CN204445946U - 脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统 - Google Patents

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吕铁军
向永嘉
徐杰
崔崤峣
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Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology of CAS
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Abstract

本实用新型属于高频高压脉冲技术领域，公开了脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，系统包括控制信号调整模块、MOSFET驱动模块、P型MOSFET和N型MOSFET、脉冲幅值调整模块，控制信号调整模块接MOSFET驱动模块，MOSFET驱动模块接P型MOSFET和N型MOSFET，脉冲幅值调整模块接入P型MOSFET和N型MOSFET。本实用新型的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统产生的脉冲带宽、幅值易于调节和控制，并且其脉冲的频率非常高，可用于提高高频超声成像系统的相应性能，也可满足不同频率的换能器测试和成像应用。

Description

脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统
技术领域
本发明属于高频高压脉冲技术领域，涉及高频高压脉冲系统，特别是涉及脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统。
背景技术
 高压脉冲激发模块是超声设备中一个关键部件。在超声成像系统中，换能器经高压脉冲激发产生超声波，然后换能器再接收组织反射回波信号成像。高压脉冲发射模块是脉冲回波法超声诊断设备的重要部分，对仪器的成像、信噪比等性能有很大影响。目前的超声换能器设备一般工作于20MHz以下，对应的激励脉冲频率容易达到。但是在血管内超声、眼科等领域中，为了得到良好的横向分辨率，换能器一般工作于20MHz以上，甚至达到60MHz，对应的，要求有更高频率的脉冲信号来进行换能器的激发。此外，高压脉冲发射模块不仅可以作为高频换能器的测试模块单独使用，也可以作为超高频超声应用仪器的一个子模块集成在系统当中。
发明内容
要解决的技术问题：在常规的超声成像系统中激发信号的带宽、幅值不易调节和控制，并且其脉冲的频率较低，不能较好的满足超声成像系统中使用需要的问题。
技术方案：为了解决上述问题，本发明公开了脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，包括控制信号调整模块、MOSFET驱动模块、P型MOSFET和N型MOSFET、脉冲幅值调整模块，控制信号调整模块接MOSFET驱动模块，MOSFET驱动模块接P型MOSFET和N型MOSFET，脉冲幅值调整模块接入P型MOSFET和N型MOSFET。
所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，所述的控制信号调整模块包括脉冲信号源、逻辑电平转换器件或逻辑电平转换电路、脉宽控制部分、P型MOSFET和N型MOSFET驱动脉冲时序调整部分。
所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，所述的脉冲信号源为现场可编辑门阵列或微处理器MCU、通用交流信号源、晶振、DSP、ARM或CPLD输入。
所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，脉宽控制部分包含延时器件和非门、与门。
所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，所述的延时器件为单个延时器件DS1100U、多个DS1100U、或同轴线。
所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，所述的延时器件包括时钟、计数器和延时网络。
所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，脉冲幅值调整模块包含高压电源和高压输出调节部分。
所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，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。
所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统工作原理如图1所示。
有益效果：本发明的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统有下述优势：
1. 控制信号可以从信号发生器接入，通过逻辑门与延时器件或者电路的转换，从一个大脉宽频率很低的控制信号（可以是低频率的时钟信号）中得到脉宽很窄的控制信号。逻辑门使用非门和与门；控制信号也可以通过逻辑电平转换得到，比如利用各种逻辑转换器件，实现从可编程器件、CPLD、DSP、MCU等器件的LVPECL、LVDS、CMOS等电平转换为LVTLL、TTL等逻辑电平，然后在这些逻辑电平信号基础上，再次通过逻辑门、延时器件转换，得到窄脉宽的信号。如，可编程器件FPGA输出LVPECL逻辑信号，通过逻辑转换芯片SN65LVELT23DGK，将差分信号转换为LVTTL电平，从而实现远端控制信号到脉冲模块的连接传输。
2. 脉冲的脉宽的控制是通过延时器件（如DS1100U系列芯片）和与逻辑器件来实现的。延时器件包括并且不限于单个延时IC，可以是几个延时器件的串联达到具体的某个延时值。以实现5ns至几百ns延时值，更加精确、容易的控制脉冲信号宽度。
3. 不同的控制脉宽对应于不同的输出脉冲的脉宽值，改变控制脉冲宽度，对应改变输出高压脉冲的中心频率和截止频率。
4. 可以由可编程器件调节高压输出，灵活方便调节高压脉冲幅值。
5. 采用峰值电流大于10A的MOSFET驱动（如集成驱动器件、分立双极性晶体管或者场效应管推挽结构组成的驱动电路），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。
6. 调整正负高压电源连接，灵活得到正极、负极、双极性高压脉冲。
附图说明
图1为脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统脉冲产生原理图；
图2为脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统结构图。
图3、图4为实施例1单个双极性脉冲图。
图5、图6为实施例2单个双极性脉冲图。
具体实施方式
实施例1
现场可编辑门阵列输出控制信号（逻辑电平为LVPECL），接SN65LVELT23DGK将LVPECL电平转换为LVTTL电平，该信号分两路，一路一路经过非门SN74LVC1G04反相，再接延时器件DS1100U-35+延时7ns然后与另外一路接入与门SN74AHCT1G08输入端，与门输出信号分为两路，一路经过DS1100U延时后接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，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，N型MOSFET源极接地。单个正脉冲如图3和图4。
实施例2
交流信号源Agilent 81150A输出的脉冲信号作为输入信号，脉冲频率1KHz，幅值4V，脉冲上升时间10ns，下降时间10ns，脉宽100ns。该信号分两路，一路经过非门SN74LVC1G04反相，再接延时器件DS1100U延时，然后与另外一路输入信号接入与门SN74AHCT1G08输入端，与门输出信号分为两路，一路DS1100U延时控制P型MOSFET驱动EL7158，从而另一路DS1100U延时后控制N型MOSFET驱动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。单个双极性脉冲如图5和图6。

Claims (8)

1. 脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，其特征在于：包括控制信号调整模块、MOSFET驱动模块、P型MOSFET和N型MOSFET、脉冲幅值调整模块，控制信号调整模块接MOSFET驱动模块，MOSFET驱动模块接P型MOSFET和N型MOSFET，脉冲幅值调整模块接入P型MOSFET和N型MOSFET。
2. 根据权利要求 1 所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，其特征在于：所述的控制信号调整模块包括脉冲信号源、逻辑电平转换器件或逻辑电平转换电路、脉宽控制部分、P型MOSFET和N型MOSFET驱动脉冲时序调整部分。
3. 根据权利要求 2 所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，其特征在于：所述的脉冲信号源为现场可编辑门阵列、微处理器MCU、通用交流信号源、晶振、DSP、ARM或CPLD输入。
4. 根据权利要求 2 所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，其特征在于：脉宽控制部分包含延时器件和非门、与门。
5. 根据权利要求 4 所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，其特征在于：所述的延时器件为单个延时器件DS1100U、多个DS1100U或同轴线。
6. 根据权利要求 4所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，其特征在于：所述的延时器件包括时钟、计数器和延时网络。
7. 根据权利要求 1 所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，其特征在于：脉冲幅值调整模块包含高压电源和高压输出调节部分。
8. 根据权利要求 7 所述的脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统，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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104586435A (zh) * 2014-12-29 2015-05-06 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 脉宽幅值可调的宽带高压窄脉冲系统及脉冲产生方法
CN106329891A (zh) * 2016-09-18 2017-01-11 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 触发晶闸管的脉冲调制电路及方法

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