電子系統接收模塊及其接收信號一致性誤差補償方法

2023-06-18 14:47:36

專利名稱：電子系統接收模塊及其接收信號一致性誤差補償方法
電子系統接收模塊及其接收信號一致性誤差補償方法
技術領域：
本發明涉及一種具有多通道信號接收電路的電子系統，特別涉及其中 的信號接收電路和信號處理方法。背景技術：
一些電子系統，具有多個接收通道，如醫用超聲影像系統利用超聲換 能器向人體內部發射超聲脈衝，遇到組織器官時會反射或散射脈衝信號， 即脈衝回聲信號，這些回聲信號被超聲換能器轉換成電信號後經過信號處 理形成圖像。現在的超聲換能器內部都有多個陣元，因此系統的接收電路 也有多個通道。超聲換能器發射超聲波與接收回聲都是有方向性的，探頭 的方向性使得某一特定方向的回波得到最大功率，這種接收回波的方向性 通過電子聚焦來實現，而接收聲束的電子聚焦則是通過控制接收電路不同 通道的之間的延時來實現，超聲換能器內不同陣元接收到的回聲信號經過 適當的延時後再進行累加形成組織內某一點的回波信號，接收通道的延時 由超聲影像系統中的掃描控制器進行控制。
醫用超聲影像系統的結構框圖如圖l所示，探頭是超聲的換能器，探 頭內部的換能器件是用壓電晶體材料製成的壓電元件。發射電路的功能是 產生激勵探頭陣元的電脈衝。由於探頭中的陣元通常是收發共用，因此需 要發射/接收開關隔離發射和接收電路並提供接收通道選擇的作用。探頭獲 取的模擬信號經放大和模數轉換後由波束合成電路形成需要的回波信號，
回波信號經過信號處理形成B、 M型圖像，圖像數據需經過掃描變換後送給 顯示器顯示。
探頭內有多個壓電元件，因此發射和接收電路都是多通道的。系統中 發射電路與探頭陣元一一對應，通過控制探頭陣元發射脈衝間的延時可以 控制發射聲束的方向及聚焦位置；同樣的，接收電路通過開關選擇電路也 與探頭陣元一一對應，用於接收各個陣元返回的小信號，通過設置不同通 道間接收信號的延時，對於組織內同一點返回的信號，不同接收通道的數 據可以實現同向疊加6由於接收電路中電子元件和集成電路性能的離散性，接收電路會對信 號產生一定的衰減而導致增益誤差，而且各通道的增益會有誤差，這些增 益的誤差會使系統接收到的信號與實際信號在幅度上產生誤差，從而使系 統的信噪比降低並導致圖像質量下降。
對於接收通道間實際增益的不一致，通常的做法是在接收電路中的增 益設置環節增加電位器等可調元件，通過測試手段將各個接收通道的增益 調成一致。但是這種方法實際可操作性很差，對於每個獨立的系統都必須 手工進行調試，這種調試方法非常繁瑣，調整精度也較低。.
發明內容
本發明的主要目的是提供一種可減少各通道間數據接收誤差，以提 高信噪比，改善數據精度的電子系統及其接收信號一致性誤差補償方法。
為實現上述目的，本發明提出一種電子系統接收模塊，包括二個或二 個以上接收通道、 一致性誤差補償控制電路、運算器，所述接收通道、一 致性誤差補償控制電路、運算器順序連接；所述一致性誤差補償控制電路
根據預先存儲於存儲器的各個通道接收數據的誤差補償數據，對所述接收 通道所接收的數據進行補償調整後，輸出至運算器進行運算處理。
上述的電子系統接收模塊，所述接收通道包括探頭陣元、增益放大器、 模數轉換器，三者順序連接。所述一致性誤差補償控制電路包括延時及增
益控制電路、存儲器；所述延時及增益控制電路根據預先存儲的各個通道 接收數據的延時及增益誤差補償數據，對每個通道的增益誤差、延時進行 補償調整，再輸出至累加器進行累加。
上述的電子系統接收模塊，所述接收通道接收數據的延時包括由於
系統硬體電路設計製造的限制、電子元件和集成電路性能的離散性導致的 各通道間固有延時誤差。
同時，本發明提出了一種電子系統接收信號一致性誤差補償方法，包
括如下步驟A)測量出系統各接收通道之間的誤差，計算出各通道的補償 數據並將補償數據儲存於存儲器內；B)系統掃描接收數據之後由一致性誤 差補償控制電路從該存儲器內讀出補償數據，對接收數據進行補償調整;C) 輸出到運算器進行運算處理。
上述的電子系統接收信號一致性誤差補償方法，所述步驟A)中所述 補償數據包括每個接收通道的增益誤差補償數據，在所述步驟B)中，由一致性誤差補償控制電路中的延時及增益控制電路將所述接收數據的增益 誤差予以補償調整，從而獲得接收數據準確的幅度信息。
上述的電子系統接收信號一致性誤差補償方法，所述步驟A)中所述
補償數據包括各通道間延時誤差補償數據，所述步驟B)中， 一致性誤差
補償控制電路從存儲器中讀出延時補償數據並與各接收通道物理距離差異 導致的理論延時數據相加，補償接收電路的延時一致性誤差。
上述的電子系統接收信號一致性誤差補償方法，所述步驟A)中測試
各通道增益誤差的過程包括首先通過開關選擇某一接收通道並設定接收 通道的增益為定值，用信號發生器產生特定頻率f及幅度Vi的周期性正弦
信號從輸入端輸入，將ADC採集到的信號幅度Vs與輸入信號幅度Vi進 行比較，計算Vs/Vi的值作為該接收通道的增益補償係數。
由於採用了以上的方案，本發明提出的電子系統接收模塊及接收信號 一致性誤差補償方法，可以利用存儲器內的預置的補償數據，對接收通道間 的各種一致性誤差進行補償，使接收數據得到很好的還原，精度得到大幅 提高。例如，當應用於醫用超聲影像系統時，可補償接收通道之間的增益誤 差，提高接收電路的信噪比，改善圖像的均一性；可補償接收通道之間的 延時誤差，可以提高接收聚焦的精度，提高圖像的清晰度。
本發明的方法可以在系統掃描時實時讀取補償數據處理接收到的數 據，該方法實現自動化程度高， 一致好。本發明方法已在醫用超聲影像系 統中得以成功應用，應用該方法後可以提高圖像的清晰度和均一性。

圖1是一種電子系統即醫用超聲影像系統的結構框圖； 圖2是實現本發明實施例的原理框圖； 圖3是實施例中焦點處回波信號時序關係圖； 圖4是實施例中時序調整後的回波信號時序關係圖； 圖5是實施例中多陣元信號累加輸出示意圖； 圖6是實施例中補償數據測試方法示意圖。
具體實施方式
下面通過具體的實施例並結合附圖對本發明作進一步詳細的描述。 請參考圖2，為本例的系統原理框圖，本例適用於醫用超聲影像系統。 該電子系統接收模塊包括6個接收通道、 一致性誤差補償控制電路l、和數字累加器，該一致性誤差補償控制電路包括延時及增益控制電路、存儲器;
每個接收通道由探頭陣元、可變增益放大器VGA、模數轉換器ADC組成；6 個接收電路27-32與探頭陣元27-32分別對應連接，以獲取圖2中焦點處的超 聲回波數據為例說明系統的工作過程，由於焦點到探頭陣元27-32的物理距 離有差異，因此探頭陣元27-32接收到焦點處的超聲回波信號相互之間存在 一定的延時，如圖3所示，延時及增益控制電路可以根據這種由於物理距離 導致的通道間延時進行調整，使不同探頭陣元返回的信號在時間上對齊從 而實現同相疊加，如圖4和圖5所示。從圖2中可以看出，探頭陣元返回的信 號在累加輸出前要經過一系列的電路環節，由於系統硬體電路設計製造的 限制以及電子元件和集成電路性能的離散性，接收電路會衰減一部分信號 能量，因此各接收通道實際接收到的信號幅度與理論上仍然存在一定的偏 差。但是這種誤差並不是隨機的，因此可以測量出系統中每個接收通道的 增益誤差，在延時及增益控制電路中將這些誤差予以補償，從而獲得回波 數據準確的幅度信息。數字累加器的輸出經過處理後形成圖像通過顯示器 顯示。
接收通道間增益誤差的存在，導致每個獨立的醫用超聲影像系統都需 要單獨測量出其各接收通道間的增益誤差數據，根據圖6所示的方法可以測 量出接收通道間的增益誤差並獲得補償數據。首先通過開關選擇某一接收 通道並設定接收通道的增益為定值，用信號發生器產生特定頻率f(如5MHz) 及幅度Vi (如50mV)的周期性正弦信號從接收電路輸入端輸入，將ADC採 集到的信號幅度Vs與輸入信號幅度Vi進行比較，計算Vs/Vi的值作為該接收 通道的增益補償係數，採用同樣的方法測出所有接收通道的增益補償係數 on (n為通道序號)。系統中採用非易失存儲器存儲這些誤差數據，該存 儲器受延時及增益控制電路控制，延時及增益控制電路從存儲器中讀出增 益補償係數計算出各通道的實際增益，這樣就可以補償接收電路的增益一 致性誤差。
醫用超聲影像系統中接收通道間不僅存在增益的誤差，由於系統硬體 電路設計製造的限制以及電子元件和集成電路性能的離散性，同理，各通 道間還存在一定的固有延時的誤差，根據圖2所示的醫用超聲影像系統工作 原理可知，接收通道間延時的誤差會導致接收聚焦的位置發生偏移，因此 還可以在非易失性存儲器中儲存預先測試得到的通道間延時誤差補償數據，延時及增益控制電路從存儲器中讀出延時補償數據並與由於焦點到探 頭陣元的物理距離差異產生的理論延時數據相加，這樣就可以補償接收電 路的延時一致性誤差，從而可以提高接收聚焦的精度。由此可見，本發明 提出的方法可以用於補償接收通道間的各種一致性誤差，包括但不限於接 收通道間增益和延時的一致性補償。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。對於本發明所屬技術 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若 幹簡單推演或替換，都應當視為屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1. 一種電子系統接收模塊，包括二個或二個以上接收通道、一致性誤差補償控制電路、運算器，所述接收通道、一致性誤差補償控制電路、運算器順序連接；所述一致性誤差補償控制電路根據預先存儲於存儲器的各個通道接收數據的誤差補償數據，對所述接收通道所接收的數據進行補償調整後，輸出至運算器進行運算處理。
2. 如權利要求1所述的電子系統接收模塊，其特徵是所述接收通道包括探頭陣元、增益放大器、模數轉換器，三者順序連接。
3. 如權利要求1或2所述的電子系統接收模塊，其特徵是所述一致性誤 差補償控制電路包括延時及增益控制電路、存儲器；所述延時及增益控 制電路根據預先存儲的各個通道接收數據的延時及增益誤差補償數據， 對每個通道的增益誤差、延時進行補償調整，再輸出至累加器進行累加。
4. 如權利要求3所述的電子系統接收模塊，其特徵是所述接收通道接收 數據的延時包括由於系統硬體電路設計製造的限制、電子元件和集成電路性能的離散性導致的各通道間固有延時誤差。
5. 電子系統接收信號一致性誤差補償方法，包括如下步驟A)測量出系統各接收通道之間的誤差，計算出各通道的補償數據並將補償數據儲存於存儲器內；B)系統掃描接收數據之後由一致性誤差補償控制電路從 該存儲器內讀出補償數據，對接收數據進行補償調整；C)輸出到運算器 進行運算處理。
6. 如權利要求5所述的電子系統接收信號一致性誤差補償方法，其特徵 是所述步驟A)中所述補償數據包括每個接收通道的增益誤差補償數 據，在所述步驟B)中，由一致性誤差補償控制電路中的延時及增益控 制電路將所述接收數據的增益誤差予以補償調整，從而獲得接收數據準 確的幅度信息。
7. 如權利要求5或6所述的電子系統接收信號一致性誤差補償方法，其特 徵是所述步驟A)中所述補償數據包括各通道間延時誤差補償數據， 所述步驟B)中， 一致性誤差補償控制電路從存儲器中讀出延時補償數 據並與各接收通道物理距離差異導致的理論延時數據相加，補償接收電 路的延時一致性誤差。
8. 如權利要求6所述的電子系統接收信號一致性誤差補償方法，其特徵是所述步驟A)中測試各通道增益誤差的過程包括首先通過開關選 擇某一接收通道並設定接收通道的增益為定值，用信號發生器產生特定 頻率f及幅度Vi的周期性正弦信號從輸入端輸入，將ADC採集到的信號幅度Vs與輸入信號幅度Vi進行比較，計算Vs/Vi的值作為該接收通道的增益補償係數。
全文摘要
本發明公開了一種電子系統接收模塊及其接收信號一致性誤差補償方法，接收模塊包括二個或二個以上接收通道、一致性誤差補償控制電路、運算器；一致性誤差補償控制電路根據預先存儲的各個通道接收數據的誤差補償數據，對接收通道所接收的數據進行補償調整後，輸出至運算器進行運算。本發明的電子系統接收模塊及方法，可以預置補償數據，對接收通道間的各種一致性誤差進行補償，使接收數據得到很好的還原，精度得到大幅提高。當本發明應用於醫用超聲影像系統時，可補償接收通道之間的增益誤差，提高接收電路的信噪比，改善圖像的均一性；可補償接收通道之間的延時誤差，可以提高接收聚焦的精度，提高圖像的清晰度。
文檔編號H04B11/00GK101427926SQ200710124419
公開日2009年5月13日 申請日期2007年11月9日 優先權日2007年11月9日
發明者陳筱勇, 黃海濤 申請人:深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司