从0到1：打造一款无线超声评估套件，踩过的坑和总结的路

--AFE ADC + FPGA(Soc Device) + WiFi 5G的完整开发记录

 

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一、为什么想做这件事？

事情得从若干年前说起。

当时我在做超声成像相关的算法研究，需要一套能拿到原始射频数据的开发平台，市面上的选择无非几条路：

• Verasonics Vantage系列：行业标杆，开放性好，但价格让人望而却步——一套128通道系统采购价超过120万元，256通道HIFU版本更是高达310万元。

• ADI或TI的官方评估板：价格相对可控，但只有核心板，你需要自己设计FMC转接、电源树、探头接口、无线通信……光是把这些调通，半年就过去了，搭积木的时间还不如打个板卡。

• 开源项目如un0rick：基于iCE40 FPGA的单阵元脉冲回波方案，理念很好，但通道数少，成像能力有限，更适合做NDT教学。

于是我做了一个决定：自己攒一套。

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二、AFE硬件选型

超声模拟前端（AFE）是整个系统的核心。最终选择ADI的AD9278，原因如下：这是一颗8通道的完整信号链芯片，单芯片集成了LNA（低噪声前置放大器）、VGA（可变增益放大器）、AAF（抗混叠滤波器）、12位ADC以及I/Q解调器。在TGC（时间增益补偿）模式下，每通道功耗仅88mW，CW多普勒模式下更是低至25mW/通道。

这颗芯片专门针对低成本、低功耗、小尺寸的便携式超声应用而设计。8通道的架构，配合标准线阵/凸阵探头，正好覆盖绝大多数科研验证场景。

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三、无线化：WiFi 5G AC的选型

如果拖着一个线，在某些数采场景下存在限制。

基于此，选择了WiFi 5G AC（802.11ac）作为通信方案，理论速率最高可达867Mbps~1.3Gbps。选择5GHz频段而不是2.4GHz，核心原因是干扰少、延迟低——医疗场景下，丢包和延迟是不可接受的。

当然，实际传输中需要考虑带宽瓶颈，原始RF数据全部实时上传，867Mbps的理论值未必够用。

当前的解决方案是：

• 在FPGA内完成波束合成后再传输图像数据，数据量从Gbps级别降到Mbps级别，WiFi带宽绰绰有余。

• 在FPGA内部存储一段时间的RF信号，然后再集中上传，虽然做不到实时传输，对于评估AFE前端，也是非常有用的；

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四、FPGA选择

FPGA端，需要实现的功能也非常多：

• AFE控制与LVDS接收；

• Beamforming 算法；

• ATGC & DTGC控制；

• 信号处理；

• RF & Image 数据传输；

基于无线接口，采用Xilinx Zynq SOC器件，Linux运行后，工作量瞬间少了很多。

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五、它能做什么？

Ultrasound AFE Dev Kit，面向三类人群：

1. 高校超声实验室：做波束成形算法、合成孔径、平面波成像、弹性成像等研究的老师同学；

2. 工业无损检测（NDT）开发者：做相控阵探伤、材料缺陷检测的研发人员；

3. 数采方案：基于Zynq SOC器件数据采集；

4. 探头材质支持：

   压电陶瓷探头；

   PMUT探头；

   CMUT探头；

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六、交付方式

出厂固件：开箱即用，实时显示超声图像，证明硬件链路完好。

硬件框图（非原理图）+ FPGA完整管脚映射表，硬件透明。

底层驱动IP核（加密） ：包含LVDS解串、ADC配置、TGC控制等模块——这部分是我花了三个月调通的，客户不需要重新踩坑。

客户拿到后，可以基于这套平台开发自己的算法和应用。

简单说就是：“可不用太关心AFE，直接写你的波束成形算法就好。”

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七、软件&硬件实物

可支持的演示包含安卓/Windows/Matlab

安卓版本：

Windows版本：

MATLAB版本：

硬件实物如下：

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八、写在最后

从选型、画板、调试LVDS、打通WiFi链路、写FPGA代码、做上位机软件……

现在这套平台已经稳定运行。如果你也在做超声相关的研发工作，被硬件底层搞得头疼，欢迎交流。

毕竟，科研的价值在于创新，而不是重复踩别人踩过的坑。

（本文作者系超声科研开发平台技术负责人，欢迎技术交流。如需获取详细硬件规格书，可私信联系。）

开源地址：

https://github.com/VisSonixAP/Ultrasound-AFE-Dev-Kit