基于FPGA的P-HIFU相控信号发生器研制

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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。
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