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DCU12便携彩超机的技术特色

来源:徐州凯信电子设备 时间:2016-06-02 作者:管理员

DCU12便携彩超机

  1. 体积问题的解决

体积问题的解决思路非常直观,把超声成像系统的各部分电路都做小,也就有可能将所有电路都放于一个小空间之中。在这一点上,便携彩超可以充分利用电子工业领域中各种最新成果。一方面,电路集成化程度越来越高,这有利于板卡面积的缩小,对于便携彩超机系统,要做的就是去寻找满足超声成像系统需要的最小芯片;另外一方面,板卡加工的工艺水平也越来越高,1.5mm厚的板卡内分为独立的十层或者更多层进行布线。DCU12便携彩超机系统最终实现了单接收通道面积约0.35cm2,单发射通道面积约3cm2(发射电路中由于是强电信号,可能达到100V,所以集成化较困难一些),另外使用了十二层板布线技术,这使得体积问题基本得到了解决。

此外,作为便携系统,DCU12便携彩超采取了“速度换空间”的思路,即提高单个数字处理芯片的处理速度,这样就可以减少数字处理芯片的使用量,从而缩小板卡面积,但性能不会降低。DCU12便携彩超机系统中FPGA工作频率达到了120MHz,这个速度无论在现有便携彩超,还是在整个超声成像系统中都是领先的。

2. 散热问题的解决

便携彩超的散热方法和一般笔记本电脑类似,主要是加散热片,并通过在不同位置加风扇使主机中产生稳定的气流从而带走各部分的热量。主要难点在于,当散热系统预先设计好,是否能满足系统要求难以提前判断。而当整个系统预先建立好,发现散热不满足要求时,将面临着更改外观、机械布局、板卡尺寸(相应要重新设计板卡、布板)等等问题,这对研发的进展要求、成本控制都是十分致命的。所以核心问题是,一旦机械结构、散热系统确定,就不容更改。

图1是DCU12便携彩超中解决散热问题的基本思路,核心在于建立结构模型及散热模型后的散热仿真,如果仿真结果满足设计要求,就确定结构模型及散热方案,不满足则重新设计。设计结构模型及散热方案完全是在计算机工作站上用专用软件仿真完成。如果发现结构不合理,散热系统不满足要求,设计更改也是纯软件的,将成本降到了最低。当然,这样的思路能否奏效取决于建模水平和仿真能力,否则是毫无意义的。

图2为DCU12便携彩超机系统的部分散热模型(左图)及散热仿真结果(右图),上图针对整个主机,下图针对主机中最热的部分CPU模块。右图中用不同颜色表示不同温度。仿真表明,对于最恶劣的情况,整个系统的温度离安全阈值还有30%的空间,从仿真角度来说,这结果是绝对满足要求的。接下来把系统做出来,进一步确认。

3. 功耗问题的解决

解决功耗问题的核心在于“低功耗设计”,主要是通过对系统各个部分的电源进行精确管理,使得各部分只在需要时才工作,在不需要时则处于关闭或休眠状态,这样就保证了以最高的效率来使用电池的能量,从而延长了电池的使用时间。

超声系统内部有各种各样工作模块,如发射、接收、各种成像模式的信号处理、外设支持等,但这些模块一起工作的情况非常少,这为低功耗设计提供了可能性。图3为超声成像系统中几种常用工作模式,以CW模式为例,此时只有CW处理模块需要工作,其它的B处理、Color处理、PW处理模块都不需要工作;对于B/D双工模式、图像冻结模式也类似,都有一部分电路是不需要工作的(出于说明方便,图3只是简单地列出各种模式的处理模块,对于实际的超声成像系统,内部结构要复杂得多)。

DCU12便携彩超机系统中基本上实现了对超声成像相关的所有芯片电源均可以独立控制,并且可以对芯片内部的一部分功能开启与否进行独立控制,这样可以最有效地利用电池能量,达到在无外接电源情况下更长的连续工作时间(1h以上)。

4. 图像优化技术

DCU12便携彩超采用了很多先进图像优化技术和成像方法来弥补目前便携彩超前端性能的固有不足。

在成像方法方面,一些往往仅在中档台式彩超中才使用的成像技术也应用到了DCU12便携彩超中。相对于目前市场上其他便携彩超,DCU12便携彩超还应用了包括四波束接收、宽波束发射、复合成像等比较有特色的技术。