應(yīng)用

超聲波掃描技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)和醫(yī)學(xué)成像。無(wú)論是工業(yè)設(shè)備的無(wú)損檢測(cè)，還是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的人體成像，都需要精準(zhǔn)控制多個(gè)換能器陣列的超聲信號(hào)發(fā)射與采集。同時(shí)，采集到的信號(hào)需經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)處理，轉(zhuǎn)換為圖像并反饋至上位機(jī)。此外，超聲數(shù)據(jù)量龐大，系統(tǒng)需具備高吞吐量以確保穩(wěn)定高效的運(yùn)行。

挑戰(zhàn)

在超聲成像采集平臺(tái)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，客戶面臨諸多挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代超聲系統(tǒng)通常采用大量通道，采樣率在 40 MS/s ~ 200 MS/s 之間，數(shù)據(jù)量可達(dá) TB 級(jí)。然而，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)接口受限于帶寬，難以滿足高幀率采集需求。為了避免數(shù)據(jù)丟失和延遲對(duì)成像質(zhì)量的影響，系統(tǒng)必須具備低延遲、高帶寬的數(shù)據(jù)鏈路。超聲成像還要求多通道同步傳輸，但傳統(tǒng)設(shè)備難以提供高精度觸發(fā)信號(hào)，難以匹配換能器陣列的工作周期。此外，電容式微機(jī)械超聲換能器采集的原始數(shù)據(jù)量龐大，且需要對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行濾波、波束形成等預(yù)處理。

解決方案

簡(jiǎn)儀科技針對(duì)超聲成像采集平臺(tái)開(kāi)發(fā)中的挑戰(zhàn)，提供了基于PXIe系統(tǒng)和FPGA的綜合解決方案。PXIe系統(tǒng)采用PCIe作為底層數(shù)據(jù)總線，支持多通道并行傳輸，數(shù)據(jù)速率可達(dá)到PCIe Gen2(8 GT/s)或Gen3(16 GT/s)。結(jié)合FPGA與PXIe，能夠?qū)崿F(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸和搬移，利用XDMA(Xilinx DMA)技術(shù)直接將數(shù)據(jù)傳輸至主機(jī)內(nèi)存，從而提高系統(tǒng)吞吐量。PXIe機(jī)箱支持多張高速ADC/DAC采集模塊同時(shí)工作，可以同時(shí)傳輸并處理大量通道的電容式微機(jī)械超聲換能器數(shù)據(jù)，避免了因帶寬限制而導(dǎo)致的信號(hào)丟失或采樣率下降。此外，PXIe還具備高精度的同步時(shí)鐘功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)通道的納秒級(jí)同步，確保數(shù)據(jù)采集的精確性和一致性。

圖一 實(shí)驗(yàn)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

圖二 上位機(jī)界面及波形顯示

使用的簡(jiǎn)儀產(chǎn)品

硬件

PXIe-2315G3：高數(shù)據(jù)傳輸帶寬5槽Gen3 PXIe機(jī)箱

PXIe-2722G3：高數(shù)據(jù)傳輸帶寬18插槽Gen3 PXIe機(jī)箱

PXIe-3127e：配備第11代Intel Core i7-11850HE處理器的3U尺寸PXle控制器

為什么選擇簡(jiǎn)儀

成熟的產(chǎn)品：簡(jiǎn)儀產(chǎn)品經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期市場(chǎng)驗(yàn)證，具有可靠的性能和穩(wěn)定性。

POC驗(yàn)證服務(wù)：簡(jiǎn)儀提供售前的POC驗(yàn)證服務(wù)，幫助客戶驗(yàn)證產(chǎn)品性能和適用性。

高精度：簡(jiǎn)儀的產(chǎn)品滿足了客戶對(duì)測(cè)試精度和可靠性的高要求。

供貨速度：簡(jiǎn)儀憑借高效的供應(yīng)鏈體系，能夠快速交付產(chǎn)品，充分滿足項(xiàng)目進(jìn)度要求。

成本效益：相比進(jìn)口品牌，簡(jiǎn)儀不僅提供更優(yōu)性能的解決方案，更在價(jià)格上具有明顯優(yōu)勢(shì)，幫助客戶降低整體制造成本。

技術(shù)支持和快速響應(yīng)能力：簡(jiǎn)儀提供優(yōu)質(zhì)的本地化技術(shù)支持，快速響應(yīng)客戶需求，幫助客戶解決問(wèn)題，確保了測(cè)試任務(wù)的順利進(jìn)行。

控件開(kāi)發(fā)：有著豐富的自研控件資源，并配有完善的使用手冊(cè)，有效降低了使用開(kāi)發(fā)成本。

插槽數(shù)量：針對(duì)不同需求，簡(jiǎn)儀提供多種插槽數(shù)量的機(jī)箱選擇，充分滿足多樣化應(yīng)用需求。

通過(guò)使用簡(jiǎn)儀的產(chǎn)品，客戶成功完成了FPGA與主機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)傳輸，并搭建了高性能的超聲成像采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅滿足了高采樣率、多通道同步傳輸以及海量數(shù)據(jù)處理的需求，還為后續(xù)的實(shí)時(shí)成像與波束合成提供了堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)，極大地提升了超聲成像系統(tǒng)的整體性能和可靠性。