基于arduino的TxDAC 评估板与开源Mbed软件

AD9106-ARDZ-EBZ评估平台与基于Arm 的mbed支持板(如SDP-K1)兼容，并设计用于连接Arduino Uno头。评估设置可以仅通过USB供电，不需要高频波形发生器进行时钟输入。评估板默认使用板载156.25 MHz晶体振荡器作为时钟源，但提供外部时钟选项。DAC输出可以通过变压器耦合或板载放大器进行评估，唯一需要的是7 V(DC)到12 V(DC)的30 W ac -DC适配器。参见图1。

与硬件一起，在评估板网页上提供了示例开源代码，可以作为为目标应用程序开发固件的起点。评估板和示例源代码可以定制，以与其他Mbed平台一起工作。新的评估系统简化了原型设计，因为它可以很容易地集成到现有系统中。

评估板配备AD9106四轴芯片，低功耗，12位，180 MSPS, TxDAC和波形发生器。DAC的高采样率非常适合1 MHz至40 MHz范围内的超声工作频率，外部显像机通常使用1 MHz至15 MHz的频率，而静脉心血管机使用高达40 MHz的频率。此外，AD9106是高度集成的，具有用于复杂波形生成的片上模式存储器和具有24位调谐字的直接数字合成器(DDS)，允许10.8 Hz/LSB频率分辨率。它也是高度可编程的，因为模式周期、启动延迟、增益和偏移可以独立地改变四个DAC通道中的每一个。此外，它功耗低(78.8 mW/通道，315.25 mW总功耗，3.3 V, 4 mA输出，180 MSPS)，这是大型多通道系统(如超声波机)的重要考虑因素。

提高超声设备的精度和图像分辨率

基于小车的超声系统在图像质量或分辨率方面优于手持设备，主要是因为通道数量的巨大差异。然而，渠道数量可能因制造商而异。由于成本和功耗是大型系统(如超声机)中重要的考虑因素，因此使用一些技术来最小化这两个因素。在图3中典型的超声信号链中，如果我们考虑到每个发送路径(DAC +高压放大器)都有一个接收路径(集成前端)，则确定通道数量很简单，该路径驱动探头尖端换能器阵列中的一个元件。根据这个假设，我们可以说超声波系统中的通道数量可以在16到256之间。在高端系统中，通道的数量是64个或更多，其中大多数是基于购物车的。16到64通道的范围更常见的便携式，中低端系统。

在超声波系统的发射路径中，一束声能或声波在身体周围扫过。声波由电信号由探头尖端的压电换能器元件转换而成。如图4所示，对每个电信号或发射机信号的相位和幅度进行编程，使入射的能量束沿着一条线进入人体。从器官组织反射回来的声波通过换能器元件再次转化为电能。目标的位置或距离将根据传感器阵列中元素到元素的时间延迟在屏幕上表示。因此，同步或能够控制发射器信号之间的延迟对于显示人体内部的准确图像至关重要。

多芯片同步要求

为了成功同步多个DDS dac，如AD9106，必须对差分时钟输入(CLKP和CLKN)和TRIGGER引脚的下降沿进行控制。

为了实现同步的第一个要求，应该在PCB布局中采用仔细的时钟分配实践。参见图5。这将最小化refclk边缘之间的相位差，从而导致DDS输出的成比例相位差。

由于模式生成是由AD9106的触发器引脚的下降沿发出信号，因此同步的下一个要求是确保触发器边缘一致。图5中的布局技术也可以应用于从控制器的数字输出到每个AD9106器件的TRIGGER PCB走线。

用AD9106-ARDZ-EBZ评估多芯片同步

为了评估多个AD9106 dac的同步性，可以使用2块AD9106评估板和1块SDP-K1控制板。

材料

• 2块AD9106-ARDZ-EBZ板

• USB电缆板到pc连接

• SDP-K1

• 一个12v的壁疣

• 信号发生器

• 变长sma端接电缆

• 一个sma端接t型分路器

• 母对母Arduino连接器线

硬件设置

在连接三块板之前，请配置2块AD9106-ARDZ-EBZ板，使DAC输出连接到板上放大器，DAC时钟由连接到J10的外部源提供。参考Eval-AD9106 Wiki用户指南中的图14b，了解正确的JP1和JP2连接。此外，设置AD9106-ARDZ-EBZ板之一，使板上设备的CSB引脚连接到备用GPIO引脚(安装R39而不是R38)。确保SDP-K1的VIO_ADJUST设置为3.3 V。

接下来，在表1中的其余连接之前，应该建立图7中所示的每个板的时钟输入和TRIGGER引脚的连接。将Board 1连接到SDP-K1 Arduino Uno端口，然后将Board 2放置在相对于Board 1 180°的位置，以便两个板的TRIGGER引脚是并排的。这是TRIG2到SDP-K1数字输出的最短连接，导致TRIG1和TRIG2路径大致相等。

然后，将高频波形发生器的输出端连接到可连接不同长度的sma端接同轴电缆的分路sma端接t分路器。

图8显示了应用所有连接的实际设置。板对板连接总结如表1所示。

软件

在Mbed开源软件上开发的示例源代码是可用的。可以对wiki页面中详细描述的这些源代码进行最小的更改，以通过SPI对两个评估板中的每个设备进行独立编程。寄存器值，特别是例3 (dds生成的正弦波具有不同的启动延迟和数字增益设置)，以及代码的其他部分可以很容易地定制。修改代码后，使用Mbed在线编译器编译程序。然后将生成的二进制文件拖放到SDP-K1驱动器中。同样的过程也可以用于其他应用程序。

方向

如图6简化图所示，设备到设备的输出同步是通过测量相同DAC输出通道(即多个设备的通道1)之间的延迟来实现的。可以使用示波器观察到TRIG2(控制器板到板2)相对于TRIG1(控制器板到板1)和时钟2(时钟发生器到板2)相对于时钟1(时钟发生器到板1)的连接器长度变化对同步的影响。

结果

图9记录了改变触发连接器长度时的测量结果，图10记录了改变时钟连接器长度时的测量结果。

如果TRIGGER引脚连接到具有驱动特性的数字输出，如STM32F469NI, SDP-K1上的微控制器，TRIGGER走线公差可达5英寸，以保持设备到设备的同步。

匹配的时钟输入走线将产生最短的设备到设备输出延迟，但根据特定系统中的可容忍延迟，可以相应地调整时钟走线长度公差。

结论

在超声波制造中，利用AD9106评估平台提供的设计灵活性和定制化，可以缩短开发过程和上市时间。没有必要设计一个新的传输子系统原型来评估多个传输dac的同步，如AD9106。相反，这可以通过使用两个AD9106-ARDZ-EBZ板，一个SDP-K1控制器板，并对示例Mbed代码进行最小的调整来完成。

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