高频超声数据采集系统：DSP与USB总线结合的应用

"本文介绍了一种基于数字信号处理器（DSP）和USB总线的高频超声数据采集系统，主要用于超声医学的诊断。系统设计包括CPLD子系统、DSP子系统和USB子系统，实现了超声信号的高效采集、处理和传输。" 在超声医学领域，利用超声波的物理特性进行诊断和治疗已经成为现代临床医学不可或缺的手段。基于此背景，本系统设计了一个便携式的高频超声诊断仪，特别关注高频超声信号的采集。系统采用20Hz至10KHz的低频脉冲触发超声换能器产生1MHz至20MHz的高频超声信号，然后通过数据采集、预处理，最后通过USB总线将数据传输到PC机进行进一步分析。 系统的核心组成部分包括： 1. CPLD子系统：采用Altera公司的CPLD和高性能ADC（如ADI公司的AD9283）组成。AD9283的最高工作频率可达100MHz，满足了高频超声信号40MHz以上的采样率需求，遵循奈奎斯特定理，确保了数据采集的精度。CPLD作为控制单元，负责协调ADC和RAM之间的操作，提供精确的时序控制，避免了MCU速度限制和同步问题，实现连续、自动的地址递增和数据写入，并在RAM满时发送中断信号给DSP。 2. DSP子系统：利用DSP进行数据处理，与CPLD通过高速RAM交互数据。DSP的任务是处理从CPLD接收的超声信号数据，进行滤波、增强等处理，以便于后续的图像重建和分析。 3. USB子系统：通过USB芯片（如AN2131Q）连接到PC，将处理后的数据高效上传。USB接口提供了方便的数据传输能力，与DSP之间通过锁存器进行通信，确保数据在主机与系统之间的稳定传输。 系统的硬件设计采用VHDL语言编写CPLD的功能逻辑，通过MAXPLUSII Student 10.1版进行编译、仿真和综合，实现了系统各个组件的协同工作。这种设计显著提高了超声数据采集的效率和精度，同时也增强了系统的便携性和实时性，适应了临床应用的需求。