如何用FPGA構建便攜式超聲系統？

賽靈思獨特的自動(dòng)時(shí)鐘門(mén)控技術(shù)能將動(dòng)態(tài)功耗降低多達30%。下一步重要工作就是用賽靈思的XPower Analyzer全面分析設計功耗情況，如圖9所示。

圖9 XPower Power分析界面

該工具可提供準確的實(shí)現后功耗分析，凸顯了潛在能夠降低功耗的設計區域。根據功耗瓶頸情況，用戶(hù)能夠實(shí)現賽靈思自動(dòng)化功耗改進(jìn)工具的任意組合，如邏輯再綜合、功耗優(yōu)化放置以及路由電容優(yōu)化等。如果仍需要進(jìn)一步降低功耗，我們還能用XPower工具來(lái)明確哪些模塊產(chǎn)生的功耗最多，哪些設計方法最適用于降低動(dòng)態(tài)功耗。

采用賽靈思FPGA從容應對接口挑戰

便攜式超聲系統中最關(guān)鍵的接口瓶頸是AFE到波束形成器的接口，我們在此需要大量I/O與并行DAC和LVDSADC接口相連。

為了進(jìn)一步降低AFE到波束形成器接口的復雜性，模擬供應商采用高速串行JEDEC JESD204A標準作為從ADC向DAC傳輸數據的高效途徑，其速率可高達每通道每秒3.125Gb。賽靈思能夠為采用GTP/GTX收發(fā)器的ESD204A標準提供全方位的支持。

雖然JESD204A標準是比較受青睞的解決方案，但在多個(gè)低邏輯密度的高引腳數FPGA上對前端設計進(jìn)行分區更合適。這種方案幾乎徹底杜絕了在以下方面同時(shí)進(jìn)行輸出(SSO)轉換的問(wèn)題，如：在更多VCC/GND對上分布I/O;為PCB布局工程師提供更大的工作面積(這可進(jìn)一步避免PCB路由擁堵問(wèn)題)，以及;為在更大的封裝和PCB空間(可作為散熱片發(fā)揮作用)中進(jìn)行布局設計減少了散熱管理問(wèn)題。不過(guò)，設計分區也會(huì )帶來(lái)PCB尺寸放大的不利影響，進(jìn)而導致系統體積增大，因此設計人員應當根據空間約束、通道數量以及模擬前端的設計要求實(shí)現良好的平衡。

在此情況下，FPGA可謂最佳解決方案，能實(shí)現較多的引腳數量，同時(shí)還具有大容量的片上存儲器。

可高度擴展的設計

如果采用7系列FPGA的統一架構，就能大幅縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，確保用戶(hù)快速在整個(gè)產(chǎn)品系列中實(shí)現設計模塊的移植。此外，IP核的可用性也能顯著(zhù)獲得提升，因為賽靈思和IP核合作伙伴僅需一次性?xún)?yōu)化IP核即可，隨后就能根據不同的器件要求加以調整，從而盡可能減少修改幅度，而且每個(gè)系列的重復驗證也會(huì )很方便。統一架構的另一優(yōu)勢在于其能在較短的時(shí)間內為新的超生系統獲得醫療設備認證，因為大部分HDL代碼都能在不同產(chǎn)品系列上實(shí)現重復利用，在某些情況下甚至包括網(wǎng)表的重復利用。

總而言之，賽靈思的通用架構能大幅提高超聲系統供應商的規模經(jīng)濟效益，幫助他們提供多種不同的系統功能和復雜性選擇，同時(shí)還能縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間和產(chǎn)品的批準認證時(shí)間，使供應商能夠更方便地根據不同應用需求使用性?xún)r(jià)比最高的器件。

賽靈思IP核

賽靈思IP核是賽靈思設計方案的關(guān)鍵構建塊。種類(lèi)豐富的基礎IP核可滿(mǎn)足FPGA設計人員的一般性需求，而穩健可靠的特定領(lǐng)域和特定市場(chǎng)IP核則能滿(mǎn)足DSP、嵌入式和連接設計的特定需求。超聲系統所需的眾多關(guān)鍵DSP功能和連接接口都可作為賽靈思或合作伙伴的IP核提供。使用賽靈思IP核不僅能夠最大限度地縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，并且還能幫助用戶(hù)集中精力實(shí)現產(chǎn)品差異化設計，而非標準功能開(kāi)發(fā)——這是使用賽靈思產(chǎn)品的一項獨到的優(yōu)勢。

總結

Spartan-6、Virtex-6和7系列FPGA均可提供專(zhuān)用ASIC和DSP的高性能，同時(shí)還具備極低NRE成本、大幅縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、便于設計移植、高I/O數量和PCB布局簡(jiǎn)化等優(yōu)勢。此外，配合業(yè)界領(lǐng)先的功耗優(yōu)化工具，賽靈思的40nm和即將推出的28nmFPGA定制低功耗工藝技術(shù)還能大幅降低功耗，顯著(zhù)優(yōu)于業(yè)界同類(lèi)型的競爭解決方案。上述所有優(yōu)勢都能幫助便攜式超聲系統開(kāi)發(fā)人員快速部署系統，在預算和功耗要求限度內推出最新技術(shù)，從而改進(jìn)患者的護理工作。