一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器制造技术

本实用新型专利技术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；本实用新型专利技术采用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，极大地减少了反馈信号处理所占的资源。

【技术实现步骤摘要】
一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器
本技术涉及一种多通道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。
技术介绍
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。现场可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray简称为FPGA)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(SoC)，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。
技术实现思路
本技术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。本技术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端与JTAG接口连接，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，将超声波波形的幅值和相位映射数据存储到两个相位查找表RAM中；所述FPGA内部具有DDS和反馈信号处理模块，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；FPGA的DDS的输出端连接m个DAC模块，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RAM中，得到相位所对应的幅值信号，再将幅值信号发送到DAC模块中进行数模转换；每个DAC模块的输出端连接一个滤波模块，所有滤波模块的输出连接反馈模块；所述反馈模块由一个多路选择器和一个ADC模块组成；m个滤波模块的输出端均连接所述多路选择器，多路选择器的输出端连接ADC模块，ADC模块的输出端连接FPGA的反馈信号处理模块；所述反馈信号处理模块包括依次连接的零点检测模块、状态检测单元、相位补偿单元、相位差计算单元和相位修正单元；所述零点检测模块由比较器、m位进制的计数器和存储器构成，所述计数器开始计数时，所述比较器将采样到的幅值信号与m个通道中的最小幅值信号进行比较，检测出幅值大于最小幅值时将波形信号存入存储器中；所述状态检测单元对从存储器中取出的各通道道前一个幅值信号与后一个幅值信号进行比较，将比较的结果输入相位补偿单元；所述相位补偿单元根据接收的状态检测单元的检测结果，通过相位查找表RAM得到各通道的相位，并对各通道相位进行补偿；所述相位差计算单元将相位补偿单元补偿后的相位值与预设的初始相位信号进行相减得到各通道相位差，输入到相位修正单元修改初始相位信号，并反馈给DDS进行修正。进一步地，还包括有源晶振，通过有源晶振产生时钟信号fcLk，并分别连接到FPGA、DAC模块、反馈模块的多路选择器和ADC模块上。进一步地，所述FPGA接收通道控制信号和频率控制信号生成一个对应的相位累加器，将相位累加器输出的数据送入相应的m个加法器中与接收的初始相位信号进行累加，得到每个通道的地址信息，根据地址信息到其对应的波形查找表RAM中，查找相位对应的幅值信号。进一步地，还包括启动键，所述FPGA通过JTAG接口接收数据，数据传输完成后，按下启动键，启动DDS工作。进一步地，利用MATLAB在PC端生成相位转幅值的.mif文件以及幅值转相位的.mif文件；通过JTAG接口将数据传入Altera公司FPGA芯片的开发板中。本技术的有益效果是：与现有技术相比，本技术采用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，提高了检测相位的精度，极大地减少了反馈信号处理所占的资源。附图说明图1是本技术整体结构的示意图；图2是FPGA内部的工作原理图；图3是DDS的工作原理图；图4是反馈模块的示意框图；图5是反馈信号处理的示意框图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本技术作进一步详细说明。本技术可以利用MATLAB在PC(个人计算机)端生成相位转幅值的.mif文件以及幅值转相位的.mif文件。通过Altera公司提供的QuartusⅡ软件中丰富的IP核(知识产权核)功能，生成RAMIP核并将生成的.mif文件数据导入其中。编写控制程序和发射参数，通过JTAG接口将其传入Altera公司FPGA(现场可编程门阵列)芯片的开发板中，使其相应的相位和幅值信息存入相应的波形查找表(RAM)和相位查找表(RAM)中，并在FPGA内部形成专用的电路。图1是本技术整体结构示意图，本技术主要包括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。其中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中，第一个幅值和相位映射的相位查找表存储第一象限和第四象限的相位信息，第二个幅值和相位映射的相位查找表存储第二象限和第三象限的相位信息。并在FPGA内部形成相应的专用电路。有源晶振产生的时钟信号fcLk分别连接到FPGA、DAC模块和反馈模块上。图2给出了FPGA内部的工作原理图。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；所述通道控制信号包括用户选择的通道序号和通道数m，所述频率控制信号为用户设定的发射超声波波形的频率信号，所述初始相位信号为用户设定的发射超声波波形的初始相位信号；当数据传输完成后，按下启动键；在FPGA内部利用DDS(直接数字频率合成器)，根据通道控制信号和频率控制信号形成m个通道，m个通道的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器，其特征在于，包括PC端、JTAG接口、FPGA、DAC模块、滤波模块、反馈模块；所述PC端与JTAG接口连接，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，将超声波波形的幅值和相位映射数据存储到两个相位查找表RAM中；所述FPGA内部具有DDS和反馈信号处理模块，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；FPGA的DDS的输出端连接m个DAC模块，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RAM中，得到相位所对应的幅值信号，再将幅值信号发送到DAC模块中进行数模转换；每个DAC模块的输出端连接一个滤波模块，所有滤波模块的输出连接反馈模块；所述反馈模块由一个多路选择器和一个ADC模块组成；m个滤波模块的输出端均连接所述多路选择器，多路选择器的输出端连接ADC模块，ADC模块的输出端连接FPGA的反馈信号处理模块；所述反馈信号处理模块包括依次连接的零点检测模块、状态检测单元、相位补偿单元、相位差计算单元和相位修正单元；所述零点检测模块由比较器、m位进制的计数器和存储器构成，所述计数器开始计数时，所述比较器将采样到的幅值信号与m个通道中的最小幅值信号进行比较，检测出幅值大于最小幅值时将波形信号存入存储器中；所述状态检测单元对从存储器中取出的各通道道前一个幅值信号与后一个幅值信号进行比较，将比较的结果输入相位补偿单元；所述相位补偿单元根据接收的状态检测单元的检测结果，通过相位查找表RAM得到各通道的相位，并对各通道相位进行补偿；所述相位差计算单元将相位补偿单元补偿后的相位值与预设的初始相位信号进行相减得到各通道相位差，输入到相位修正单元修改初始相位信号，并反馈给DDS进行修正。...

【技术特征摘要】
1.一种带反馈校正的多通道超声波任意波形信号发生器，其特征在于，包括PC端、JTAG接口、FPGA、DAC模块、滤波模块、反馈模块；所述PC端与JTAG接口连接，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，将超声波波形的幅值和相位映射数据存储到两个相位查找表RAM中；所述FPGA内部具有DDS和反馈信号处理模块，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；FPGA的DDS的输出端连接m个DAC模块，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RAM中，得到相位所对应的幅值信号，再将幅值信号发送到DAC模块中进行数模转换；每个DAC模块的输出端连接一个滤波模块，所有滤波模块的输出连接反馈模块；所述反馈模块由一个多路选择器和一个ADC模块组成；m个滤波模块的输出端均连接所述多路选择器，多路选择器的输出端连接ADC模块，ADC模块的输出端连接FPGA的反馈信号处理模块；所述反馈信号处理模块包括依次连接的零点检测模块、状态检测单元、相位补偿单元、相位差计算单元和相位修正单元；所述零点检测模块由比较器、m位进制的计数器和存储器构成，所述计数器开始计数时，所述比较器将采样到的幅值信号与m个通道中的最小幅值信号进行比较，检测出幅值大于最小幅值时将波形信号存入存储器中；所述状态检测单元对从存储器中取出的各通道道前一个幅值信号...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑瑞芳，赵进慧，胡天宇，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33