基于FPGA的超声成像采集平台解决方案

应用

超声波扫描技术广泛应用于工业检测和医学成像。无论是工业设备的无损检测，还是医学领域的人体成像，都需要精准控制多个换能器阵列的超声信号发射与采集。同时，采集到的信号需经过实时处理，转换为图像并反馈至上位机。此外，超声数据量庞大，系统需具备高吞吐量以确保稳定高效的运行。

挑战

在超声成像采集平台的开发过程中，客户面临诸多挑战。现代超声系统通常采用大量通道，采样率在 40 MS/s ~ 200 MS/s 之间，数据量可达 TB 级。然而，传统数据接口受限于带宽，难以满足高帧率采集需求。为了避免数据丢失和延迟对成像质量的影响，系统必须具备低延迟、高带宽的数据链路。超声成像还要求多通道同步传输，但传统设备难以提供高精度触发信号，难以匹配换能器阵列的工作周期。此外，电容式微机械超声换能器采集的原始数据量庞大，且需要对采集到的信号进行滤波、波束形成等预处理。

解决方案

简仪科技针对超声成像采集平台开发中的挑战，提供了基于PXIe系统和FPGA的综合解决方案。PXIe系统采用PCIe作为底层数据总线，支持多通道并行传输，数据速率可达到PCIe Gen2(8 GT/s)或Gen3(16 GT/s)。结合FPGA与PXIe，能够实现高速数据传输和搬移，利用XDMA(Xilinx DMA)技术直接将数据传输至主机内存，从而提高系统吞吐量。PXIe机箱支持多张高速ADC/DAC采集模块同时工作，可以同时传输并处理大量通道的电容式微机械超声换能器数据，避免了因带宽限制而导致的信号丢失或采样率下降。此外，PXIe还具备高精度的同步时钟功能，能够实现多个通道的纳秒级同步，确保数据采集的精确性和一致性。

图一 实验测试现场

图二 上位机界面及波形显示

使用的简仪产品

硬件

PXIe-2315G3：高数据传输带宽5槽Gen3 PXIe机箱

PXIe-2722G3：高数据传输带宽18插槽Gen3 PXIe机箱

PXIe-3127e：配备第11代Intel Core i7-11850HE处理器的3U尺寸PXle控制器

为什么选择简仪

成熟的产品：简仪产品经过长期市场验证，具有可靠的性能和稳定性。

POC验证服务：简仪提供售前的POC验证服务，帮助客户验证产品性能和适用性。

高精度：简仪的产品满足了客户对测试精度和可靠性的高要求。

供货速度：简仪凭借高效的供应链体系，能够快速交付产品，充分满足项目进度要求。

成本效益：相比进口品牌，简仪不仅提供更优性能的解决方案，更在价格上具有明显优势，帮助客户降低整体制造成本。

技术支持和快速响应能力：简仪提供优质的本地化技术支持，快速响应客户需求，帮助客户解决问题，确保了测试任务的顺利进行。

控件开发：有着丰富的自研控件资源，并配有完善的使用手册，有效降低了使用开发成本。

插槽数量：针对不同需求，简仪提供多种插槽数量的机箱选择，充分满足多样化应用需求。

通过使用简仪的产品，客户成功完成了FPGA与主机之间的高速数据传输，并搭建了高性能的超声成像采集系统。该系统不仅满足了高采样率、多通道同步传输以及海量数据处理的需求，还为后续的实时成像与波束合成提供了坚实的硬件基础，极大地提升了超声成像系统的整体性能和可靠性。