无线内窥镜专用芯片的FPGA验证及相关测试

　　1 引言

　　医用内窥镜是用来检查消化道疾病的一种医疗器械。传统医用内窥镜使用光纤或电缆插入人体体腔内拍摄病征图像以供医生诊断。这样给病人带来很大的不适，对消化道的诊断存在着盲区，并有可能产生消化道伤损等并发症。无线内窥镜的出现[1]则克服了以上的缺点，给消化道疾病的诊断带来了便利。病人在吞服了胶囊状的无线内窥镜后，内窥镜采集体内消化道的图像，并把图像数据以无线的方式发送至体外，医生从图像中排查病征。

　　本文的数字式无线双向内窥镜系统[2,3]主要由体内内窥镜胶囊和体外无线数据收发器两大部分组成，如图1所示。体外的无线数据收发器通过USB口与 PC相连，操作人员通过 PC发出控制命令，控制命令以无线的方式传至体内，体内内窥镜胶囊接收到控制命令后开始采集图像或其他相应的操作。采集到的图像数据由体内数模混合集成电路处理后发送至体外的 PC 保存并显示。

　　2 数模混合专用芯片的结构及功能

　　在无线内窥镜系统中，体内内窥镜胶囊部分由数模混合专用芯片、图像传感器、LED、电池和微小天线组成。数模混合专用芯片的电路结构[4]如图2虚框内所示。其中数字基带部分完成图像采集处理功能和无线通信的控制功能;模拟部分完成射频收发的功能。

　　在系统工作时，专用芯片控制 CMOS 图像传感器与LED闪光灯采集图像，并将采集到的图像数据缓存在 SRAM 中 ;然后由无损图像压缩模块进行图像压缩，压缩后的数据经并串转换后进入信道编码模块进行分组编码后生成码流;最后由无线收发器以 ASK 的调制方式将数据发送至体外。

　　体内的图像数据发送完毕后，无线收发器将接收体外的控制命令数据。控制命令数据经信道解码和串并转换合成控制命令传给控制单元。控制单元再根据所接收到的控制命令对系统进行相应的操作 。

　　当系统接收到体外的休眠命令或是在一定时间内无法接收到体外的控制命令时，能量管理模块将发出控制信号，通过控制单元使系统处于休眠状态，关闭不需要工作模块的时钟信号以节省功耗。低功耗的数模混合专用芯片的设计是整个系统的关键。芯片数字部分的各项功能验证需要软硬件协同配合，同时也要考虑在无线通讯的一些随机参数对系统的影响。在芯片系统级低功耗设计时，还需要芯片的工作参数(如工作电流)作为设计参考。基于以上的考虑，建立一个与最终实用系统相类似的测试验证环境是最理想和最可靠的方法，因此我们为专用芯片设计了由软硬件组成的完整的FPGA 验证平台。该平台不仅可以完成芯片设计不同阶段的验证工作，也可以完成系统级低功耗设计所需的能量测试，而且只要经过简单修改就可完成芯片的测试工作。