Xilinx Artix-7 FPGA 医疗成像设备信号处置设计重点

医疗成像设备的信号处置，，，，，性质上是一场与功夫和精度的竞走。。。。。CT要在毫秒级实现滤波反投影沉建，，，，，超声要对256通路信号做实时波束成形，，，，，MRI的FFT运算量动辄上百GOPS。。。。。这些工作交给CPU跑，，，，，延长兜不。。。。。；；；；交给ASIC做，，，，，迭代周期拖不起。。。。。Artix-7 FPGA刚好卡在这个sweet spot上——28nm HPL工艺，，，，，功耗比上代Spartan-6砍掉一半，，，，，逻辑密度翻倍，，，，，成本还降了35%，，，，，是目前医疗成像设备信号处置求实的可编程规划。。。。。

先搞明显：医疗成像信号链到底要FPGA干什么

分歧成像模态对FPGA的需要差距很大，，，，，选型之前必须把信号链拆开看。。。。。

超声系统是Artix-7成熟的战场。。。。。64通路便携超声已经是量产规划，，，，，256通路系统也在往上走。。。。。工作是数字波束成形：ADC采样后的数据要做动态延时、加权求和、包络检测，，，，，256通路系统每帧图像运算量约100GOPS。。。。。Artix-7的DSP48E1切片可堆到740个，，，，，提供930 GMACs的信号处置能力，，，，，跑64通路实时波束成形绰绰有余。。。。。并且它自带双12位、1MSPS、17通路ADC，，，，，模拟前端能够直接省掉一颗芯片，，，，，BOM成本和板面积同步压缩。。。。。

MRI系统的瓶颈在FFT。。。。。Artix-7的并行架构天然适合加快二维、三维图像的急剧嘎凤叶变换，，，，，同时承担图像滤波、去噪等后处置算法。。。。。共同DDR3内存接口（1066Mb/s），，，，，图像数据的缓存和回读不会成为阻塞点。。。。。

CT系统对ADC精度极端敏感，，，，，1LSB的误差就可能覆盖早期微幼病灶。。。。。FPGA在这里的角色是多通路SAR ADC的同步采集节造，，，，，加上滤波反投影算法的硬件加快。。。。。Artix-7的1.8Mb块RAM能够做行缓冲和帧缓冲，，，，，逻辑单元处置状态机和时序节造，，，，，资源分配刚好匹配。。。。。

电源设计：医疗设备翻车多的处所

Artix-7必要多个电源域：电压VCCINT 1.0V、辅助电压VCCAUX 1.8V、BRAM电压VCCBRAM 1.0V，，，，，I/O Bank支持1.2V到3.3V。。。。。电压电流可能冲到10A，，，，，而某些I/O Bank只必要几百mA。。。。。医疗设备对电源噪声零容忍，，，，，模拟电源DADA和数字电源VDD必须分隔走，，，，，中央用磁珠或0Ω电阻隔离。。。。。DADA脚旁边放1μF加10nF陶瓷电容，，，，，尽量切近引脚，，，，，有前提再加LC低通滤波，，，，，ADC有效位数能实切其实提升一档。。。。。

工业级型号XC7A35T-L1CSG324I支持-40℃到+100℃宽温领域，，，，，"L1"后缀低功耗优化版本，，，，，同频率下静态功耗更低，，，，，出格适合电池供电的便携超声和床旁诊断设备。。。。。

高速接口与实时处置的平衡

医疗成像设备越来越多地接入高清视频流。。。。。Artix-7的GTP收发器支持6.6Gb/s，，，，，做HDMI视频采集环出齐全够用。。。。。共同Silicon9011解码器和9134编码器，，，，，1080p60的视频通路能够全数在FPGA里跑完，，，，，延长节造在微秒级。。。。。对于内窥镜这类必要低延长视频处置的场景，，，，，这个规划比软件规划快一个数量级。。。。。

但要把稳：跨时钟域信号必须用双触发器同步，，，，，HDMI差分对等长误差节造在5mil以内，，，，，电源引脚放0.1μF去耦电容。。。。。这些细节不做到位，，，，，调试阶段会让人崩溃。。。。。

为什么不选更的Kintex或Virtex

由于医疗设备的成本压力是真实的。。。。。一台便携超声的BOM预算就那么多，，，，，Kintex-7价值险些是Artix-7的两倍，，，，，机能溢出但预算超支。。。。。Artix-7和Virtex系列共享统一架构，，，，，IP能够无缝迁徙，，，，，用Artix-7做原型验证，，，，，明天量产升级到Kintex-7不用改设计。。。。。这种可扩大性才是医疗设备厂商看沉的。。。。。

Artix-7不是强的，，，，，但它是医疗成像信号处置领域性价比敏感的那把刀。。。。。功耗、机能、成本三条线同时压住，，，，，这才是工程落地的真实逻辑。。。。。