基于现场可编程门阵列的高通量可级联超声成像系统的设计与实现OA
Design and implementation of high-throughput cascaded ultrasound imaging system based on field programmable gate array
针对心脏三维成像等高通量成像应用,本研究设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高通量、可级联超声成像系统.首先,采用模块化设计 256 通量 PCIe FPGA 超声硬件系统,并构建了"一主三从"的同步级联架构,以保障硬件电路的可靠性与跨板数据时序同步;其次,针对高速链路,设计基于自适应时序训练的高速 LVDS 数据处理方法与基于 AXI 总线的FPGA 传输机制,实现多通道数据稳定对齐、缓存与高速上行.测试结果表明,本系统电源稳定有效;可稳定实现中心频率 5 MHz、电压±70 V、脉冲重复频率2 kHz 高压脉冲的激励与接收;DDR4 缓存带宽≥8 GB/s,PCIe 传输带宽≥5 GB/s;基于心血管模拟系统的收发一体化测试显示回波信号清晰.该系统可为高通量超声成像的低功耗硬件实现与实时数据处理提供可行方案,具有良好的应用前景.
For high-throughput imaging applications such as three-dimensional cardiac imaging,we proposed a high-throughput,cascaded ultrasound imaging system based on field programmable gate array(FPGA).Firstly,a modular 256-channel PCIe FPGA ul-trasound hardware platform was developed,together with a synchronized"one-master three-slave"cascaded architecture to ensure cir-cuit reliability and cross-board timing synchronization.Then,for high-speed links,a LVDS data-processing method with adaptive tim-ing training and an AXI-bus-based FPGA transmission mechanism were designed to achieve robust multi-channel data alignment,buffering,and high-speed uplink transmission.Experimental results demonstrated that the power supply of this system was stable and effective.The system reliably supported transmit/receive operation with a 5 MHz center frequency,±70 V high-voltage pulses at a pulse repetition frequency of 2 kHz.The DDR4 buffering bandwidth≥8 GB/s,and the PCIe transfer bandwidth≥5 GB/s.Integrated transmit-receive tests using a cardiovascular phantom system showed clear echo signals.The system can provide a feasible low-power hardware solution and real-time data-processing platform for high-throughput ultrasound imaging,with promising application potential.
汪纪伟;杜利东;张坤;周鹏;吴庞;方震
中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094||中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094||中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094||中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094||中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094||中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049中国科学院空天信息创新研究院,北京 100094||中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100049
医药卫生
超声成像现场可编程门阵列高通量成像AXI总线高速数据传输
Ultrasound imagingField programmable gate arrayHigh-throughput imagingAXI busHigh-speed data transmission
《生物医学工程研究》 2026 (3)
182-189,8
国家自然科学基金面上项目(62371441)北京市自然科学基金-小米创新联合基金重点项目(L253012)中国科学院空天信息创新研究院科学与颠覆性技术项目(E3Z209010F).
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