[发明专利]相控高强度聚焦超声系统多通道超声驱动器并行控制装置

说明书

本发明涉及一种相控高强度聚焦超声系统多通道超声驱动器并行控制装置，包括底层电路板和至少一块可编程逻辑控制板，所述底层电路板通过底层通信总线与可编程逻辑控制板连接，所述可编程逻辑控制板包括时钟模块及与时钟模块分别连接的上层接口模块、上层主控模块、寄存器列表模块、底层主控模块和底层接口模块，所述上层接口模块、上层主控模块、寄存器列表模块、底层主控模块、底层接口模块依次连接，所述底层接口模块通过底层通信总线与底层电路板连接。与现有技术相比，本发明具有确保系统安全性、灵活性高等优点。

技术领域

本发明涉及相控高强度聚焦超声系统，尤其是涉及一种相控高强度聚焦超声系统多通道超声驱动器并行控制装置。

背景技术

相控高强度聚焦超声系统(HIFU)中有几十甚至几百通道的超声换能阵元，每路阵元均拥有独立的超声驱动电路，每一路超声驱动电路需要单独调整控制输出电压的幅值与相位。

在现有的控制方案中，多采用单片机来实现，如图1所示，一个单片机控制一个或多个(小于16)通道，所有单片机均通过同一串行总线连接到工控机，利用串行总线例如RS232/RS485、CAN等总线进行通讯，在通讯中通过不同的地址来识别不同的通道。

随着相控技术的进一步发展，通道的数量越来越多甚至可达一千多路。旧的控制方法使用同一串行总线，为了避免串行通讯冲突，控制的延时大、效率低，并且随着控制通道数量的增加，实时性差的缺陷越发明显。在未来更多通道要求更高精度与实时性控制的相控HIFU系统，旧的控制方法已然不能满足系统的需求了。

从系统开发与固件更新的角度来看，在通道数目上进行大规模拓展存在限制。在几百路甚至一千多路的系统中，若使用旧的控制方法，每一次单片机固件的更新就需要重复进行几百甚至上千次，这样低的开发效率显然不符合相控HIFU系统未来的发展趋势。

从系统安全的角度来看，旧的系统仅从工控机单方向的向底层的驱动电路进行输出电压的控制，无法知道驱动电路的实际工作状态，包括实际输出电压的幅值与相位，输出电功率等。并且超声驱动电路中存在一些容易发热的功率元件，在不受监控下工作可能发生故障而导致超温、过流等现象的发生，从而可能会对系统造成不可逆的损坏。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种确保系统安全性、灵活性高的相控高强度聚焦超声系统多通道超声驱动器并行控制装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种相控高强度聚焦超声系统多通道超声驱动器并行控制装置，包括底层电路板和至少一块可编程逻辑控制板，所述可编程逻辑控制板通过底层通信总线与底层电路板连接，所述底层电路板与相控高强度聚焦超声系统的多通道超声驱动器连接，

所述可编程逻辑控制板包括时钟模块及与时钟模块分别连接的上层接口模块、上层主控模块、寄存器列表模块、底层主控模块和底层接口模块，所述上层接口模块、上层主控模块、寄存器列表模块、底层主控模块、底层接口模块依次连接，所述底层接口模块通过底层通信总线与底层电路板连接；

上层主控模块通过上层接口模块接收控制指令写入寄存器列表模块，底层主控模块根据寄存器列表模块中存储的控制指令通过底层接口模块对底层电路板进行控制并读取底层电路板的监控值，存储至寄存器列表模块中，并在某一通道发生异常情况时生成报警信号，上层主控模块根据存储的监控值对底层电路板进行反馈控制。

所述可编程逻辑控制板包括FPGA控制板、ZYNQ控制板或CPLD控制板。

所述底层主控模块的个数、底层接口模块的个数与相控高强度聚焦超声系统的通道数相等，一个底层主控模块依次通过一个底层接口模块、一条底层通信总线与一块底层电路板连接。

所述上层接口模块包括I2C、SPI、RS232/RS485、CAN、PCI或USB接口。