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基于FPGA的P-HIFU相控信号发生器研制

发布时间:2018-03-25 19:46

  本文选题:HIFU 切入点:相控 出处:《上海交通大学》2012年硕士论文


【摘要】:相控信号发生器是P-HIFU系统的核心部件之一。在P-HIFU系统中,相控信号发生器在输入指令的控制下,输出多路具有指定相位的方波信号。这些方波信号经过多谐振功率放大器放大之后,驱动超声压电晶体球形阵列,在指定焦点位置聚焦。 本文在研制P-HIFU相控信号发生器的过程中,根据理论计算得出的相位精度对加热焦点参数的影响,对相位信号发生器的需求进行了分析,确定了其性能指标。然后通过对国内外相位信号发生器技术研究现状的分析,讨论并确定了控制接口方案,以及基于FPGA技术的相位信号生成方案。 本文设计了相位信号发生器中FPGA固件的架构体系,并使用VHDL代码或现有IP核实现了固件的编码。本文在FPGA固件中加入了嵌入式的MCU,并编写了相应的软件代码,实现了先下载存储相位数据,后顺序输出相位信号的运行模式,该模式实现了加热焦点的快速移动。 本文在FPGA的固件中,加入了PCI的IP核,用户可以将相位信号发生器作为PCI插卡,插入到工控机的PCI插槽中使用,实现了实时的加热焦点快速移动的功能。 本文完成了相位信号发生器硬件系统的设计,内容包括关键芯片选型、电路原理图设计、以及PCB的制作。本文通过增加硬件监测电路,提高了相位信号发生器的安全性。同时,本文通过硬件电路设计,提高了相位信号发生器的集成度及易用性。 最后,本文对于影响相位输出信号精度的关键问题,进行分析并给出了解决方案。最后,通过软硬件联调以及实验检测,验证了本文研制的相位信号发生器实现了预定的性能指标及功能要求,同时具有安全性高、集成度高、易用性高等优点。
[Abstract]:The phase-controlled signal generator is one of the core components of the P-HIFU system. In the P-HIFU system, the phase-controlled signal generator is controlled by the input instructions. The square wave signals with a specified phase are output, which are amplified by a multi-resonant power amplifier and drive a spherical array of ultrasonic piezoelectric crystals to focus at a specified focal point. In this paper, in the process of developing P-HIFU phase-controlled signal generator, the effect of phase precision on heating focus parameters is analyzed according to the theoretical calculation, and the requirement of phase signal generator is analyzed. Then the control interface scheme and the phase signal generation scheme based on FPGA technology are discussed and determined by analyzing the current research situation of phase signal generator technology at home and abroad. In this paper, the architecture of FPGA firmware in phase signal generator is designed, and the coding of firmware is realized by using VHDL code or existing IP core. In this paper, embedded MCU is added to FPGA firmware, and the corresponding software code is written. The mode of first downloading and storing the phase data and then sequentially outputting the phase signal is realized, which realizes the fast moving of the heating focus. In this paper, the IP core of PCI is added to the firmware of FPGA. The user can insert the phase signal generator into the PCI slot of the industrial computer as a PCI card and realize the function of fast moving of heating focus in real time. This paper has completed the design of the hardware system of the phase signal generator, including the selection of the key chip, the design of the circuit schematic diagram, and the manufacture of the PCB. The security of the phase signal generator is improved, and the integration and ease of use of the phase signal generator are improved by the hardware circuit design. Finally, the key problems affecting the precision of the phase output signal are analyzed and the solution is given. It is verified that the phase signal generator has achieved the predetermined performance index and function requirement, and has the advantages of high security, high integration, high usability and so on.
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TH789

【参考文献】

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本文编号:1664564

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