專利名稱：一種基于usb3.0的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及超聲射頻數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種計(jì)算機(jī)與彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)之間采用USB3. O (由Intel、微軟、惠普、德州儀器、NEC、ST-NXP等企業(yè)發(fā)布的新一代USB標(biāo)準(zhǔn))數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行超聲射頻數(shù)字信號(hào)高速采集與傳輸?shù)幕赨SB3. O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
醫(yī)用超聲診斷設(shè)備受到臨床單位的普遍歡迎，因?yàn)樗哂邢冗M(jìn)的技術(shù)性能，能夠顯示人體不同深度的斷層圖像，不僅能對(duì)人體軟組織、臟器成像，而且能夠依據(jù)多普勒效應(yīng)對(duì)血流進(jìn)行成像。目前，國(guó)外進(jìn)口的一些高檔彩超設(shè)備，功能雖然較強(qiáng)，但是價(jià)格昂貴，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)普及還需要很長(zhǎng)時(shí)間。而國(guó)產(chǎn)的彩超診斷儀由于其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，控制器性能等方面的限制，無(wú)法滿足臨床診斷和醫(yī)學(xué)研究對(duì)超聲圖像存儲(chǔ)、處理、傳輸?shù)确矫娴囊?。·?jīng)由超聲數(shù)字化前端處理后得到的彩超射頻數(shù)字信號(hào)的帶寬能達(dá)到400Mbps 600Mbps，為將高帶寬的彩超射頻數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，就必須選用一種合適的計(jì)算機(jī)總線接口設(shè)計(jì)彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)中超聲射頻數(shù)字信號(hào)的采集和傳輸主要基于PCI接口來(lái)完成，不過(guò)基于PCI接口設(shè)計(jì)的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)存在著以下的缺陷第一，會(huì)受限于計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量和中斷資源，導(dǎo)致傳輸速度較慢；第二，不便于連接和安裝；第三，射頻數(shù)據(jù)傳輸易受機(jī)箱內(nèi)電磁環(huán)境的影響。這些不可避免的缺陷的存在嚴(yán)重抑制了基于PCI總線的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種傳輸速度快、連接方便的基于USB3. O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)一種基于USB3. O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，其用于完成彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中超聲射頻數(shù)字信號(hào)的采集與傳輸，該基于USB3. O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)包括有CPLD (Complex Programmable LogicDevice,復(fù)雜可編程邏輯器件)單元、FIFO (First Input First Output,先進(jìn)先出)外部緩沖區(qū)、USB3. O接口芯片，所述FIFO外部緩沖區(qū)的輸入端與彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)輸出端連接，用于接收來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)；所述FIFO外部緩沖區(qū)的輸出端與所述USB3. O接口芯片的輸入接口連接，所述USB3. O接口芯片的輸出接口與計(jì)算機(jī)連接；
所述CPLD單元的輸入端與彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的前端控制信號(hào)輸出端連接，用于接收來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的前端控制信號(hào)；所述CPLD單元的第一邏輯控制信號(hào)輸出端與所述FIFO外部緩沖區(qū)的控制端連接，CPLD單元為FIFO外部緩沖區(qū)產(chǎn)生讀寫邏輯控制信號(hào)；所述CPLD單元的第二邏輯控制信號(hào)輸出端與所述USB3. O接口芯片的輸入接口連接，CPLD單元為USB3. O接口芯片的輸入接口產(chǎn)生邏輯控制信號(hào)。
所述USB3. O接口芯片設(shè)置有MCU (Micro Control Unit，微控制單元)模塊，所述CPLD單元的中斷信號(hào)端與所述MCU模塊連接，CPLD單元為MCU模塊產(chǎn)生系統(tǒng)控制中斷信號(hào)。所述USB3. O接口芯片的輸入接口為GPIF接口(通用可編程接口)。所述USB3. O接口芯片的輸出接口為USB-PORT (USB端口)。所述USB-PORT通過(guò)USB總線與計(jì)算機(jī)連接。所述FIFO外部緩沖區(qū)設(shè)置有第一 FIFO緩存器、第二 FIFO緩存器。所述USB3. O接口芯片的型號(hào)為CYUSB3014。所述CPLD單元為邏輯控制芯片，該邏輯控制芯片的型號(hào)為EPM7128AE。 本發(fā)明有益效果在于本發(fā)明包括有CPLD單元、FIFO外部緩沖區(qū)、USB3. O接口芯片，F(xiàn)IFO外部緩沖區(qū)的輸入端與彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)輸出端連接，用于接收來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)；FIF0外部緩沖區(qū)的輸出端與USB3. O接口芯片的輸入接口連接，USB3. O接口芯片的輸出接口與計(jì)算機(jī)連接；CPLD單元的輸入端與彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的前端控制信號(hào)輸出端連接，用于接收來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的前端控制信號(hào)；CPLD單元的第一邏輯控制信號(hào)輸出端與FIFO外部緩沖區(qū)的控制端連接，CPLD單元為FIFO外部緩沖區(qū)產(chǎn)生讀寫邏輯控制信號(hào)；CPLD單元的第二邏輯控制信號(hào)輸出端與USB3. O接口芯片的輸入接口連接，CPLD單元為USB3. O接口芯片的輸入接口產(chǎn)生邏輯控制信號(hào)。由于USB3. O傳輸協(xié)議最大傳輸速度可達(dá)5Gbps，所以本發(fā)明的FIFO外部緩沖區(qū)可以通過(guò)USB3. O接口芯片高速地將彩超射頻數(shù)字信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)，從而既實(shí)現(xiàn)了彩超射頻數(shù)字信號(hào)的完整實(shí)時(shí)傳輸，又保證了彩超射頻數(shù)字信號(hào)的傳輸速度，而且，本發(fā)明還具有USB接口的通用性強(qiáng)、連接方便、即插即用等特點(diǎn)。


下面利用附圖來(lái)對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但是附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制。圖I是本發(fā)明的一種基于USB3. O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)的方框結(jié)構(gòu)圖。在圖I中包括有
I——CPLD單元2——FIFO外部緩沖區(qū)
21——第一 FIFO緩存器 22——第二 FIFO緩存器
3-USB3.0 接口芯片 31-GPIF 接口
32-USB-PORT33-MCU 模塊
4-計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā)明的一種基于USB3. O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，如圖I所示，其用于完成彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中超聲射頻數(shù)字信號(hào)的采集與傳輸，更具體地說(shuō)，該基于USB3. O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)包括有CPLD單元1、FIF0外部緩沖區(qū)2、USB3. O接口芯片3，F(xiàn)IFO外部緩沖區(qū)2的輸入端與彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)輸出端連接，使FIFO外部緩沖區(qū)2可以接收來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)(本文中的“彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)”簡(jiǎn)稱為“彩超射頻數(shù)字信號(hào)”);FIF0外部緩沖區(qū)2的輸出端與USB3. O接口芯片3的輸入接口連接，使FIFO外部緩沖區(qū)2可以將彩超射頻數(shù)字信號(hào)輸出給USB3. O接口芯片3 ;USB3. O接口芯片3的輸出接口與計(jì)算機(jī)4連接，使USB3. O接口芯片3可以將彩超射頻數(shù)字信號(hào)高速地輸出給計(jì)算機(jī)4。CPLD單元I的輸入端與彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的前端控制信號(hào)輸出端連接，使CPLD單元I可以接收來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的前端控制信號(hào)；其中，本發(fā)明的CPLD單元I負(fù)責(zé)綜合邏輯時(shí)序控制。CPLD單元I的第一邏輯控制信號(hào)輸出端與FIFO外部緩沖區(qū)2的控制端連接，CPLD單元I為FIFO外部緩沖區(qū)2產(chǎn)生讀寫邏輯控制信號(hào)；CPLD單元I的第二邏輯控制信號(hào)輸出端與USB3. O接口芯片3的輸入接口連接，CPLD單元I為USB3.0接口芯片3的輸入接口產(chǎn)生邏輯控制信號(hào)。USB3. O接口芯片3設(shè)置有MCU模塊33，CPLD單元I的中斷信號(hào)端與MCU模塊33連接，CPLD單元I為MCU模塊33產(chǎn)生系統(tǒng)控制中斷信號(hào)。其中，本發(fā)明的USB3. O接口芯 片3用于實(shí)現(xiàn)USB3. O協(xié)議并將數(shù)據(jù)無(wú)損地傳輸至計(jì)算機(jī)4。在彩超射頻數(shù)字信號(hào)的傳輸過(guò)程中，USB3. O接口芯片3的MCU模塊33只起到下載固件代碼和在固件中觸發(fā)GPIF接口31的作用，并不參與USB數(shù)據(jù)的傳輸，利用這種獨(dú)創(chuàng)性傳輸結(jié)構(gòu)能夠大大提升傳輸速度，最大限度的利用了 USB帶寬。USB3. O接口芯片3的輸入接口為GPIF接口 31，該GPIF接口 31工作在Slave FIFO模式，且該GPIF接口 31具有自動(dòng)傳輸特性，直接在CPLD單元I的控制下接收來(lái)自FIFO外部緩沖區(qū)2的彩超射頻數(shù)字信號(hào)，傳輸過(guò)程不需要MCU模塊33參與控制。USB3. O接口芯片3的輸出接口為USB-P0RT32，其中，USB-P0RT32通過(guò)USB總線與計(jì)算機(jī)4連接。USB3. O接口芯片3的USB-P0RT32會(huì)自動(dòng)將傳入芯片中的并行彩超射頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行串行化處理并打包成能夠在USB總線上傳輸?shù)腢SB數(shù)據(jù)包。FIFO外部緩沖區(qū)2設(shè)置有第一 FIFO緩存器21 (FIF01)、第二 FIFO緩存器22(FIF02)，F(xiàn)IF0外部緩沖區(qū)2用于協(xié)調(diào)USB總線和局部總線不同的數(shù)據(jù)傳輸速率，以保證彩超射頻數(shù)字信號(hào)的正常傳輸。在本實(shí)施例中，優(yōu)選USB3. O接口芯片的型號(hào)為CYUSB3014 ；CPLD單元為邏輯控制芯片，該邏輯控制芯片的型號(hào)為EPM7128AE。當(dāng)然，上述電子元器件和電路單元的型號(hào)及參數(shù)值僅供參考，在具體實(shí)施本技術(shù)方案時(shí)，可根據(jù)實(shí)際環(huán)境進(jìn)行修改。本發(fā)明的工作過(guò)程
CPLD單元I根據(jù)來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的前端控制信號(hào)和FIFO外部緩沖區(qū)2本身的空滿標(biāo)志位將來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)，通過(guò)乒乓傳輸交替輸入FIFO外部緩沖區(qū)2中，使FIFO外部緩沖區(qū)2可以通過(guò)第一 FIFO緩存器21和第二 FIFO緩存器22交替地將來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)傳輸給USB3. O接口芯片3的GPIF接口 31，然后，USB3. O接口芯片3通過(guò)USB-P0RT32將接收到的彩超射頻數(shù)字信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)4，從而將來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)無(wú)縫、高速地傳輸至計(jì)算機(jī)4。綜上所述，本發(fā)明在CPLD單元I的邏輯控制下，F(xiàn)IFO外部緩沖區(qū)2可以通過(guò)USB3. O接口芯片3高速地將彩超射頻數(shù)字信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)4，從而既實(shí)現(xiàn)了彩超射頻數(shù)字信號(hào)的完整實(shí)時(shí)傳輸，又保證了彩超射頻數(shù)字信號(hào)的傳輸速度，而且，本發(fā)明還具有USB接口的通用性強(qiáng)、連接方便、即插即用等特點(diǎn)。本發(fā)明適用于彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像裝置等超聲診斷系統(tǒng)，將來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)完整實(shí)時(shí)地傳輸給計(jì)算機(jī)4后，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)4自身強(qiáng)大的軟硬件資源對(duì)彩超射頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，還原彩超圖像提供原始數(shù)據(jù)，從而降低了研發(fā)和生產(chǎn)彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的成本。最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)地說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于USB3. O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于其用于完成彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)中超聲射頻數(shù)字信號(hào)的采集與傳輸，該基于USB3. O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)包括有CPLD單元、FIFO外部緩沖區(qū)、USB3. O接口芯片，所述FIFO外部緩沖區(qū)的輸入端與彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)輸出端連接，用于接收來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的超聲射頻數(shù)字信號(hào)；所述FIFO外部緩沖區(qū)的輸出端與所述USB3. O接口芯片的輸入接口連接，所述USB3. O接口芯片的輸出接口與計(jì)算機(jī)連接； 所述CPLD單元的輸入端與彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的前端控制信號(hào)輸出端連接，用于接收來(lái)自彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的前端控制信號(hào)；所述CPLD單元的第一邏輯控制信號(hào)輸出端與所述FIFO外部緩沖區(qū)的控制端連接，CPLD單元為FIFO外部緩沖區(qū)產(chǎn)生讀寫邏輯控制信號(hào)；所述CPLD單元的第二邏輯控制信號(hào)輸出端與所述USB3. O接口芯片的輸入接口連接，CPLD單元為USB3. O接口芯片的輸入接口產(chǎn)生邏輯控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于USB3.O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于所述USB3. O接口芯片設(shè)置有MCU模塊，所述CPLD單元的中斷信號(hào)端與所述MCU模塊連接，CPLD單元為MCU模塊產(chǎn)生系統(tǒng)控制中斷信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于USB3.O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于所述USB3. O接口芯片的輸入接口為GPIF接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于USB3.O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于所述USB3. O接口芯片的輸出接口為USB-PORT。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于USB3.O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于所述USB-PORT通過(guò)USB總線與計(jì)算機(jī)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5任意一項(xiàng)所述的基于USB3.O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于所述FIFO外部緩沖區(qū)設(shè)置有第一 FIFO緩存器、第二 FIFO緩存器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于USB3.O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于所述USB3. O接口芯片的型號(hào)為CYUSB3014。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于USB3.O的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于所述CPLD單元為邏輯控制芯片，該邏輯控制芯片的型號(hào)為EPM7128AE。
全文摘要
本發(fā)明涉及超聲射頻數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種計(jì)算機(jī)與彩色多普勒超聲醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)之間采用USB3.0數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行超聲射頻數(shù)字信號(hào)高速采集與傳輸?shù)幕赨SB3.0的彩超射頻數(shù)字信號(hào)采集系統(tǒng)，其包括有CPLD單元、FIFO外部緩沖區(qū)、USB3.0接口芯片，F(xiàn)IFO外部緩沖區(qū)的輸出端與USB3.0接口芯片的輸入接口連接。本發(fā)明在CPLD單元的邏輯控制下，F(xiàn)IFO外部緩沖區(qū)可以通過(guò)USB3.0接口芯片高速地將彩超射頻數(shù)字信號(hào)傳輸給計(jì)算機(jī)，從而既實(shí)現(xiàn)了彩超射頻數(shù)字信號(hào)的完整實(shí)時(shí)傳輸，又保證了彩超射頻數(shù)字信號(hào)的傳輸速度，而且，本發(fā)明還具有USB接口的通用性強(qiáng)、連接方便、即插即用等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102902867SQ201110208860
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2011年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月25日
發(fā)明者武劍輝 申請(qǐng)人:武劍輝