專利名稱：超聲數(shù)據(jù)采集芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及本發(fā)明屬于片上系統(tǒng)，尤其涉及一種超聲數(shù)據(jù)采集芯片。
背景技術(shù)：
超聲檢測系統(tǒng)一般包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分，分別完成超聲波發(fā)射、回波接收、信號轉(zhuǎn)換和信號處理功能和參數(shù)設(shè)置、信號分析和波形顯示功能。超聲數(shù)據(jù)采集卡是超聲檢測硬件系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收軟件系統(tǒng)下發(fā)的參數(shù)，用來控制超聲波發(fā)射和回波接收，對回波信號進(jìn)行高速AD (模數(shù))轉(zhuǎn)換、信號處理，并將處理后的信號上傳給軟件系統(tǒng)進(jìn)行處理。目前常用的超聲數(shù)據(jù)采集卡都是通過板級設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，基于一片微處理器(51處理器或DSP)設(shè)計(jì)。由于微處理器本身處理速度有限，且芯片接口少，因此當(dāng)超聲檢測通道較多時(一般超聲數(shù)據(jù)采集卡都有四通道)需要分時工作，效率低，不能滿足同時工作的要求，且數(shù)據(jù)采集速度慢(50MHz左右)，系統(tǒng)可靠性差。這種使用微處理器的超聲采集卡已經(jīng)不能滿足工業(yè)產(chǎn)線對超聲檢測系統(tǒng)提出的高速、多通道、可靠等要求。片上系統(tǒng)S0C(System-On-Chip)也稱為系統(tǒng)級芯片，是將包括存儲器、信號采集和處理電路、CPU核等模擬、數(shù)字和混合電路構(gòu)成的一個完整的電子系統(tǒng)集成到一個芯片上。它是一個有專用目標(biāo)的集成電路，其中包含完整系統(tǒng)并有嵌入軟件的全部內(nèi)容。隨著 FPGA (Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)芯片容量的增加和性能的提高和硬件描述語言的發(fā)展，很多復(fù)雜的系統(tǒng)已經(jīng)逐漸由板級設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)為芯片級設(shè)計(jì)，這大大降低了板級設(shè)計(jì)的工作量，減少了電磁兼容問題，提高了系統(tǒng)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種超聲數(shù)據(jù)采集芯片，體積小、通用性好、處理速度快、擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片采用的技術(shù)方案是，超聲數(shù)據(jù)采集芯片的各組成模塊集成在一片F(xiàn)PGA中，超聲數(shù)據(jù)采集芯片包括鎖相環(huán)模塊、編碼器計(jì)數(shù)模塊、PCI總線接口、超聲數(shù)據(jù)上傳模塊、時序控制模塊、多個超聲檢測通道模塊；鎖相環(huán)模塊，用于產(chǎn)生超聲數(shù)據(jù)采集芯片所有其他模塊工作需要的時鐘信號；編碼器計(jì)數(shù)模塊，用來計(jì)數(shù)芯片外部接入的編碼器脈沖，計(jì)數(shù)值傳送到各個超聲檢測通道模塊；PCI總線接口，用于同上位機(jī)通信，接收上位機(jī)傳來的參數(shù)，將相應(yīng)參數(shù)分別傳送到時序控制模塊、各超聲檢測通道模塊，并將超聲數(shù)據(jù)上傳模塊傳來的各超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)；超聲數(shù)據(jù)上傳模塊，用于根據(jù)各超聲檢測通道模塊的數(shù)據(jù)上傳請求，將各超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)傳送到PCI總線接口中；時序控制模塊，用來接收芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖或編碼器脈沖，并根據(jù)上位機(jī)
4下發(fā)的參數(shù)，輸出相應(yīng)的采樣脈沖、數(shù)據(jù)上傳脈沖到各超聲檢測通道模塊；各超聲檢測通道模塊，用于接收芯片外部傳來的經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的該超聲檢測通道模塊的超聲回波數(shù)據(jù)，并在在該超聲檢測通道模塊的采樣脈沖到來時根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)，得到該超聲檢測通道模塊的超聲回波數(shù)據(jù)的A掃數(shù)據(jù)、C掃數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳脈沖到來時的該超聲檢測通道模塊的A掃數(shù)據(jù)、C掃數(shù)據(jù)、編碼器計(jì)數(shù)模塊傳來的編碼器脈沖計(jì)數(shù)值、上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)一起打包作為該超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)，并發(fā)送數(shù)據(jù)上傳請求到超聲數(shù)據(jù)上傳模塊。超聲數(shù)據(jù)采集芯片還包括一 SPI接口；SPI接口用于將芯片內(nèi)PCI總線接口傳來的相應(yīng)參數(shù)發(fā)送到芯片外，并將芯片外傳來的相應(yīng)參數(shù)分別傳送到時序控制模塊、各超聲檢測通道模塊。時序控制模塊包括檢測模式選擇模塊和數(shù)據(jù)上傳定時模塊；檢測模式模塊，接收芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖和編碼器脈沖，根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的工作模式參數(shù)，輸出工作模式信息給數(shù)據(jù)上傳定時模塊，并輸出各超聲檢測通道模塊的采樣脈沖到各超聲檢測通道模塊；數(shù)據(jù)上傳定時模塊，根據(jù)上位機(jī)通過下發(fā)的定時間隔參數(shù)和檢測模式模塊傳來的工作模式信息定時發(fā)出數(shù)據(jù)上傳脈沖到各超聲檢測通道模塊。PCI總線接口包括參數(shù)配置模塊和DMA數(shù)據(jù)上傳模塊；參數(shù)配置模塊，接收上位機(jī)傳來的參數(shù)并將相應(yīng)參數(shù)分別傳送到時序控制模塊、 各超聲檢測通道模塊及SPI接口；DMA數(shù)據(jù)上傳模塊，將超聲數(shù)據(jù)上傳模塊傳來的超聲檢測數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)中。每一個超聲檢測通道模塊包括一配置參數(shù)存儲模塊、一 AD數(shù)據(jù)接收模塊、一數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、一采樣控制模塊、一 A掃模塊、一 C掃模塊和一數(shù)據(jù)封裝模塊；配置參數(shù)存儲模塊，用于存儲上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)；AD數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收芯片外部傳來的經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的超聲回波數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于根據(jù)所述配置參數(shù)存儲模塊中的噪聲抑制閾值參數(shù)、DAC補(bǔ)償點(diǎn)參數(shù)，對AD數(shù)據(jù)接收模塊接收到的超聲回波數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲抑制和DAC補(bǔ)償預(yù)處理，預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)輸出到A掃模塊及C掃模塊；采樣控制模塊，用于根據(jù)所述配置參數(shù)存儲模塊中的采樣起始位置參數(shù)、采樣時間長度參數(shù)，根據(jù)時序控制模塊產(chǎn)生的采樣脈沖和數(shù)據(jù)上傳脈沖，輸出采樣控制信號到A 掃模塊及C掃模塊，控制超聲回波數(shù)據(jù)的采樣和上傳；A掃模塊，在采樣控制信號控制下，根據(jù)預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)及所述配置參數(shù)存儲模塊中的工作模式參數(shù)、壓縮比參數(shù)，得到A掃數(shù)據(jù)；C掃模塊，在采樣控制信號控制下，根據(jù)所述配置參數(shù)存儲模塊中的間門起始位置參數(shù)、閘門寬度參數(shù)、閘門高度參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)的幅度進(jìn)行判斷，得到缺陷點(diǎn)的幅度和位置信息作為C掃數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)封裝模塊，將數(shù)據(jù)上傳脈沖到來時的該超聲檢測通道模塊的A掃數(shù)據(jù)及C掃數(shù)據(jù)、編碼器計(jì)數(shù)模塊傳來的編碼器脈沖計(jì)數(shù)值、上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)一起添加包頭包尾，封裝成一個數(shù)據(jù)包，作為該超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)，并發(fā)送數(shù)據(jù)上傳請求到超聲數(shù)據(jù)上傳模塊。
所述工作模式參數(shù)包括自由工作模式、編碼器同步模式、編碼器異步模式；自由工作模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖，A掃數(shù)據(jù)為根據(jù)壓縮比參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)壓縮后的結(jié)果；編碼器同步模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的編碼器脈沖，A掃數(shù)據(jù)為根據(jù)壓縮比參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)壓縮后并取包絡(luò)的結(jié)果；編碼器異步模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖，A掃數(shù)據(jù)為根據(jù)壓縮比參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)壓縮后并取包絡(luò)的結(jié)果。本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片，將超聲檢測系統(tǒng)多個超聲檢測通道、PCI總線接口、 超聲數(shù)據(jù)上傳、鎖相環(huán)、編碼器計(jì)數(shù)、SPI接口和時序控制等多個模塊集成在一起，使用硬件描述語言Verilog HDL編程并集成到一片F(xiàn)PGA中，與PC機(jī)通過PCI接口總線通訊，可以多通道同時數(shù)據(jù)采集，能夠?qū)?shù)據(jù)采集進(jìn)行時序控制，能夠?qū)幋a器脈沖計(jì)數(shù)，可以通過SPI 接口將上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)同步發(fā)送到芯片外其他模擬采樣片上系統(tǒng)，用來設(shè)置模擬采樣系統(tǒng)的增益、觸發(fā)電壓、前端衰減和濾波通道等參數(shù)，還可以通過SPI接口實(shí)現(xiàn)多片超聲數(shù)據(jù)采集芯片的級聯(lián)以進(jìn)行超聲檢測通道的擴(kuò)展，由于FPGA設(shè)計(jì)在線可編程的靈活性，本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片與上位機(jī)、其他模擬采樣片上系統(tǒng)之間的接口均可以靈活定義，可以方便的更改設(shè)計(jì)滿足任何場合的需要。本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片具備體積小、通用性好、 處理速度快、擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片一實(shí)施方式示意圖；圖2是本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片一實(shí)施方式的PCI總線接口示意圖；圖3是本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片一實(shí)施方式的時序控制模塊示意圖；圖4是本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片一實(shí)施方式的超聲檢測通道模塊示意圖；圖5是本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片一實(shí)施方式的配置參數(shù)存儲模塊示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片一實(shí)施方式如圖1所示，超聲數(shù)據(jù)采集芯片的各組成模塊集成在一片F(xiàn)PGA (Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列)中，超聲數(shù)據(jù)采集芯片包括鎖相環(huán)模塊、編碼器計(jì)數(shù)模塊、PCI (Peripheral Component Interconnect, 外設(shè)組件互連標(biāo)準(zhǔn))總線接口、超聲數(shù)據(jù)上傳模塊、SPI (Serial Peripheral hterface，串行外設(shè)接口)接口 /時序控制模塊、多個(如四個、六個)超聲檢測通道模塊；鎖相環(huán)模塊，用于產(chǎn)生超聲數(shù)據(jù)采集芯片所有其他模塊工作需要的時鐘信號，如產(chǎn)生超聲檢測通道模塊需要的100MHz時鐘，時序控制模塊和SPI接口需要的IOMHz時鐘， PCI接口需要的35MHz時鐘；編碼器計(jì)數(shù)模塊，用來計(jì)數(shù)芯片外部接入的編碼器脈沖，能計(jì)數(shù)芯片外部接入的三個編碼器脈沖，計(jì)數(shù)值作為被測工件的位置信息送到各個超聲檢測通道模塊，與各個超聲檢測通道模塊的A掃數(shù)據(jù)、C掃數(shù)據(jù)一起上傳；PCI總線接口，用于同上位機(jī)通信，接收上位機(jī)傳來的參數(shù)，將相應(yīng)參數(shù)分別傳送
6到時序控制模塊、各超聲檢測通道模塊及SPI接口，并將超聲數(shù)據(jù)上傳模塊傳來的各超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)；PCI總線接口如圖2所示，包括參數(shù)配置模塊和DMA (Direct Memory Access，直接內(nèi)存訪問)數(shù)據(jù)上傳模塊；參數(shù)配置模塊接收上位機(jī)傳來的參數(shù)并將相應(yīng)參數(shù)分別傳送到時序控制模塊、各超聲檢測通道模塊及SPI接口； DMA數(shù)據(jù)上傳模塊將超聲數(shù)據(jù)上傳模塊傳來的超聲檢測數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)中，進(jìn)行顯示和判傷；SPI接口用于將芯片內(nèi)PCI總線接口傳來的相應(yīng)參數(shù)發(fā)送到芯片外，并將芯片外傳來的相應(yīng)參數(shù)分別傳送到時序控制模塊、各超聲檢測通道模塊；一較佳實(shí)施例，SPI接口于最大傳輸速率不大于1MB/S，每個命令連續(xù)發(fā)送3次，由接收端將其中兩次一樣的數(shù)據(jù)作為實(shí)際命令數(shù)據(jù)。超聲數(shù)據(jù)上傳模塊分別與各超聲檢測通道模塊及PCI總線接口中的DMA數(shù)據(jù)上傳模塊相連，數(shù)據(jù)上傳模塊根據(jù)各超聲檢測通道模塊的數(shù)據(jù)上傳請求，將各超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)傳送到PCI總線接口中的DMA數(shù)據(jù)上傳模塊；時序控制模塊，用來接收芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖或編碼器脈沖，并根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)，輸出相應(yīng)的采樣脈沖、數(shù)據(jù)上傳脈沖到各超聲檢測通道模塊，來控制各個超聲檢測通道模塊的數(shù)據(jù)采集時序。如圖3所示，時序控制模塊包括檢測模式選擇模塊和數(shù)據(jù)上傳定時模塊，檢測模式模塊接收芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖和編碼器脈沖，根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的工作模式參數(shù)，輸出工作模式信息m給數(shù)據(jù)上傳定時模塊，并輸出各超聲檢測通道模塊的采樣脈沖P到各超聲檢測通道模塊，工作模式參數(shù)包括自由工作模式、編碼器同步模式、編碼器異步模式，自由工作模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖，編碼器同步模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的編碼器脈沖，編碼器異步模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖，數(shù)據(jù)上傳定時模塊根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的定時間隔參數(shù)和工作模式信息m定時發(fā)出數(shù)據(jù)上傳脈沖t到各超聲檢測通道模塊，控制各超聲檢測通道模塊的檢測數(shù)據(jù)上傳。超聲檢測通道模塊，用于接收芯片外部傳來的經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的該超聲檢測通道模塊的超聲回波數(shù)據(jù)，并在在該超聲檢測通道模塊的采樣脈沖到來時根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)，得到該超聲檢測通道模塊的超聲回波數(shù)據(jù)的A掃數(shù)據(jù)、C掃數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳脈沖到來時的該超聲檢測通道模塊的A掃數(shù)據(jù)、C掃數(shù)據(jù)、編碼器計(jì)數(shù)模塊傳來的編碼器脈沖計(jì)數(shù)值、上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)一起打包作為該超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)，并發(fā)送數(shù)據(jù)上傳請求到超聲數(shù)據(jù)上傳模塊。各超聲檢測通道模塊功能相同，都用于實(shí)現(xiàn)A掃和C掃超聲檢測基本功能，如圖4 所示，每一個超聲檢測通道模塊均包括一配置參數(shù)存儲模塊、A D (模數(shù))數(shù)據(jù)接收模塊、一數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、一采樣控制模塊、一 A掃模塊、一 C掃模塊、一數(shù)據(jù)封裝模塊；所述配置參數(shù)存儲模塊，用于存儲上位機(jī)通過PCI總線接口或SPI接口下發(fā)的參數(shù)；如圖5所示，配置參數(shù)存儲模塊包括雙口 RAM和RAM讀寫控制器，當(dāng)PCI總線接口、SPI 接口下發(fā)參數(shù)時，RAM讀寫控制器控制雙口 RAM存入PCI總線接口、SPI接口當(dāng)前下發(fā)的參數(shù)；在數(shù)據(jù)上傳時存放在雙口 RAM的參數(shù)被讀出，與A掃數(shù)據(jù)、C掃數(shù)據(jù)、編碼器脈沖計(jì)數(shù)值一起打包上傳；AD數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收芯片外部傳來的經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的超聲回波數(shù)據(jù)，AD數(shù)
7據(jù)接收模塊包括一 FIFO存儲器，芯片外部傳來的經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的超聲回波數(shù)據(jù)經(jīng)FIFO存儲器緩存后讀入數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于根據(jù)所述配置參數(shù)存儲模塊中的噪聲抑制閾值、DAC(距離振幅補(bǔ)償)補(bǔ)償點(diǎn)等參數(shù)，對AD數(shù)據(jù)接收模塊接收到的超聲回波數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲抑制和DAC 補(bǔ)償預(yù)處理(低于噪聲抑制閾值的超聲回波信號被抑制為0，最多可以對超聲回波信號進(jìn)行16點(diǎn)的DAC補(bǔ)償)，預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)d’輸出到A掃模塊及C掃模塊；采樣控制模塊，用于根據(jù)所述配置參數(shù)存儲模塊中的采樣起始位置、采樣時間長度等參數(shù)，根據(jù)時序控制模塊產(chǎn)生的采樣脈沖P和數(shù)據(jù)上傳脈沖t，輸出采樣控制信號、到 A掃模塊及C掃模塊，控制超聲回波數(shù)據(jù)d’的采樣和上傳。A掃模塊，在采樣控制信號t?？刂葡拢鶕?jù)預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)d’及所述配置參數(shù)存儲模塊中的工作模式、壓縮比等參數(shù)，得到A掃數(shù)據(jù)并緩存；工作模式參數(shù)包括自由工作模式、編碼器同步模式、編碼器異步模式；自由工作模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖，A掃數(shù)據(jù)為根據(jù)壓縮比參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)d’壓縮后的結(jié)果；編碼器同步模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的編碼器脈沖，A掃數(shù)據(jù)為根據(jù)壓縮比參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)d’壓縮后并取包絡(luò)的結(jié)果；編碼器異步模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖，A掃數(shù)據(jù)為根據(jù)壓縮比參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)d’壓縮后并取包絡(luò)的結(jié)^ οC掃模塊，在采樣控制信號t。控制下，根據(jù)所述配置參數(shù)存儲模塊中的閘門起始位置、閘門寬度、閘門高度等參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)d’的幅度進(jìn)行判斷，得到缺陷點(diǎn)的幅度和位置信息作為C掃數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)封裝模塊，將數(shù)據(jù)上傳脈沖到來時的該超聲檢測通道模塊的A掃數(shù)據(jù)及C掃數(shù)據(jù)、編碼器計(jì)數(shù)模塊傳來的編碼器脈沖計(jì)數(shù)值、上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)一起添加包頭包尾，封裝成一個數(shù)據(jù)包，作為該超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)，并發(fā)送數(shù)據(jù)上傳請求到超聲數(shù)據(jù)上傳模塊。本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片，將超聲檢測系統(tǒng)多個超聲檢測通道、PCI總線接口、 超聲數(shù)據(jù)上傳、鎖相環(huán)、編碼器計(jì)數(shù)、SPI接口和時序控制等多個模塊集成在一起，使用硬件描述語言Verilog HDL編程并集成到一片F(xiàn)PGA中，與PC機(jī)通過PCI接口總線通訊，可以多通道同時數(shù)據(jù)采集，能夠?qū)?shù)據(jù)采集進(jìn)行時序控制，能夠?qū)幋a器脈沖計(jì)數(shù)，可以通過SPI 接口將上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)同步發(fā)送到芯片外其他模擬采樣片上系統(tǒng)，用來設(shè)置模擬采樣系統(tǒng)的增益、觸發(fā)電壓、前端衰減和濾波通道等參數(shù)，還可以通過SPI接口實(shí)現(xiàn)多片超聲數(shù)據(jù)采集芯片的級聯(lián)以進(jìn)行超聲檢測通道的擴(kuò)展，由于FPGA設(shè)計(jì)在線可編程的靈活性，本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片與上位機(jī)、其他模擬采樣片上系統(tǒng)之間的接口均可以靈活定義，可以方便的更改設(shè)計(jì)滿足任何場合的需要。本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片具備體積小、通用性好、 處理速度快、擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種超聲數(shù)據(jù)采集芯片，其特征在于，超聲數(shù)據(jù)采集芯片的各組成模塊集成在一片 FPGA中，超聲數(shù)據(jù)采集芯片包括鎖相環(huán)模塊、編碼器計(jì)數(shù)模塊、PCI總線接口、超聲數(shù)據(jù)上傳模塊、時序控制模塊、多個超聲檢測通道模塊；鎖相環(huán)模塊，用于產(chǎn)生超聲數(shù)據(jù)采集芯片所有其他模塊工作需要的時鐘信號；編碼器計(jì)數(shù)模塊，用來計(jì)數(shù)芯片外部接入的編碼器脈沖，計(jì)數(shù)值傳送到各個超聲檢測通道模塊；PCI總線接口，用于同上位機(jī)通信，接收上位機(jī)傳來的參數(shù)，將相應(yīng)參數(shù)分別傳送到時序控制模塊、各超聲檢測通道模塊，并將超聲數(shù)據(jù)上傳模塊傳來的各超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)；超聲數(shù)據(jù)上傳模塊，用于根據(jù)各超聲檢測通道模塊的數(shù)據(jù)上傳請求，將各超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)傳送到PCI總線接口中；時序控制模塊，用來接收芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖或編碼器脈沖，并根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)，輸出相應(yīng)的采樣脈沖、數(shù)據(jù)上傳脈沖到各超聲檢測通道模塊；各超聲檢測通道模塊，用于接收芯片外部傳來的經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的該超聲檢測通道模塊的超聲回波數(shù)據(jù)，并在在該超聲檢測通道模塊的采樣脈沖到來時根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)， 得到該超聲檢測通道模塊的超聲回波數(shù)據(jù)的A掃數(shù)據(jù)、C掃數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳脈沖到來時的該超聲檢測通道模塊的A掃數(shù)據(jù)、C掃數(shù)據(jù)、編碼器計(jì)數(shù)模塊傳來的編碼器脈沖計(jì)數(shù)值、上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)一起打包作為該超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)，并發(fā)送數(shù)據(jù)上傳請求到超聲數(shù)據(jù)上傳模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲數(shù)據(jù)采集芯片，其特征在于，超聲數(shù)據(jù)采集芯片包括一 SPI 接 Π ；SPI接口用于將芯片內(nèi)PCI總線接口傳來的相應(yīng)參數(shù)發(fā)送到芯片外，并將芯片外傳來的相應(yīng)參數(shù)分別傳送到時序控制模塊、各超聲檢測通道模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲數(shù)據(jù)采集芯片，其特征在于，時序控制模塊包括檢測模式選擇模塊和數(shù)據(jù)上傳定時模塊；檢測模式模塊，接收芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖和編碼器脈沖，根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的工作模式參數(shù)，輸出工作模式信息給數(shù)據(jù)上傳定時模塊，并輸出各超聲檢測通道模塊的采樣脈沖到各超聲檢測通道模塊；數(shù)據(jù)上傳定時模塊，根據(jù)上位機(jī)通過下發(fā)的定時間隔參數(shù)和檢測模式模塊傳來的工作模式信息定時發(fā)出數(shù)據(jù)上傳脈沖到各超聲檢測通道模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的超聲數(shù)據(jù)采集芯片，其特征在于，PCI總線接口包括參數(shù)配置模塊和DMA數(shù)據(jù)上傳模塊；參數(shù)配置模塊，接收上位機(jī)傳來的參數(shù)并將相應(yīng)參數(shù)分別傳送到時序控制模塊、各超聲檢測通道模塊及SPI接口；DMA數(shù)據(jù)上傳模塊，將超聲數(shù)據(jù)上傳模塊傳來的超聲檢測數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4任意一項(xiàng)所述的超聲數(shù)據(jù)采集芯片，其特征在于，每一個超聲檢測通道模塊包括一配置參數(shù)存儲模塊、一 AD數(shù)據(jù)接收模塊、一數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、一采樣控制模塊、一 A掃模塊、一 C掃模塊和一數(shù)據(jù)封裝模塊；配置參數(shù)存儲模塊，用于存儲上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)；AD數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收芯片外部傳來的經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后的超聲回波數(shù)據(jù)； 數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，用于根據(jù)所述配置參數(shù)存儲模塊中的噪聲抑制閾值參數(shù)、DAC補(bǔ)償點(diǎn)參數(shù)，對AD數(shù)據(jù)接收模塊接收到的超聲回波數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲抑制和DAC補(bǔ)償預(yù)處理，預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)輸出到A掃模塊及C掃模塊；采樣控制模塊，用于根據(jù)所述配置參數(shù)存儲模塊中的采樣起始位置參數(shù)、采樣時間長度參數(shù)，根據(jù)時序控制模塊產(chǎn)生的采樣脈沖和數(shù)據(jù)上傳脈沖，輸出采樣控制信號到A掃模塊及C掃模塊，控制超聲回波數(shù)據(jù)的采樣和上傳；A掃模塊，在采樣控制信號控制下，根據(jù)預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)及所述配置參數(shù)存儲模塊中的工作模式參數(shù)、壓縮比參數(shù)，得到A掃數(shù)據(jù)；C掃模塊，在采樣控制信號控制下，根據(jù)所述配置參數(shù)存儲模塊中的間門起始位置參數(shù)、閘門寬度參數(shù)、閘門高度參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)的幅度進(jìn)行判斷，得到缺陷點(diǎn)的幅度和位置信息作為C掃數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)封裝模塊，將數(shù)據(jù)上傳脈沖到來時的該超聲檢測通道模塊的A掃數(shù)據(jù)及C掃數(shù)據(jù)、 編碼器計(jì)數(shù)模塊傳來的編碼器脈沖計(jì)數(shù)值、上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)一起添加包頭包尾，封裝成一個數(shù)據(jù)包，作為該超聲檢測通道模塊的超聲檢測數(shù)據(jù)，并發(fā)送數(shù)據(jù)上傳請求到超聲數(shù)據(jù)上傳模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的超聲數(shù)據(jù)采集芯片，其特征在于，所述工作模式參數(shù)包括自由工作模式、編碼器同步模式、編碼器異步模式；自由工作模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖，A掃數(shù)據(jù)為根據(jù)壓縮比參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)壓縮后的結(jié)果；編碼器同步模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的編碼器脈沖，A掃數(shù)據(jù)為根據(jù)壓縮比參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)壓縮后并取包絡(luò)的結(jié)果；編碼器異步模式下，時序控制模塊輸出的采樣脈沖匹配于芯片外部輸入的觸發(fā)脈沖，A 掃數(shù)據(jù)為根據(jù)壓縮比參數(shù)對預(yù)處理后的超聲回波數(shù)據(jù)壓縮后并取包絡(luò)的結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲數(shù)據(jù)采集芯片，其特征在于，超聲檢測通道模塊為四個。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲數(shù)據(jù)采集芯片，其特征在于，編碼器計(jì)數(shù)模塊計(jì)數(shù)芯片外部接入的三個編碼器脈沖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超聲數(shù)據(jù)采集芯片，超聲數(shù)據(jù)采集芯片的各組成模塊集成在一片F(xiàn)PGA中，超聲數(shù)據(jù)采集芯片包括鎖相環(huán)模塊、編碼器計(jì)數(shù)模塊、PCI總線接口、超聲數(shù)據(jù)上傳模塊、時序控制模塊、多個超聲檢測通道模塊；與上位機(jī)通過PCI接口總線通訊，可以多通道同時數(shù)據(jù)采集，能夠?qū)?shù)據(jù)采集進(jìn)行時序控制，能夠?qū)幋a器脈沖計(jì)數(shù)，可以通過SPI接口將上位機(jī)下發(fā)的參數(shù)同步發(fā)送到芯片外其他模擬采樣片上系統(tǒng)，還可以通過SPI接口實(shí)現(xiàn)多片超聲數(shù)據(jù)采集芯片的級聯(lián)以進(jìn)行超聲檢測通道的擴(kuò)展。本發(fā)明的超聲數(shù)據(jù)采集芯片具備體積小、通用性好、處理速度快、擴(kuò)展性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G06F17/40GK102467581SQ20101054167
公開日2012年5月23日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者劉國華, 張燦峰, 李 浩, 楊嘉凱, 閆俊杰 申請人:上海寶信軟件股份有限公司