基于FPGA的Micro PET符合探测电路设计
基于FPGA的小型化微波发射系统设计
第44卷第1期电子器件Vol.44No.1Feb.2021 2021年2月Chinese Journal of ElccLmn DevicesDesign of Miniaturization Microwave Transmission System Based on FPGA* YANG Kai',SHEN Xuejing2ZHANG Huixin1*LIANG Yonggang3('.National Key Laboratory for Electronic Measurement Technology,North University of China,Taiyuan Shanxi030051,China；2.Capital Aerospace Machinery Co.,Ltd.,Bei/ing100076,China；3.The Unit68216of the People's Liberation Army of China,Bei/ing100076,China)Abstract:According Lo the test requirements of working parameters of small aircrafL during flight,a miniaLurized broadband zero-IF wireless transmitting system based on FPGA is designed.The system takes the FPGA as the main control unit,receives the parameters of the sensor on the air vehicle,and completes the output of the RF signal of the required frequency band through QPSK modulation and a reasonable up-conversion module.After testing,the transmitter output modulation signal frequency up to4000MHz,power up to10dBm,the various parameters meet the design requirements,enabling high-speed data transmission.Key words:FPGA；miniaturization；QPSK；Zero-IF；microwave;transmitterEEACC：1350doi:10・3969/j・issn.1005-9490・2021・01・006基于FPGA的小型化微波发射系统设计杨凯打沈学静2,张会新"，梁永刚3（1.中北大学电子测试技术重点实验室，山西太原030051；2.首都航天机械有限公司，北京100076；3.中国人民解放军68216部队，北京100076）摘要：针对小型飞行器在飞行过程中工作状态参数的测试需求，设计了一种基于FPGA的小型化宽带零中频微波发射系统。
基于FPGA的激光探测自适应电路设计
基于FPGA的激光探测自适应电路设计李静;门俊儒【摘要】Laser’s application is becoming increasingly wide due to its advantages like fine directivity, high brightness and good color. However it is seriously impacted by environment conditions, especially during the dust, snow, fog haze, laser detection’s performance is largely interfered. In the view of this issue, this paper design an adaptive laser detection circuit based on FPGA. It is indicated that with the change of the sensor signal input, the corresponding threshold changes accordingly, which makes differ-ent threshold value’s inhibiting ability on noise achieves the best, so as to come to self-regulation and dynamic equilibrium effect.%激光以其方向性好、亮度高、单色性好等优点使得其应用越来越广泛，但是，因其受环境条件的影响较大，特别是在沙尘、雨雪、雾霾等不同天气情况下，激光探测性能受到很大干扰，该文针对这种状况，基于 FPGA 设计了激光探测自适应电路，表明随着传感信号输入的变化，则相应的阈值门限也随之变化，使得不同阈值对噪声的抑制能力达到最佳，从而达到一个自动调节、动态平衡的效果。
基于FPGA的PET快速符合系统设计
基于FPGA的PET快速符合系统设计杨龙;梁国栋;张如美【摘要】符合探测是PET成像技术的本质,其设计好坏直接影响着整个系统的性能.针对PET系统的多通道、高速、大数据处理的特性,首先引入基于视野的自适应时间窗,并将其窗值预存在FPGA RAM中以供符合查找,这在一定程度上降低了PET 系统随机散射的概率,保证了符合数据的有效性;其次针对系统对后端处理速度的需求,结合FPGA并行处理的优点,在子板FPGA中提出利用并行全比较排序算法对模块时间数据进行一次排序,待数据汇总到母板FPGA中时进一步利用FIFIO缓存,完成所有子板数据的二次排序;最后为了保证数据不被丢失,提出基于多时间片的并行处理的架构,将多个时间片内的数据缓存进行乒乓处理,达到系统对实时性的要求.最终经测试表明,这种基于FPGA的以空间换时间符合策略满足人体PET成像装置对后端处理速度及实时性的要求.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2019(027)008【总页数】5页(P174-178)【关键词】FPGA;PET符合系统;并行排序;自适应时间窗【作者】杨龙;梁国栋;张如美【作者单位】沈阳东软医疗系统有限公司辽宁沈阳 110167;沈阳东软医疗系统有限公司辽宁沈阳 110167;沈阳东软医疗系统有限公司辽宁沈阳 110167【正文语种】中文【中图分类】TN202基于飞行时间技术的正电子发射断层成像（TOF-PET）是核医学领域技术发展的重要方向，TOF技术的引用可以精确的检测到两个符合光子的飞行时间差，进而实现湮灭点在响应线（LOR）上的定位[1-2]。
与传统的PET技术相比，这显著地提高了PET系统输出图像的信噪比[3]。
PET系统主要包括探测器，前端电子、时间提取、符合探测及成像系统。
其中，符合判断是PET系统的技术核心[4-5]，它需对系统视野内正负电子发生湮灭的事例进行快速、实时判选，为后续成像提供符合条件的湮灭点数据，因此其正确性与时效性直接决定了整个系统的处理性能及诊断精度[4，6-7]。
基于FPGA实现的IRFPA探测器驱动电路的设计
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ － ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ ｇ ａ ｔ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｙ（ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ ） ； ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｆ ｏ ｃ ａ ｌ ｐ ｌ ａ ｎ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｙ （ Ｉ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ ） ； ｄ ｒ ｉ ｖ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ
Ｆｉ ｅ ｌ ｄ — ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ａ ｍｍａ ｂ ｌ ｅ Ｇａ ｔ ｅ Ａｒ ｒ ａ ｙ
ＬＩ Ｕ Ｗａ ｎ— ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ， ＴＡＮＧ Ｓ ｈｕ － ｗｅ ｉ
（ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ — ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎ ｄ Ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｏ ＇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ａ ｎ ｈ ｅ ０ ６ ５ ２ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｎ ７ ０ ２ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编号 ： １ ６ ７ ３ — １ ２ ５ ５ （ ２ ０ １ ４ ） ． ０ １ — ０ ０ ６ ５ ． ０ ３
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｄｒ ｉ ｖ ｅ Ｃｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ ｏ ｆ Ｉ ｎｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ Ｆｏ ｃ ａ ｌ Ｐｌ ａ ｎ ｅ Ａｒ ｒ ａ ｙ Ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ
第２ ９ 卷第 １ 期
２ ０ １ ４ 年２ 月
基于FPGA的小目标探测声纳控制模块设计与实现
基于FPGA的小目标探测声纳控制模块设计与实现佚名【摘要】给出了一种基于FPGA小目标探测声纳的发射与控制设计方案,介绍了该方案中利用Verilog HDL语言和FPGA IP Core相结合的方式实现发射与接收控制模块功能来满足系统的需求.根据探测声纳系统需求,通过上位机选择发射模式,下发指令控制发射波形,来产生探测声纳发射信号,之后通过对A/D芯片的控制,并对采集数据进行打包编码,使用UDP协议通过千兆网电路上传到干端上位机中进行实时处理.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2018(042)010【总页数】5页(P64-68)【关键词】FPGA;UDP;声纳【正文语种】中文【中图分类】TB565随着国际上形式的发展，我国不时会面临着低烈度的摩擦的威胁，这种威胁很大程度上来自水下蛙人及蛙人运载器等水下小目标，此类水下小目标有体积小、目标强度弱、回波特战弱、目标噪声小等特点，所以小目标探测声纳需要高频率、高分辨率、多通道的阵列，同时针对不同地形、不同类型的目标需要不同的发射信号。
因此对发射与接收控制模块的实时性和逻辑控制能力要求很高。
随着适用于并行处理的现场可编程门阵列(FPGA)器件性能大幅度的提高以及大量授权IP Core快速发展，基于高性能 FPGA 发射与接收控制模块设计，在提高了整个声纳系统的性能的同时，其系统设计更易实现。
1 控制模块总体设计方案FPGA控制模块主要负责A/D数据采集，并对采集数据进行打包编码，使用UDP 协议通过千兆网电路上传到干端上位机中进行实时处理实现探测功能，并接收上位机下发的指令控制，完成采集参数的设置，以及发射波形的产生。
功能框图如图1所示。
图1 FPGA系统框图根据声纳系统需求可以，发射和接收控制模块必须具有可用I/O多、较强的时序控制能力、高性能大数据等特点，通过比较，这里选择在FPGA中实现声纳的发射和接收的控制功能。
FPGA利用硬件并行的优势，打破了顺序执行的模式，在每个时钟周期内完成更多的处理任务，超越了数字信号处理器(DSP)的运算能力。
张辉：基于FPGA实现低成本、小体积PET系统
张辉：基于FPGA实现低成本、小体积PET系统4月26日，中国国际医疗电子技术大会（CMET2011）第三站在北京国家会议中心隆重召开。
清华大学医学院生物医学工程系张辉博士以FPGA在医学成像设备中的应用为题发表了精彩的演讲，以下为演讲摘录： 随着医疗成像系统不断追求更高的性能，传统的模拟及分立器件越来越难以满足系统设计的要求，而采用数字信号处理技术DSP、FPGA已成为了必然的选择。
好处显然易见，无论是从系统的集成度还是成本、性能上来看，都给设计人员提供了一些新技术平台。
在这个平台上，设计人员可以做一些创新性的技术和设备便携式超声设备的发展，就是一个很好的例证。
DSP和FPGA器件已经在超声、X光、CT、核磁等医疗设备中得到了广泛的应用，在PET中也可以得到好的应用。
PET是一个相对较新的成像技术，它在上世纪60、70年代开始出现，在上世纪90年代在临床上得到了大规模的应用。
这个设备目前仍然比较昂贵，在美国的购买价格达100美元到200万美元。
虽然它很贵，但是它在临床中间仍然得到了非常广泛的应用。
因为其在癌症诊断和治疗方面具备其他方式无可替代的一些作用。
据统计，美国现在有7500台PET设备，而中国市场，据官方统计是300台PET设备，所以中国的PET设备还存在非常大的市场空间。
过去，PET的很多电子系统环节都是靠模拟或者是分立器件实现的，在采用数字化技术之后，PET电子系统的绝大部分环节可以采用单片的FPGA来实现。
张辉表示：我们做医学影像设备很多年，以前我们做FPGA喜欢自己写代码，所以我们当时算进度是以半年为单位算进度，这是一件非常痛苦的事情。
我们现在用了这个工具，将开发周期缩短到以月为单位来安排进度，大大缩短了我们研发的周期。
一种基于FPGA的红外探测器模拟器的设计
２ ． １ 系统组 成
在 进行 红 外 成 像 制 导 系 统 的调 试 与 环 境 试 验
过程 中 ， 需要 红外焦 平 面探 测器 提供 图像 信息输
人 。对 红 外 探 测 器 长 时 间通 电工 作 和 多 次 重 复 进 行上电 、 下 电操作 ， 会对 红外 探测 器产 生损 伤 ， 直 接 影 响探 测 器 的性 能 和使 用 寿 命 。因 此 有 必 要 研
・图像 与Ａ的红 外 探 测 器 模 拟 器 的设 计
董常军， 王 朝林
（ 中国空 空导弹研究院 ， 河南 洛 阳 ４ ７ １ ０ ０ ９ ）
摘 要 ： 红 外探 测 器模 拟器 可 以在 多个 场合代 替 探 测器使 用 ， 可 以减少 价格 高 昂的红外探 测 器
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｉ ｎ ｆ ｒ ａ ｒ ｅ ｄ ｆ ｏ ｃ ａ ｌ ｐ ｌ ａ ｎ ｅ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ
ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＦＰＧＡ
Ｄ Ｏ Ｎ Ｇ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ － ｊ ｕ ｎ ， ＷＡ Ｎ Ｇ Ｃ ｈ ａ ｏ — ｌ ｉ ｎ
器及不 同红外 场景 图像 生成 功 能 ， 并根 据 Ｄ ／ Ａ 时序
要求 把 数 据 发 送 给 Ｄ ／ Ａ转 换 器 进 行 转 换 ； 通 过
的输 出 ， 生 成 满 足 红 外 制 导 系 统 调 试 时 需 要 的 图
像， 从而减少红外探 测器 的通 电时间和使用次数 ， 延长其使用寿命 。本文提 出 了一 种基 于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的 红外探测器模 拟 的设 计方 法 ， 单板 即可模 拟 主流
基于FPGA的毫米波探测器信号处理系统设计的开题报告
基于FPGA的毫米波探测器信号处理系统设计的开题报告一、研究背景和意义毫米波辐射是一种新型的非接触式测量技术，具有很高的应用潜力。
与传统的光学和声学传感技术相比，毫米波信号足以穿透物体表面、不受环境影响、对于目标大小、材质较为不敏感等优点，因此在医疗、安检、运载、工业等领域有着广泛的应用场景。
为了利用毫米波技术进行目标探测，在信号处理方面需要有成熟的技术能够解析毫米波信号的相位、振幅和频率等信息，从而实现对目标的定位，探查目标的内部结构及其他细节。
而程序可编程门阵列（FPGA）则是实现复杂算法的理想平台之一，具有高效性、灵活性和扩展性等特点。
因此，基于FPGA平台实现毫米波测量信号处理成为了毫米波探测技术的重要研究方向之一。
二、研究内容和目标本研究的主要目标是开发一种基于FPGA平台的毫米波探测器信号处理系统，在实现毫米波测量信号的快速准确采集、处理和显示方面具有高效性和精确性。
研究内容包括以下几点：1.毫米波探测器硬件设计。
设计高灵敏度、低噪声、宽带响应的毫米波探测器，并完成其硬件电路的设计。
2.信号处理算法设计。
设计适用于毫米波探测信号处理的算法，包括滤波、傅里叶变换（FFT）、小波变换、时频分析、自适应滤波等等。
3.基于FPGA的系统设计与实现。
采用FPGA技术，在硬件平台上建立毫米波信号处理系统，包括ADC、FPGA、存储芯片等硬件设计，以及VHDL设计和调试等软件部分。
4.系统测试与数据分析。
通过产生不同的信号，对系统进行测试并进行数据分析，评估系统的准确性和稳定性。
三、研究方法和技术路线本研究的主要技术路线如下：1.毫米波探测器硬件设计。
在硬件设计方面，主要采用微波电路，包括毫米波检测电路、射频放大电路、直流放大电路和定标参考电路等。
2.信号处理算法设计。
在信号处理算法方面，将根据对毫米波信号特性的分析，采用多种信号处理技术，包括小波变换、时频分析、前向滤波等，实现对毫米波信号的有效处理。
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现信号的符合甄别［ 。这种方法 的优点非常明 ２ ］ 显， 降低了硬件设计 的复杂性 ， 也有利于对信号 进行任意的后期处理。但这种方法 的缺点 同样 也非常 明显 ， 它不 能实时迅速地进行信号的符
】 ７ ５
作者简介 ： 安 和 （ ９ ２） 男 ， 江 人 ， 颜 １８ － ， 浙 清华 大 学工
并 且调整 １ 路 信 号 之间 的相对 延 时 ， ２ 同时暂时
储存与触发信号相对 应 的数据信息 。ｌ 个子 ２ 板将扣在底板上，２ １ 路经过调整的触发信号进
入底板 的 Ｆ Ｇ 实现总符合甄别 。同时 ｌ 路 Ｐ Ａ， ２ 信号在底板上经过 ３ ｎ 的延时， ０ｓ 也进入底板的 Ｆ Ｇ 实现假符合甄别 。这样得 到的总符合 Ｐ Ａ，
程 物理系硕 士研究生 ， 从事 核医学仪器 Ｐ Ｔ研究 。 Ｅ
合甄别 ， 并且会产生十分巨大的数据量 ， 对计算 机的处理速度有非 常高的要求。因此， 目前通 常采用的符合探测方法都是设计专门的电子学 符合探测电路。在我们的小动物 Ｐ Ｔ中， Ｅ 也在 硬件电子学上设计 了基于 Ｆ Ｇ 的符合探测 ＰＡ 电路 。
第３ Ｏ卷
２１ ００年
第２ 期
２月
核电子学与探测技术
Ｎｕ ｌ ｒＥ ｅｔｏ ｉｓ＆ Ｄ ｔｃｉｎＴｅｈ ｏｏ ｙ ｃｅ ｌｃｒ ｎｃ ａ ｅｅｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ
Ｖ Ｄ ０ Ｎｏ ２ Ｌ３ ．
Ｆｅ ｈ ２ １ ００
基 于 Ｆ ＧＡ 的 Ｍｉｒ Ｅ Ｐ ｃｏＰ Ｔ符 合 探 测 电路 设 计
合探测 电路 。探测 器环 由 ８ 个探测模 块组成 ， 探测模块 引 出的信号 ， 每个 在基于 Ｈ， 的符合探 测 电路 Ｃ
中实现信号 的总符合 （ 假符 合＋真符合 ） 以及假符合 甄别 。符 合探测 电路 由底板 和可 插拔 的子 板组成 ， 并且配有可编程 的 Ｆ ＧＡ芯 片 ， 于电路的扩展 、 Ｐ 对 修改都极 为便利 ， 有很大 的弹性 。从 ８个探 测模块 引 出的每个信号都要 和与之 相对 （ 不相邻 ） ５个模块进行符合甄 别 ， 的 一共有 ２ （ ×５ ２ Ｏ 种 可 能存 在 ０ ８ ／ —２ ） 的情况 。总符合 以及 假符合 事件都是进行 实时的 同步甄别 。假符合甄别 是将总符合甄 别的触 发信 号进 行 相应 的延时之后再 进行 符合甄别 得到 ， 时时间为 ３ｎ 。符合甄别 的时 间窗有一 个可 以人为 控制 的 延 ０ｓ
ｌ 符合探 测 电路整体 设计
我们设计 的 Ｍｉ ｏＰ Ｔ的探测器环 由 ８ ｃ Ｅ ｒ
个 探测模 块构 成 ， 由于 在今 后研 究 人 体 Ｐ Ｔ 但 Ｅ
数据以及假符合数据 ， 将从子板传输到底板， 储
存 在底 板 的 Ｆ Ｆ 中 。 ＩＯ
时将采用 １ 个探测模块 ， ２ 因此在设计 时， 我们 直接设计了 ｌ ２个模块 的符合探测电路 。而在 前面我们 提 到 ， 由于我 们硬 件设 计 的可扩展 性 ，
颜 安和 ， 刘亚 强 ， 熙杉 ， 晓文 孙 康
（ 清华大学 工程 物理系 ， 粒子技术与辐射成像教育部 重点实验室 ， 北京 １ ０ ８ ） ０ ０ ４
摘要 ： 制了用 于小动物 成像实验 的 Ｍｉ ｏＰ Ｔ。在 Ｍ ｃｏＰ 研 ｃ Ｅ ｒ ｉ ｒ Ｅ 中 ， 计实现 了基 于 Ｆ ＧＡ 的符 Ｔ 设 Ｐ
物 Ｐ Ｔ具有 相 对较 高 的成 像 分辨 率 。 Ｅ 图 １ Ｐ Ｔ系 统 的基 本 框 架 图 ， 是 Ｅ 它主要 由 以下 系统构 成 ： 测 器 系 统 、 端 电子 学 系 统 、 探 前 符 合探 测 系统 、 机械 机 构 和机 电控 制 系统 ， 以及 用 于处理 和控 制 的计 算 机 系 统 。此 外 ， Ｅ Ｐ Ｔ系 统 还 必 须 配 有 能 配 合 硬 件 正 常 工 作 的软 件 系 统， 包括 数据 采集 、 图像 重 建 等 软件 系 统 。而在
所有 信号 采集 到计 算机 中 ， 通过 软 件 的处 理 ， 实
Ｐ Ｔ的探测器环中， Ｅ 如何实 现 电子对的符合探 测， 是最后成像 的关键 。目前 最常用 的符合探
收稿 日期 ：０ ９ ２２ ２ ０－ －６ ０ 基金项 目： 国家 ８ ３ 目 ２Ｏ ＡＡ０ ０ Ｏ ６项 ０６ ２８２
调 节 范 围 ， ４ ８ ｓ １． ｎ 之 间 。 在 ． ｎ 至 ４８ ｓ
关键词 ： Ｅ 符合探 测 ； Ｐ Ａ Ｐ Ｔ； ＦＧ 中图分类号 ： Ｒ１ ７ ３ ９． ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０ ５－９ ４ ２ １） １０ ５ －４ ２ ８０ ３ （０ ０ ０－ １ ７０
图 １ Ｐ Ｔ设 备 基 本 框 架 图 Ｅ
测方 法 是 设计 专 门 的硬 件 电子 学 符 合 电路 ， 对
探测器环输出的信号在硬件上实现数字化的处 理［ ］进行 符 合 甄 别 。这 样 的 好 处 是 能 够 快 。 ， 速、 实时地对符合信号进行处理 ， 并且不会产生 巨大的数据量 。同时 ， 也有一部分研究者在采 用另一种符合方式 ， 他们没有设计专 门的硬件 电子 学符 合 电路 ， 而是对 信 号进 行 时 间标 记 ， 将
符 合探 测电路 对 于 ２至 １ ２个模块 均 可适 用 ， 不 需 要在硬 件上对 电路 进 行修 改 。
（） ｂ
图 ３ （） ａ符合探测 电路子板示意图 ；
（） ｂ 符合探测 电路底板示 意图
小动 物活体 实验 是 测试 正 电子发 射 计算 机
断层显像（ Ｅ ） Ｐ Ｔ 最新技术在成像及临床诊断应 用上 的一种 必要 而有效 的手 段 ， 对 于 Ｐ Ｔ最 它 Ｅ 新技术 的发展和在临床上 的应用起着十分重要 的作用 。因而 ， 国内外很 多研究机 构都 在大力 发展 小动物 Ｐ ＴＥ引。与 人 体 Ｐ Ｔ 相 比， Ｅ Ｅ 小动