[发明专利]一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器

说明书

本发明公开了一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器，包括PC端、JTAG接口、FPGA、有源晶振、DAC模块、滤波模块、反馈模块和启动键；本发明采用DDS技术并行产生m路相位信号；并在滤波电路后加上反馈模块和反馈信号处理模块；其特点在于只用一个m路选择器和ADC模块对多路信号进行检测，大大降低了资源的消耗，使得结构更加紧凑；同时反馈信号处理模块能对多路信号实际初始相位进行检测；其仅用一个零点检测模块能依次得到所有通道初始相位并结合查表的方式进行振幅与相位的转换，极大地减少了反馈信号处理所占的资源。

技术领域

本发明涉及一种多通道DDS信号发生器，尤其涉及一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器。

背景技术

超声相控阵技术通过控制阵列换能器各阵元的发射，形成合成声束的聚焦、扫描等各种效果，从而进行超声成像。在相控阵超声发射状态下，阵列换能器中各阵元按一定延时规律顺序激发，产生的超声发射子波束在空间合成，形成聚焦点和指向性。改变各阵元激发的延时规律，可以改变焦点位置和波束指向，形成在一定空间范围内的扫描聚焦。超声相控阵系统中的关键数字技术主要是指波束的时空控制，采用先进的数字电子技术和微计算机技术，对发射状态的相控波束进行精确控制，以获得最佳的发射波束特性。

直接数字频率合成器(DDS)与传统的频率合成器相比，在频率合成、任意波形产生方面有很多优势,比如频率转换快、输出信号建立时间短、频谱纯度高、极高的频率精度和分辨率以及易于控制各种调制方式等优点。FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)作为一种高性能的可编程逻辑器件能够为多种电路提供优良的解决方案对数字频率合成来说，用FPGA实现将更加灵活易控。而且由于FPGA的集成度特别高，能够将整个系统下载至同一芯片中，实现所谓的片上系统(So C)，从而大大小产品的体积，提高系统的可靠性。

现有的多通道超声波信号发射技术，每个通道的基本结构由相位累加器(PD)、波形存储器(RAM)、数模转换器(DAC)和低通滤波器(LPF)组成，形成相互独立具有一定相位差的多通道信号发生器。

上述超声波相控阵发射技术存在以下不足：一、由于布线以及芯片之间的延时差异造成实际相位与理想相位之间的相位误差大。二、带反馈的多通道信号发生器在多通路时需要多个相位累加器(PD)、波形存储器(RAM)、数模转换器(DAC)和滤波电路以及模数转换器(ADC)造成电路复杂，难以实现。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器，包括PC端、JTAG接口、FPGA、DAC模块、滤波模块、反馈模块；

所述PC端通过JTAG接口将超声波波形的相位和幅值映射数据存储到m个波形查找表RAM中，其中m表示通道数，将幅值和相位映射数据存到两个相位查找表RAM中，第一相位查找表存储第一象限和第四象限的相位信息，第二相位查找表存储第二象限和第三象限的相位信息，相位信号和幅值信号的数据类型为二进制无符号数，定义最高位表示符号位，其余位表示数据位；

所述FPGA通过JTAG接口接收相应RAM中的映射数据、通道控制信号、频率控制信号和初始相位信号；在FPGA内部利用DDS，根据通道控制信号和频率控制信号形成m个通道，m个通道的信号依次从相应的波形查找表中进行查找，得到相位所对应的幅值信号，再将幅值信号连接到DAC模块中进行数模转换，之后利用滤波模块对输出波形进行滤波，滤波后的各通道连接到反馈模块中；

所述反馈模块由一个多路选择器和一个ADC模块组成；多路选择器与ADC模块依次对各通道进行采样，并将采样后的信号输送到FPGA内的反馈信号处理模块中；

所述反馈信号处理模块包括缓存器、零点检测模块、相位补偿单元、相位差计算单元、状态检测单元和相位修正单元；