【文章內(nèi)容簡介】 全數(shù)字黑白 B 超維修手冊（ ） 33 求和即可實現(xiàn)波束控制與動態(tài)聚焦所需的延時，延時精度等于射頻采樣間隔。讀地址計數(shù)器與寫地址計數(shù)器的時鐘頻率都等于射頻采樣率，寫地址計數(shù)器僅僅是周而復(fù)始的簡單變化，但讀地址計數(shù)器為了動態(tài)聚焦的需要不再有寫地址那樣簡單的變化規(guī)律。在每一個接 收聚焦段期間，它具有簡單遞增的變化規(guī)律，而在從一個接收聚焦段跳到另一個接收聚焦段時，新的延時數(shù)據(jù)裝載讀地址計數(shù)器，使讀地址出現(xiàn)一次“異動”的節(jié)拍，之后又是有規(guī)律地簡單遞增。 在不希望高射頻采樣率的情況下，可以通過插值提高數(shù)字延時的精度，如圖 5 所示。當(dāng)雙口 RAM的數(shù)字延時方案與插值濾波器配合使用時，雙口 RAM提供粗延時，而由插值濾波器把延時精度提高到 1/4或 1/8的射頻采樣間隔，從而為獲得高精度延時提供了實際可行的途徑。 A/D 雙口 RAM 插值濾波器 求 和 合成波束 網(wǎng) 射頻 寫地址 讀地址 內(nèi)插系數(shù) 絡(luò) 采樣脈沖 粗延時數(shù)據(jù) 細(xì)延時數(shù)據(jù) 圖 5 具有插值濾波器的波束合成器 數(shù)字信號處理 全數(shù)字 B 超數(shù)字信號處理的核心內(nèi)容是包絡(luò)檢波。包絡(luò)檢波器的輸入是高采樣率的射頻回波，包絡(luò)檢波器的輸出是低采樣率的視頻信號。有兩種包絡(luò)檢波器可供選擇，一種是絕對值包絡(luò)檢波器，另一種是正交包絡(luò)檢波器。 絕對值包絡(luò)檢波器如圖 6 所示。射頻信號是一個帶通信號，其中心頻率為載波頻率。在射頻信號取絕對值之前必須把它的直流成分去除，取絕對值之后，信號頻譜的能量中心位于零頻、二倍載頻、 四倍載頻，其中的低頻成分就是我們要提取的回波包絡(luò)。抽取濾波實際上是合并了兩個信號處理步驟，其一是提取回波包絡(luò)的低通濾波器，其二是降采樣率電路，把高采樣率的包絡(luò)變?yōu)榈筒蓸勇实陌j(luò)。 射頻回波 視頻信號 隔直 取絕對值 抽取濾波 高采樣率 低采樣率 操作原理 安裝 DP9900 全數(shù)字黑白 B 超維修手冊（ ） 34 圖 6 絕對值包絡(luò)檢波器 正交包絡(luò)檢波器如圖 7 所示。正交包絡(luò)檢波的關(guān)鍵是把實射頻回波變?yōu)閺?fù)射頻回波，稱之為正交化處理，可以通過一對正交的帶通濾波器實現(xiàn)。由于射頻回波正交化之后即可進行降采樣處理，所以這對正交的帶通濾波器可以用抽取濾波器實現(xiàn)。正交抽取濾波器輸出兩路信號，一路是復(fù)包絡(luò)的實部 I，另一路是復(fù)包絡(luò)的虛部 Q，它們在復(fù)信號取模電路中進行22 QI ? 運算即得我們要提取的回波信號包絡(luò) 。 實射頻回波 復(fù)視頻信號 實包絡(luò) 正交抽取濾波器 復(fù)信號取模 高采樣率 低采樣率 低采樣率 圖 7 正交包絡(luò)檢波器 在上面介紹的兩種包絡(luò)檢波器中，抽取濾波器都擔(dān)當(dāng)著十分重要的 角色。抽取濾波器的抽取因子和帶寬都要可編程，以匹配不同的顯示深度要求，這為抽取濾波器的實現(xiàn)增加了難度。抽選濾波器雖然也是一個 FIR濾波器，但一般不采用常規(guī)的 FIR濾波器結(jié)構(gòu)，而是用若干個乘法累加器實現(xiàn)，濾波器階數(shù)等于乘法累加器數(shù)與抽取因子的乘積。輸入信號通過一個延時鏈的各抽頭加到各乘法累加器上，延時鏈上每個延時單元對信號延時的時鐘周期數(shù)等于抽取因子。乘法器的一路輸入為延時的信號樣本，另一路輸入則是循環(huán)輸入的濾波器系數(shù)。這種濾波器結(jié)構(gòu)可以充分利用抽取輸出的特點，用為數(shù)不多的乘法累加器實現(xiàn)階數(shù)很高的FIR濾波， 同時這種濾波器結(jié)構(gòu)還便于實現(xiàn)濾波器階數(shù)和濾波器系數(shù)的可編程。 探頭板工作原理 探頭接口板基本功能及模塊劃分 DP9900系統(tǒng)采用 128個陣元的探頭 ， 48發(fā)射 /接收處理通道，圖像的每條掃描線使用 128 陣元中位置不同的相鄰陣元，每條掃描線最多可用到 48 個相鄰陣元，所以需要有一個 128 陣元到 48 通道的切換電路，該電路根據(jù)信號處理板送達的指令，進行相應(yīng)的切換，這種切換采用模擬高壓開關(guān) HV20220PJ來實現(xiàn)。 整個電路分兩大模塊： 1） 高壓開關(guān)電路組與探頭插座模塊； 操作原理 安裝 DP9900 全數(shù)字黑白 B 超維修手冊（ ） 35 2） 開關(guān)控制電路模塊。 探頭接口板原理 原理框圖如下 圖一 探頭接口板原理框圖 高壓開關(guān)電路模塊說明 A、 B組高壓開關(guān)電路具有完全相同的結(jié)構(gòu)，該電路的主要器件是高壓開關(guān)，我們選用 Supertex 公司 HV20220PJ八通道模擬高壓開關(guān)，它內(nèi)部的原理示意圖如下： A 探頭插座 A 組高壓開關(guān)B 組高壓開關(guān)B 探頭插座I D 碼讀出高壓開關(guān)控制與驅(qū)動A . E[ 1 2 8 .. 1 ]B . E[ 1 2 8 .. 1 ]A I D[ 7 . . 0]B I D[ 7 . . 0]P O UT [ 4 8 .. 1 ]D B [7 . . 0 ]控制信號SW1A SW1B SW2A SW2B SW3A SW3B SW4A SW4B SW5A SW5B SW6A SW6B SW7A SW7B SW8A SW8B8 位鎖存器8 位移位寄存器CLLECKDIND O UT 操作原理 安裝 DP9900 全數(shù)字黑白 B 超維修手冊（ ） 36 圖二 HV20220PJ內(nèi)部的原理示意圖 一位串行數(shù)據(jù) Din在 CLK時鐘同步下，進入 8位移位寄存器，并由 Dout輸出，然后由 LE 鎖存到鎖存器中，鎖存器中如果是“ 1”則相應(yīng) 的開關(guān)合上，為“ 0”則斷開， CL為清除信號 , “1” 清除，所有開關(guān)打開， “0” 為允許。 我們使兩個 HV20220PJ的數(shù)據(jù)線串行相連，如下圖： 圖三 兩個 HV20220PJ的數(shù)據(jù)線串行相連 有八組這樣的串行結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù) [D1..D8]分別連接八組高壓開關(guān)的 DIN， 16個 8位數(shù)據(jù)經(jīng) 16個時鐘 CLK依次寫入 HV20220PJ 的鎖存器，完成開關(guān)控制的設(shè)置，當(dāng)統(tǒng)一的 LE信號有效時， 16*8 個開關(guān)被閉合或打開 (由數(shù)據(jù)位確定 )，根據(jù)相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)，完成128陣元到 48通道的切換。 數(shù)字 控制信號輸入：來自開關(guān)控制電路。 模擬信號輸出 /輸入：探頭插座 [128..1]、 [128..1]，相連的脈沖板插座POUT[48..1]。 ID 碼讀出、開關(guān)控制與驅(qū)動電路 開關(guān)控制信號來自系統(tǒng)中的前端控制器，考慮到驅(qū)動能力的問題，這些數(shù)字信號不 操作原理 安裝 DP9900 全數(shù)字黑白 B 超維修手冊（ ） 37 能直接連到高壓開關(guān) HV20220PJ上，將這些數(shù)字信號經(jīng)驅(qū)動器 74HC245驅(qū)動，才能加到高壓開關(guān) HV20220PJ 上。 在這部分電路中，包括探頭 ID 碼讀出電路，用于識別探頭類型，探頭 ID碼來自探頭插座，當(dāng)無探頭插入時，由于上拉電阻的作 用， 74HC245 輸入為 FF， /AIDRD 負(fù)責(zé) A探頭 ID碼讀， /BIDRD 負(fù)責(zé) B探頭 ID碼讀。 脈沖板工作原理 脈沖板基本功能及模塊劃分 脈沖板完成超聲波的高壓發(fā)射脈沖的形成和對回波信號的可變增益放大處理，可分為兩大模塊：脈沖發(fā)射電路、回波接收放大電路。 脈沖發(fā)射電路用于高壓發(fā)射脈沖的形成，可分為：數(shù)字總線信號緩沖電路、發(fā)射時序電路，發(fā)射驅(qū)動、高壓脈沖輸出電路。 數(shù)字總線信號緩沖電路：對所有輸入輸出信號進行緩沖。 發(fā)射時序電路：用于產(chǎn)生 48 路發(fā)射聚焦延時低壓脈沖，可分為：發(fā)射 ROM 模塊，MAIN_ROM模塊， T_TX T_TX2模塊。 發(fā)射 ROM模塊：存放所有探頭發(fā)射聚焦延時數(shù)據(jù)。 MAIN_ROM 模塊：依系統(tǒng)前端控制器送達的掃描線號、焦點及探頭 ID 碼數(shù)據(jù)，讀取存放于發(fā)射 ROM模塊中的 48路發(fā)射聚焦延時數(shù)據(jù)，并送到 T_TX T_TX2模塊中，每個模塊送 24個發(fā)射聚焦延時數(shù)據(jù)。 T_TX T_TX2 模塊：有完全相同的功能，各產(chǎn)生 24 路發(fā)射聚焦延時低壓脈沖，脈沖延時量由各自的發(fā)射聚焦延時數(shù)據(jù)決定，脈沖形狀統(tǒng)一由 /EMITWR 上升沿鎖存的數(shù)據(jù)決定。 發(fā)射驅(qū)動、高壓脈沖輸出電路：將 發(fā)射時序電路產(chǎn)生的 48路發(fā)射聚焦延時低壓脈沖，放大為可驅(qū)動換能器的高壓發(fā)射脈沖信號。 回波接收放大電路又可分為：高壓隔離電路、可變增益放大電路、基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路。 高壓隔離電路：隔離發(fā)射高壓，以免發(fā)射高壓損壞后面的可變增益放大電路，同時，回波信號能低損耗通過。 可變增益放大電路：低噪聲放大器 AD604，在 VGA1信號控制下，放大換能器接收的 操作原理 安裝 DP9900 全數(shù)字黑白 B 超維修手冊（ ） 38 回波信號。 基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生電路：為 24路 AD604工作提供基準(zhǔn)電壓 。 脈沖板原理 原理框圖如下 圖一 脈沖板原理框圖 發(fā)射時序電路說明 MAINROM（ U56）：在 /LINEWR 、 /FOCUSWR、 /IDWR上升沿，分別鎖存經(jīng)前端控制數(shù)據(jù)總線 DB[7..0]送達的掃描線號、發(fā)射焦點及探頭 ID碼數(shù)據(jù)，根據(jù)這些值計算出讀取發(fā)射 ROM（ U55）的地址，并產(chǎn)生相應(yīng)的 48路數(shù)據(jù)鎖存信號，將發(fā)射 ROM中的延時聚焦數(shù)據(jù)讀取到 TTX1 (U54)與 TTX2 (U53 )。 TTX TTX2設(shè)置有 24路移位寄存器（數(shù)據(jù)相同），在 /EMITWR上升沿，鎖存經(jīng)前端控制數(shù)據(jù)總線 DB[7..0]送達的脈沖寬度、周 期、個數(shù)的數(shù)據(jù)，先根據(jù)延時聚焦數(shù)據(jù)計算出脈沖延時量，在延時完后讀移位寄存器，送出一個特定脈沖寬度、周期、個數(shù)的脈沖，該脈沖經(jīng)驅(qū)動，送到發(fā)射電路，形成發(fā)射脈沖。 TTX TTX2所完成的功能完全相同， TTX1完成 1～ 24 路脈沖形成， TTX2完成 25～ 48路脈沖形成。 發(fā)射驅(qū)動、高壓脈沖輸出電路說明 發(fā)射時序電路送來的低壓發(fā)射脈沖，經(jīng)發(fā)射驅(qū)動電路，驅(qū)動高壓脈沖輸出電路，最終激勵換能器產(chǎn)生聚焦發(fā)射。 高壓脈沖輸出發(fā)射驅(qū)動T _ TX 1T _ TX 2M A IN _ R O MROM高壓隔離可變增益放大基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生前端控制器至探頭板至整序板數(shù)字總線信號緩沖 操作原理 安裝 DP9900 全數(shù)字黑白 B 超維修手冊（ ） 39 發(fā)射驅(qū)動電路選用 EL7212， EL7212最適合用作大功率 MOS管驅(qū)動。 高壓脈沖輸出電路 采用推挽工作方 式， 發(fā)射管是用功率 MOSFET IRFR9210，與之配對的釋放管采用 TN2524。 TPU是發(fā)射時序電路產(chǎn)生的低壓發(fā)射脈沖， TPU低電平期間，經(jīng)發(fā)射驅(qū)動電路反相，IRFR9210 導(dǎo)通， TN2524截止； TPU高電平期間，經(jīng)發(fā)射驅(qū)動電路反相， IRFR9210 截止，TN2524 導(dǎo)通。 回波接收放大電路說明 由 POUT[48..1]得到的超聲回波信號，經(jīng)高壓隔離電路，對其中的發(fā)射脈沖進行隔離，將回波信號送到 AD604 的輸入，在 VGA1 的控制下，進行可控增益放大，為后級整序電路提供足夠的信號增益。 整序板工作原理 整序板基本功能及模塊劃分 整序板的輸入對象是脈沖板的 48路模擬信號通道的輸出 PECHO[48..1]。 整序板有兩大功能：整序和壓控增益放大。 整序功能是根據(jù)掃描線號的變化，實現(xiàn) 48路非中心對稱