1.5비트 4차 변형구조 시그마델타 변조기법 기반의 초음파 임의파형 발생기 : An Ultrasound Arbitrary Waveform Transmitter using Bipolar Pulsers based on 1.5bit Fourth order Modified Sigma-delta Modulation
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 송태경
- 발행년도 2007
- 학위수여년월 200702
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 전자공학
- 식별자(기타) 000000103536
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 논문은 1.5비트 4차 시그마델타 변조(SDM) 기법과 이를 기반으로 한 효율적인 임의 파형 송신기를 제안한다. 제안하는 SDM 기법은 80MHz(4배의 과도샘플링계수)의 낮은 데이터 율로 동작할 수 있도록 4차 변형구조 SDM을 사용하였으며 잡음전달함수의 루프 계수를 최적화하여 시스템의 안정도를 유지하면서 신호 대역의 양자화 잡음 전력을 최소화하였다. 게다가 1.5비트 양자화기의 최적 임계값을 구하여 추가적으로 5dB 이상 SQNR을 향상시켰다. 본 논문에서는 또한 제안된 SDM 기법을 기반으로 한 효율적인 임의 파형 송신기를 제안하였다. 제안하는 구조는 미리 계산된 1.5비트 SDM 데이터를 저장하기위한 메모리 부와 고전압으로 증폭시키기 위한 양위상 펄서, 그리고 신호 외부대역의 양자화 잡음 전력을 제거하기 위해 L/C 수동소자로 구현한 저역통과 필터로 구성된다. 이처럼 제안하는 임의파형 송신기는 기존의 양위상 펄서를 사용하는 초음파 송신기와 비교하여 간단한 L/C 필터를 제외하고 추가적인 하드웨어가 필요 없다. 반면에 일반적으로 사용하는 임의 파형 송신기는 모든 송신 채널에 멀티 비트 DAC와 선형 증폭기를 필요로 하여 하드웨어 복잡도가 매우 크다. 컴퓨터 모사실험 결과, 제안하는 방법을 사용하여 최종 발생시킨 가중 첩 파형의 SQNR은 26.43dB 이며 수신 단에서 이를 펄스 압축하였을 때 압축된 파형의 최대 측엽 값은 -48dB 이다. 따라서 제안하는 임의 파형 발생기는 코드를 사용한 초음파 영상 장치에 효과적으로 사용될 수 있다.
more초록/요약
This thesis proposes an 1.5bit fourth order sigma-delta modulation (SDM) method and its application to generating arbitrary transmit waveforms for ultrasound coded excitation imaging . First, the proposed SDM method employes the fourth order modified SDM architecture to achieve a low over-sampling ratio of 4. The loop coefficients are optimized to minimize the quantization noise power in signal band while maintaining system stability. In addition, the decision level for the 1.5 bit quantizer is optimized for a given input waveform, which results in the SQNR improvement of more than 5dB. Secondly, an efficient arbitrary waveform (AW) transmitter (AWT) is proposed which consists of a digital memory to store the pre-computed 1.5bit sequence by using the proposed SDM method, and a high-voltage bipolar pulser followed by a passive L/C lowpass filter. Compared to the conventional bipolar pulser transmitter, the proposed AW transmitter does not require additional hardware except for the simple L/C filters, whereas the typical AW transmitter equires a multi-bit DAC and a bulky, expensive linear power amplifier per each channel. Computer simulation results show that the SQNR of a weighted chirp signal generated by using the proposed method is 26.43dB, and the peak side-lobe level (PSL) of its compressed waveform on receive is -48dB. Hence, the proposed method can be used for coded excitation imaging with a greatly reduced hardware complexity.
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