4 集成电路应用 第
37
卷
第
10
期（总第
325
期）2020
年
10
月
Research and Design
研究与设计
滤波器和互相关法结合来检测回波时刻。
1 超声波回波检测算法
利用发射波和接受波的相关性提高系统的抗干
扰能力，在接收波时通过峰值滤波器滤除干扰进一
步提高系统的抗干扰能力和有效测距精度。回波检
测算法的处理流程如图1所示。
（1）回波信号描述。根据超声波回波特性，
回波信号为式（2）。
（2）
式中，s(t)为经过放大滤波电路处理的回波待
测信号，a(t)为回波信号的包络函数，
f
0
为回波信
号的频率，θ为回波信号的初始相位，n
1
(t)为经
0 引言
超声波测距提高了汽车安全，能及时检测障
碍物的距离和方位，其应用在市场上越来越普及。
超声波测距的基本工作原理是汽车倒车时发射超声
波，当超声波遇到障碍物时，会反射，汽车接收反
射的超声波，利用超声波在空气中传播的时间和传
播速度来计算汽车和障碍物的距离。所测距离l与
时间t的关系为式（1）所示。
l＝vt/2 （1）
其中，v为超声波在空气中的传播速度。回波
检测的方法有很多种，常用的是阈值法、互相关法
等
[1]
。考虑到汽车处于复杂的环境中，回波信号会
受到很多干扰，这些干扰会导致检测不到回波信号
或误判。汽车的安全性要求准时掌握障碍物距离和
方位，要求信息准确和数据稳定，本文设计一种以
FPGA和高精度AD采样芯片为核心的超声波回波信号
处理方法，为提高测距精度和可靠性，FPGA将峰值
作者简介：张淑莉，上海交通大学电子信息与电气工程学院，研究方向：集成电路设计。
收稿日期：2020-07-07，修回日期：2020-09-09。
摘要：基于超声波回波信号处理是超声波倒车系统的重要组成部分，以汽车倒车安全方面的应用为目
标，设计并实现了一种超声波回波信号处理算法。采用互相关法检测回波，为提高超声波测距的精
度，提出一种改进的回波信号处理算法，即在进行互相关算法之前，利用峰值滤波器处理回波信号。
在Matlab环境中对超声波回波信号处理算法进行仿真。以EP4CE22F17C8和AD7484为核心，调用
QuartusⅡ提供的免费IP核，并结合Verilog硬件电路设计语言，实现回波信号处理算法的硬件结构。通过
FPGA的板级验证说明该算法增强超声波回波信号处理系统的抗干扰能力和检测精度。
关键词：集成电路设计，FPGA，回波信号，互相关，峰值滤波器，AD7484。
中图分类号：TP274.53 文章编号：1674-2583(2020)10-0004-04
DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2020.10.002
中文引用格式：张淑莉，李海华，徐红如，刘楷.基于FPGA超声波回波信号处理设计[J].集成电路应用,
2020, 37(10): 4-6+9.
基于FPGA超声波回波信号处理设计
张淑莉
1
，李海华
1
，徐红如
2
，刘楷
2
（1. 上海交通大学，电子信息与电气工程学院，上海 201100；
2. 上海琻捷电子科技有限公司，上海 200120）
Abstract
— Ultrasonic echo signal processing is an important part of ultrasonic astern system.
This design aims at the application of car reversing safety, and implements an ultrasonic echo signal
processing algorithm. This design adopts cross-correlation method to detect echo, proposes an
improved echo signal processing algorithm in order to improve the accuracy of ultrasonic ranging, that is
using peak filter before the cross-correlation algorithm. The ultrasonic echo signal processing algorithm
is simulated in Matlab. EP4CE22F17C8 and AD7484 as the core, calling the QuartusⅡ free IP core,
and combining the Verilog hardware circuit design language, implement hardware structure of the echo
signal processing algorithm.The FPGA board level validation shows that the algorithm enhances the
anti-interference ability and detection accuracy of the ultrasonic echo signal processing system.
Index Terms
— IC design, FPGA, echo signal, cross-correlation method, peak filter, AD7484
Design of Ultrasonic Echo Signal Processing Based on FPGA
ZHANG Shuli
1
, LI Haihua
1
, XU Hongru
2
, LIU Kai
2
( 1. School of Electronic Information and Electrical Engineering, Shanghai Jiaotong University,
Shanghai 201100, China.
2. Shanghai Jinjie Electronic Technology Co., Ltd, Shanghai 200120, China.
图1 回波检测算法的处理流程图
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