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1、第四章第四章 全数字全数字B B超超 全数字化超声诊断系统是指发射波束和接收波束都是数字化形成的超声诊断系统。1987年，世界上第一台全数字化超声诊断系统诞生，经过二十多年的发展、改进、更新，已经成为现代超声诊断系统的主流。 B超可分为前端、信号处理、后端。 B超的前端为波束合成器，B超的后端为数字扫描变换器。 （1）模拟前端、模拟信号处理、数字扫描变换； （2）数字前端、数字信号处理、数字扫描变换。超声全数字技术 数字波束形成1 数字波束形成的关键是波束合成，而波束合成就是延时求和。延时是控制声束方向和聚焦的需要、B超前端的精髓，延时精度是B超最重要的指标之一，是图像质量的核心要素。超声全数
2、字技术 数字波束形成器通过控制A/D转换器的采样脉冲实现数字延时。超声全数字技术zzzzzzzzz控制采样脉冲方式 数字波束形成1 数字波束形成器基于双口RAM实现。超声全数字技术zzzzzzzzz基于双口RAM方式 数字波束形成1 全数字B超数字信号处理的核心是检波，实现检波的电路称为检波器。全数字B超数字信号处理采用的检波器一般分为包络检波器和同步检波器。 包络检波器分为两类：绝对值检波器和正交检波器。超声全数字技术 数字信号处理2 超声全数字技术 数字信号处理2zzzzzzzzz绝对值包络检波器 超声全数字技术 数字信号处理2zzzzzzzzz正交包络检波器 DP-9900型B超系统结构
3、如图。全数字B超典型电路分析 DP-9900型B超由探头板、脉冲板、整序板、波束合成板、数字板、控制面板、I/O接口板、电源板等部分构成。而数字板包括以CPU为中心的系统控制部分、以包络检波为中心的信号处理部分、以DSC为中心的图像处理部分。各板与母板连接图全数字B超典型电路分析 DP-9900型B超具有48个发射/接收处理通道，配有128个振元的探头。图像的每条扫描线是通过128个振元中不同位置的相邻的振元而得到。每条扫描线可应用48个相邻的振元，因此需要通过切换电路来实现128个振元到48各振元的转换。 脉冲板两个功能：高压发射脉冲产生和回波信号放大。包括两个模块：发射脉冲电路模块和回波信
4、号放大电路模块全数字B超典型电路分析1脉冲板分析 用于生成高压发射脉冲，可分成数字总线信号缓冲电路、发射序列电路、发射驱动电路、高压脉冲输出电路。其工作过程是把发自于发射序列电路的低压发射脉冲经过发射驱动电路和驱动高压脉冲输出电路，最后触发探头开始发射过程全数字B超典型电路分析1脉冲板分析发射脉冲电路模块 1.数字总线信号缓冲电路 用于缓冲所有输入/输出信号。全数字B超典型电路分析1脉冲板分析发射脉冲电路模块 2.发射序列电路 用于生成48通道发射焦点延迟低压脉冲。该电路分为RAM模块、M_CONTROL模块、T_TX模块、WRS模块、电源转换电路。全数字B超典型电路分析1脉冲板分析发射脉冲电
5、路模块 2.发射序列电路 WRS模块：前端总线操作。用于锁存扫描线数量、焦点位置、发射脉冲特性参数。 RAM模块：保存当前探头发射焦点延迟数据并且在切换探头时更新RAM中的发射焦点延迟参数。 M_CONTROL模块：根据由系统当前前端控制器发射的扫描线数量和焦点位置的数据，读出保存于RAM模块中的48个信道发射焦点延迟数据并将数据发送到T_TX模块。 T_TX模块：根据48个发射焦点数据，生成48信道的发射焦点延迟低压脉冲。 电源转换电路：将5V转换为2.5V和3.3V，供模块使用。全数字B超典型电路分析1脉冲板分析发射脉冲电路模块 3.发射驱动和高压脉冲输出电路 将发射序列电路生成的48信道
6、发射焦点延迟低压脉冲放大成为高压发射脉冲信号，用于驱动探头。全数字B超典型电路分析1脉冲板分析发射脉冲电路模块 本模块把经过高压隔离电路隔离后的回波信号进行可控增益放大，为后面的整序电路提供足够的信号增益。可分为高压隔离电路、可变增益放大电路、参考电压生成电路。全数字B超典型电路分析1脉冲板分析回波信号放大电路模块 1.高压隔离电路：用于隔离发射高压，避免发射高压损坏可变增益放大电路。回波信号能以较低的损耗通过该电路。 2.可变增益放大电路：放大探头接收的回波信号。 3.参考电压生成电路：提供2.5V参考电压。全数字B超典型电路分析1脉冲板分析回波信号放大电路模块 探头板包括高压开关电路组模块
7、、高压开关控制电路模块、探头选择继电器组及其控制模块、自检模块等。全数字B超典型电路分析2探头板分析 高压开关控制信号来源于前端控制器。驱动器将控制信号转换成驱动电流来驱动高压开关。 该电路包括探头编码读取接口，用于确定探头类型。全数字B超典型电路分析2探头板分析高压开关控制电路模块 高压开关电路的主要组件是高压开关。输入来自总线信号的缓冲电路和来自连接脉冲板的插座输出，输出通过继电器组选择探头。它将根据相应的控制数据实现从128个振元到48个振元的转换。全数字B超典型电路分析2探头板分析高压开关电路模块 探头继电器及其控制电路用于实现探头间的切换，输入为探头切换信号。 信道继电器及其控制电路
8、用于实现信道间的切换。输入与高压开关的输出相连接。全数字B超典型电路分析2探头板分析探头选择继电器组及其控制模块 整序板的核心是通过三级模拟开关实现的整序开关矩阵。输入为经脉冲板放大的超声回波信号，对应探头的48个通道。全数字B超典型电路分析3整序板分析 整序板能实现48个通道的中心对称排序。经排序的通道由加法器对称相加，经TCG放大，进入波束合成板。全数字B超典型电路分析3整序板分析 波束合成板的功能是信号的A/D转换和波束合成。 探头板接收的48个信道的模拟信号通过整序板后，具有相同相位的信道信号组合形成一个信号，则48个信道减少为24个通道。24个通道信号进入波束合成板。 波束合成板完成
9、信号的A/D转换和实现相位调整，调相后的回波信号数据，经加权求和，形成合成信号。全数字B超典型电路分析4波束合成板分析 波束合成板包括输入滤波电路、A/D转换电路、FIFO电路、波束合成控制电路、波束合成和数字低通滤波电路等。全数字B超典型电路分析4波束合成板分析 数字处理板主要构成： 计算机系统 RF FPGA(UA1) VF FPGA(UA2) 电影回路 FPGA(U31) DSC FPGA(U32)全数字B超典型电路分析5数字板分析 计算机系统主要完成以下功能：配置并初始化FPGA处理超声扫描中断响应键盘中断执行操作界面相关操作全数字B超典型电路分析5数字板分析计算机系统 直接与波束合成
10、板相连，接收回波数据，完成动态滤波，生成后端测试信号、前端控制信号、前端总线控制信号。转换的信号直接被送到UA2。全数字B超典型电路分析5数字板分析RF FPGA(UA1) 完成包络检波、对数压缩和动态范围转换、中值滤波、平滑处理、边缘增强、前端测试数字信号生成等。经处理的回波信号被送到电影回路U31。全数字B超典型电路分析5数字板分析VF FPGA(UA2) 包括帧相关处理、电影回放、图形和图像显示等。经处理的信号（Image.）被发送到DSC FPGA，接收由DSC FPGA处理的信号（RawB.，RawM.）。全数字B超典型电路分析5数字板分析电影回路 FPGA(U31) 实现从极坐标到正交坐标转换、B/B与B/M模式切换等。它接收电影回路FPGA信号（Image.），输出（RawB.，RawM.）信号到电影回路FPGA。全数字B超典型电路分析5数字板分析DSC FPGA(U32) 电路主要包括单片机、STC滑动电位器、机械旋转编码器、按键矩阵扫描电路、轨迹球接口等。全数字B超典型电路分析6控制面板分析
