A Delta-sigma based beamformer

Abstract

oz DELTA-SIGMA TEKNİĞİNE DAYALI BİR DEMETLEYICI Kozak, Mücahit Yüksek Lisans, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Mustafa Karaman Ağustos 1998, 40 sayfa Medikal ultrasonik görüntüleme sistemlerinde, demetleyici donanım karmaşıklığı nı azaltmak için delta-sigma (AS) tekniğinin uygulanması bir çok çalışmaya konu olmuştur. Fakat, dinamik odaklama sırasında indüklenen beklenmeyen gürültü görüntü kalitesini olumsuz yönde etkilemektedir. Bu tez çalışmasında, görüntü kalitesinden ödün vermeyen AS tekniğine dayalı yeni bir dinamik odaklamalı de metleme metodu öngörülmektedir. Önerilen yöntem, dokulardan yansıyan eko sinyallerinin bir dijital hafızada bulunan zaman bilgisi kullanılarak demetleme için gerekli olan zaman anlarında örneklenmesine dayanmaktadır. Bahsi geçen demetleme örnekleri kullanılarak eko sinyalleri daha sonra bir dizi AS analog- tan-dijitale çeviriciler tarafından dijital sinyale çevrilmektedir. Hafızada bulunanzaman bilgisi her kanalda farklı bir saat olmak üzere tekdüze olmayan bir örnekle me şeması gerektirmektedir. Tekdüze olmayan örnekleme, hızı demet toplamının örneklendiği hızdan çok az yüksek olan ana saat ile demetleme hafızası arasında `ve` mantık işleminin gerçekleştirilmesi sayesinde elde edilmektedir. Demetleme hafızası `1` veya `0`lardan oluşmakta olup, ana saatin karşılık geldiği anda o örneğin demetleme işlemi sırasında kullanılacağını veya kullanılmayacağını be lirtmektedir. Her biri orjinal eko sinyali ve yüksek frekans gürültü içeren AS çıkışları eş fazlı bir biçimde toplanılarak demet toplamını temsil edebilecek bir dijital sinyal elde edilir. Bu dijital sinyal yüksek frekans gürültüsünün bastırılma sı için bir örnek seyreticiden geçirilerek nihai demet toplamı elde edilir. Önerilen sistemin performansı ve geçerliliği üç farklı fantomdan elde edilmiş olan deneysel veri üzerinde denenmiştir. Anahtar Kelimeler: Delta-sigma analogtan-dijitale çeviriciler, demetleme işlemi, tekdüze olmayan örnekleme

ABSTRACT A DELTA-SIGMA BASED BEAMFORMER Kozak, Mücahit MSc, Department of Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Mustafa Karaman August 1998, 40 pages There has been an increasing evidence that the next generation phased array ultrasound imaging systems will exploit oversampling principles to reduce the cost, power and size of the receive beamformer. However, one problem is the poor image quality due to unexpected noise which is induced during dynamic focusing. Here, we disclose a new dynamically focused receive beamformer using a set of oversampled analog-to-digital ( A/D) converters without effecting the image quality. The echo signals received by the transducer array are sampled at the time instants required for the receive beamforming using the timing information stored in a memory and then digitized by delta-sigma (AE) modulators prior to summation. The timing information requires a non-uniform sampling schemeemploying different clocks at each array channel. The non-uniform sampling is achieved by performing a logical `and` operation between a fixed master clock, which is slightly higher than the frequency at which the samples of beam sums are acquired, and a digital receive beamforming memory, which holds a `1` or a `0` for that analog sample associated with the master clock rate. The oversampled outputs, each consists of the associated steered and focused original echo signal with some high-frequency quantization noise, are then summed together in order to obtain a coarse representation of beam sum. The coarse beam sum is further processed through a decimation filter to suppress high-frequency quantization noise, so that an accurate beam sum with the bit resolution required to represent the desired dynamic range, is recovered. The performance and validity of the new system are assessed by means of emulations using rfdata acquired from three different phantoms. Keywords: Oversampled converters, Beamforming, Non-uniform sampling