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基于单片机及CPLD的B超检测工装设计

引言
  超声在人体内传播,由于人体各种组织有声学的特性差异,超声波在两种不同组织界面处会产生反射、折射、散射、绕射、衰减以及声源与接收器相对运动产生多普勒频移等物理特性。应用不同类型的超声诊断仪,采用各种扫查方法,接收这些反射、散射信号,显示各种组织及其病变的形态,结合病理学、临床医学,观察、分析、总结不同的反射规律,从而对病变部位、性质和功能障碍程度作出诊断。B超是超声诊断仪中的一种显示模式。
  B超工作过程为:当探头获得激励脉冲后发射超声波(同时探头受聚焦延迟电路控制,实现声波的声学聚焦),经过一段时间延迟后再由探头接收反射回的回声信号,经过滤波、对数放大等信号处理。然后由DSC电路进行数字变换形成数字信号,在CPU控制下进一步进行图像处理,再同图像形成电路和测量电路一起合成视频信号送给显示器,形成我们所熟悉的B超图像,也称二维黑白超声图像。
  由于B超中为了增强图像分辨率,通道都比较多,大多是16、24、48、64甚至更多通道。这些通道电子元器件完全一样,要求各通道的一致性要好,在装整机前,最好有测试手段和方法,对所有通道能进行测试,以去除器件本身和焊接电路板中出现的问题,基于此目的,本人设计了B超检测工装。

工装设计需求
  本工装设计要求为24通道、探头为96阵元的B超板AFE9624进行测试,AFE9624包含高压发射电路、继电器切换、高压模拟开关切换、前放电路和VGA电路。

发射工装要求
  高压发射电路、高压模拟开关电路、继电器切换电路测试,这几者必须同时进行检测,要设计发射工装板、继电器控制测试电路、高压模拟控制电路、探头接口高压波形测量电路。具体包括:高压发射电路工装(简称发射工装),1~24通道的发射驱动及切换电路;高压模拟开关控制电路工装(简称开关工装),控制任何一个通道的开通或者关断,实际使用时只控制某一个通道的开通,其他的通道关断,相应地发射控制也只开通对应的一路,其他的驱动设置为无效;继电器控制测试工装(简称继电器工装),提供继电器组开通或关断的控制信号;探头接口的波形测量电路工装(简称探头波形工装),包含96~1的切换电路,使得得到发射的阵元位置波形可以切换到示波器显示测量出来。

接收工装要求
  VGA测试:VGA测试主要验证放大电路的功能和准确性,需要提供给每一路VGA模拟输入信号,并通过示波器检测。通过探头接口可以将测试信号施加进去,但是必须要对高压模拟开关进行相应控制,使得每一路VGA获得准确的输入。具体包括:波形发生器工装,提供96路的模拟正弦波形,频率3.5MHz,幅度P-P 在1V~1.2V,可实现负载短路保护,允许有几十欧姆的输出阻抗;高压模拟开关控制及VGA增益控制工装(简称开关增益工装),提供AFE9624上高压模拟开关电路的控制信号,并提供VGA的增益控制信号,增益控制信号可以是锯齿波,幅度值最低应大于0.2V,最大值应不大于2.5V,锯齿波周期为50µs。

B超发射通道检测
  连接工装和B超,检测装置连接完毕后,检查开关S1、S2位置在“发射”挡,示波器接J3。
    1. AFE9624工装板显示屏全亮,3秒种之后,重新显示0000。
    2. 经过2秒钟后,机器自动进入检测状态,显示屏显示0001,紧接着示波器显示正负脉冲波形。
    3. 经过2秒钟,再次自动进入检测状态,显示屏显示0002,紧接着示波器显示正负脉冲波形,表示第2通道电路正常。
    4. 继续等待检测装置自动重复上述过程,直到显示器显示0096,紧接着示波器显示正负脉冲波形,表示第96通道电路正常。至此,确认探头1接口发射工作正常。
    5. 断电,将“探头转接板”插接到“主控系统探头板”的探头2上。在检测装置连接完毕后上电,点击工装板上触发开关S3,显示屏显示0100,然后重复上述2~4过程,确认探头2接口发射工作正常,此过程显示屏显示数字是0101~0196。

B超接收通道检测
  连接工装和B超检测装置完毕后,开关S1、S2位置在“接收”挡,示波器接J1。按B超发射通道检测中1~5的步骤进行,此时示波器显示的波形是正弦波。

结束语
  本文介绍了B超板AFE9624进行全自动检测的工装设计,经检测,达到了设计要求,可为其它厂家设计的B超检测提供参考帮助。按照本文思路,根据实际的B超接口,只需设计好各种转接板或转接线,就可以对B超板进行全面的检测。

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