向昱，白景峰

1 上海交通大学生物医学工程学院生物医学仪器研究所，上海市， 200030

2 上海交通大学Med-X研究院，上海市，200030

P-HIFU可以实现焦点的快速移动，多焦点聚焦，指定声窗聚焦等功能[1]。P-HIFU系统主要由上位机、相位信号发生器、功率放大器、换能器阵列组成。上位机通过串口1发送相位控制指令，使相位信号发生器发出频率、相位符合要求的多路方波信号；通过串口2发出功率指令，功率放大器接收指令并将相位信号发生器输出的相位信号放大到所需功率，且频率、相位相同的多路正弦波；由换能器阵列将多路正弦波转换成相应的超声波束。P-HIFU系统结构如图1所示。

图1 P-HIFU系统结构框图Fig.1 Block diagram of P-HIFU system structure

1 P-HIFU相控阵列设计

实现相控阵列的方式有主要有软件移相、模拟移相、数字移相和雷达中的铁氧体移相等。但是，模拟移相复杂且精度不高，软件移相精度更低，铁氧体移相成本过高，均不是实现P-HIFU相控阵列的理想方法。随着可编程逻辑阵列(FPGA)的发展，数字移相实现P-HIFU相控阵列的技术越来越成熟，具有开发周期短、成本低、精度高、可灵活配置系统参数等优势。

1.1 移相原理

本文根据文献[2]中提出的一种数字采样移相的方法实现相移，将方波波形存储在ROM中。假设ROM的位宽为N，则ROM中存储数列为：

当基准时间为t0(0 ≤t0≤N)，偏移量为τ(0≤τ≤N)，生成的相移波束为xN((t0+τ)%N。在FPGA中，我们用时钟输入的上升沿触发Flip-Flop加法器，产生t0，然后用17路加法器分别实现相移波束合成。系统参数为：相位精度通过更改FPGA固件程序，可灵活配置。

1.2 FPGA固件实现

本文使用Xilinx Spartan6 FPGA，外接Silicon Labs CP2102芯片，从上位机串口读入相控指令；……