制功能验证
• 5.7 VGA控制功能验证
• 5.8 系统时钟电路验证
• 5.9 输出电平转换电路验证
• 5.10 SPI接口缓存电路验证
• 6 主要研究内容与工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
• 附录2 系统原理图