基于DSP的超声编码激励发射研究

　　由图1可以看出，采用GOLAY码互补序列对作为发射激励码，自相关之后求和，旁瓣已经完全消失。其各自的回波自相关也具有这样的特性。所以，采用GOLAY码互补序列对，其信号穿透力强，图像信噪比高。

　　2 系统整体设计

　　2.1 采用DSP理论模型

　　TMS320F2812是TI公司推出的功能强大的32位定点DSP芯片。该芯片处理能力强、运算速度高，具有丰富的片内外设，如内部看门狗、CAN、MCBSP、SCI、ADC、集成Flash等。该处理器芯片主要用于家电产品、工业控制等高性能的应用领域。

　　本文使用TMS320F2812[5]作为发射编码的主控芯片，使用多通道缓冲串口(McBSP[6])完成连续128位编码的发射，并且发射速率可以随时修改，以适应不同频率的超声探头(一般探头有3.5MHz、5MHz等)。编码通过DSP的MDXA口发送到超声脉冲电压放大板进行电压放大。放大的电压送入探头换能器进行电声转换，超声在组织内的回波被超声探头换能器接收进行声电转换，之后信号进行放大并验证波形。

　　2.2 系统硬件设计

　　系统时钟为30MHz，因为TMS320F2812可以工作在150MHz，所以要想全频率工作，PLL需要5倍频率，即30MHz×5=150MHz；JP3为McBSP多引脚，其中用到了MDXA口，其他引脚在该发射编码程序中暂且不用。引脚SPICLKA、SCITXDA、SPISTEA、MDXA还具有跳线设置功能，只有当SCITXDA设置为高电平，系统从FLASH开始执行程序。该芯片内部集成了看门狗，方便调试、节省资源。XMP/MC一般拉地，则该芯片就可认为是微计算机器状态，无须外扩FLASH和RAM。

　　连续128位的编码激励信号经过DSP的MDXA口发出之后，送入SN75372非门进行电压提升。提升的电压可以驱动IRFU420 NMOS管，在MOS管源极下拉电阻并在源极处取电压送入探头。当开始产生回波信号时，NMOS截止，回波信号送入运算放大器AD8048[8]同向放大，放大倍数为。为了改善放大部分的波形，在运放输出端加小电容滤波，去除尖锐沿，如图2。[page]

　　2.3 软件系统设计

　　2.3.1 程序设计流程描述

　　DSP编码发射程序是在CCS2.0环境下实现的。整个系统过程包括程序代码的编写、程序调试以及在线将程序下载到片内Flash中。

　　CCS(Code Composer Studio)是TI开发的一个完整的DSP集成开发环境。由于TI 的DSP使用非常广泛，使得CCS成为目前使用最为广泛的DSP开发软件之一。程序设计流程图如图3。

　　2.3.2 回波分析与采集

　　在超声成像系统中，若不考虑超声在介质中的衰减，则信号通道的框图如图4所示。其中e(t)是激励信号，p1(t)是发射换能器的传递函数，u(t)是声场中的反射函数，p2(t)是接收换能器的传递函数，n(t)是接收电路的电子噪声。E(f)、P1(f)、U(f)、P2(f)和N(f)分别是它们的傅立叶变换[8]。

　　超声回波r(t)可以表示为：

　　r(t)=e(t)×p1(t)×u(t)×p2(t)+n(t)　　　　　　　(1)

　　医学超声成像系统的研究中，通常将发射换能器和接收换能器的传递函数视为一致，即：p1(t)=p２(t)=p(t)。为了简化分析，只研究声场中单一散射子的反射，不考虑接收电路电子噪声的影响，即：u(t)=δ(t)，n(t)=0。因此，式(1)可简化为：r(t)=e(t)×p(t)×δ(t)。