CN104765027A - 高频超声编码激励发射系统及脉冲产生方法 - Google Patents

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吕铁军
向永嘉
顾天明
崔崤峣
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Abstract

本发明属于高频高压脉冲技术领域，公开了高频超声编码激励发射系统及脉冲产生方法，所述的高频超声编码激励发射系统包括编码与控制模块、MOSFET驱动模块、P型MOSFET和N型MOSFET、脉冲幅值调整模块。本发明的高频超声编码激励发射系统采用编码可编程器件生成激励信号，控制高压脉冲发射波形，在环境噪声不变情况下，提高成像质量，提高系统信噪比，提高探测深度和穿透能力。在激励编码的基础上，可以实现幅值同时可调，提高系统灵活度。

Description

高频超声编码激励发射系统及脉冲产生方法
技术领域
本发明属于高频高压脉冲技术领域，涉及高频超声编码激励发射系统及脉冲产生方法。
背景技术
超声波成像技术中，编码激励技术可以用来改善超声成像一起的图像质量。与传统脉冲回波技术相比，加入超声编码激励技术后能够在保持发射脉冲峰峰值不变的情况下，增加平均发射功率和声束的穿透深度，提高超声图像的信噪比和对比度。而编码激励可以改善传统发射接收方式中平均声功率过低（传统方式往往不到最大允许值的1%）的缺点。目前的超声发射系统主要问题有：目前的编码频率可以达到很高的频率，编码信号中单个编码脉宽在高速编程器件中脉宽可以小于几ns，但是对应的脉冲激励波形因为无法达到很快开关频率，都很难达到50MHz以上的中心频率；现有编码激励也一般都应用于低频率超声换能器(中心频率<50MHz）使用。
因此，鉴于现有技术的不足以及超高频换能器应用需求，需要提出一种利用可编程器件控制的超高频换能器的脉冲编码激励与脉冲发射系统。其单个双极性脉冲中心频率可以高于50MHz，并可以对脉冲进行不同编码方式激励以及输出脉冲幅值调整。
  
发明内容
要解决的技术问题：常规的高频超声编码激励发射系统存在窄脉宽无法精确控制和达到，脉冲中心频率低的缺点，无法应用于高频超声换能器；本专利的目的是提供一个可以进行多个二进制编码方式激励，单个脉冲中心频率可大于50MHz，脉冲宽度可调整，脉冲幅值可调的超高频超声换能器脉冲编码激励发射系统。
技术方案：为了解决上述问题，本发明公开了高频超声编码激励发射系统，所述的高频超声编码激励发射系统包括包括编码与控制模块、MOSFET驱动模块、P型MOSFET和N型MOSFET、脉冲幅值调整模块；编码与控制模块分别与MOSFET驱动模块输入端、脉冲幅值调整模块输入端连接，P型MOSFET和N型MOSFET分别与MOSFET驱动模块输出端和脉冲幅值调整模块输出端连接；所述编码与控制模块包括现场可编辑门阵列；MOSFET驱动模块包括逻辑电平转换器件或逻辑电平转换电路、时序调整器件、大电流MOSFET驱动器件和电路；脉冲幅值调整模块包括高压电源、数模转换器、高压输出调节部分。
所述的高频超声编码激励发射系统，编码与控制模块进行编码发射和编码方式选择以及控制幅值调整模块。
所述的高频超声编码激励发射系统，所述的编码方式为二进制编码方式。
所述的高频超声编码激励发射系统，所述的二进制编码方式包括Golay互补序列、Barker码、方波。
所述的高频超声编码激励发射系统，时序调整器件为单个DS1100U、多个DS1100U或同轴线。
所述的高频超声编码激励发射系统，所述的高压电源为高压正电源EMCO-CA02P与高压负电源EMCO-CA02N，数模转换器接高压正电源EMCO-CA02P与高压负电源EMCO-CA02N的电压输出调节端口，从而调节高压输出，实现脉冲的幅值调节。
所述的高频超声编码激励发射系统的脉冲产生方法，包括以下步骤：
（1）编码与控制模块中进行编码方式的选择，编码序列的生成；
（2）逻辑电平转换器件对编码信号进行电平转换；
（3）时序调整器件调整匹配N型MOSFET和P型MOSFET控制开关时序；
（4）匹配后的控制时序通过MOSFET驱动器件来控制N型MOSFET和P型MOSFET打开关闭；
（5）编码与控制模块控制脉冲幅值调整模块中的数模转换器，数模转换器接高压正电源EMCO-CA02P与高压负电源EMCO-CA02N的电压输出调节端口，从而调节高压输出，实现脉冲的幅值调节。
所述的时序调整器件为DS1100U，在P型MOSFET和N型MOSFET驱动前端加入延时器件DS1100U，可对MOSFET驱动的输出脉冲进行精确匹配，从而准确控制MOSFET打开和关闭，原理如下：
加入DS1100U延时芯片，进行时长为Ta的延时处理后，控制时序得到很好的匹配；延时处理见图5。
对单个脉冲，脉冲宽度的减小，对应脉冲中心频率的增加和截止频率的变化，通过在可编程器件上调节脉冲宽度，可以实现不同脉冲频率和截止频率；
需要利用高耐压电容进行蓄能，电容耐压值要大于高压电源电压；
采用峰值电流很大电流驱动（如集成芯片EL7158SZ，推挽式双极型晶体管电路），这样就可以尽可能增加MOSFET开关速度，得到上升下降沿很小的脉冲。
高频超声编码激励发射系统脉冲产生电路如图1，系统结构如图2。
有益效果：本发明的高频超声编码激励发射系统采用编码可编程器件生成激励信号，控制高压脉冲发射波形，在环境噪声不变情况下，提高成像质量，提高系统信噪比，提高探测深度和穿透能力。在激励编码的基础上，可以实现幅值同时可调，提高系统灵活度。本发明的高频超声编码激励与脉冲发射系统可以集成于高频超声应用如高频（中心频率>50MHz）超声换能器成像系统中。
附图说明
图1为本发明的高频超声编码激励发射系统的脉冲产生电路图；
图2为本发明的高频超声编码激励发射系统结构图。
图3、图4为实施例1编码后单个双极性脉冲图。
  图5为加入DS1100U延时芯片后的延时处理图。
具体实施方式
实施例1
现场可编辑门阵列产生编码信号并输出，输出后编码信号接SN65LVELT23DGK将LVPECL电平转换为LVTTL电平，一路控制信号接延时器件DS1100U，经过延时匹配后接P型MOSFET的驱动器件EL7158，另一路接DS1100U延时后接N型MOSFET驱动器件EL7158，两片EL7158分别控制P型MOSFET和N型MOSFET打开关闭。高压电源EMCO-CA02P输出端（pin 1）接P型MOSFET源极，输出控制端（pin 2）接数模转换器输出端，高压电源EMCO-CA02N输出端（pin 1）接N型MOSFET源极，输出控制端（pin 2）接数模转换器输出端,数模转换器输入端接现场可编辑门阵列，由现场可编辑门阵列控制脉冲的输出。
编码后单个双极性脉冲见图3和图4。

Claims (7)

1. 高频超声编码激励发射系统，其特征在于所述的高频超声编码激励发射系统包括包括编码与控制模块、MOSFET驱动模块、P型MOSFET和N型MOSFET、脉冲幅值调整模块；编码与控制模块分别与MOSFET驱动模块输入端、脉冲幅值调整模块输入端连接，P型MOSFET和N型MOSFET分别与MOSFET驱动模块输出端和脉冲幅值调整模块输出端连接；所述编码与控制模块包括现场可编辑门阵列；MOSFET驱动模块包括逻辑电平转换器件或逻辑电平转换电路、时序调整器件、大电流MOSFET驱动器件和电路；脉冲幅值调整模块包括高压电源、数模转换器、高压输出调节部分。
2. 根据权利要求1所述的高频超声编码激励发射系统，其特征在于：编码与控制模块进行编码发射和编码方式选择以及控制脉冲幅值调整模块。
3. 根据权利要求2所述的高频超声编码激励发射系统，其特征在于：所述的编码方式为二进制编码方式。
4. 根据权利要求3所述的高频超声编码激励发射系统，其特征在于：所述的二进制编码方式包括Golay互补序列、Barker码、方波。
5. 根据权利要求 1 所述的高频超声编码激励发射系统，其特征在于：时序调整器件为单个DS1100U、多个DS1100U或同轴线。
6. 根据权利要求1 所述的高频超声编码激励发射系统，其特征在于：所述的高压电源为高压正电源EMCO-CA02P与高压负电源EMCO-CA02N，数模转换器接高压正电源EMCO-CA02P与高压负电源EMCO-CA02N的电压输出调节端口，从而调节高压输出，实现脉冲的幅值调节。
7. 根据权利要求1 所述的高频超声编码激励发射系统，其特征在于所述的高频超声编码激励发射系统的脉冲产生方法，包括以下步骤：
（1）编码与控制模块中进行编码方式的选择，编码序列的生成；
（2）逻辑电平转换器件对编码信号进行电平转换；
（3）时序调整器件调整匹配N型MOSFET和P型MOSFET控制开关时序；
（4）匹配后的控制时序通过MOSFET驱动器件来控制N型MOSFET和P型MOSFET打开关闭；
（5）编码与控制模块控制脉冲幅值调整模块中的数模转换器，数模转换器接高压正电源EMCO-CA02P与高压负电源EMCO-CA02N的电压输出调节端口，从而调节高压输出，实现脉冲的幅值调节。
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