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2.3. Modules
20.07.2000
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Ultraschallsignal auf der Hauptplatine
Auf der Hauptplatine erfolgt die Erzeugung und die
Verstärkung des Ultraschallsignals, um die gewünschte
Ultraschallleistung zur Verfügung zu stellen.
Die Ultraschallfrequenzen werden von einem
Phasenregelkreis (PLL) generiert. Die Ausgangs-
frequenz eines spannungsgesteuerten Oszillators
(VCO) wird auf einen Phasenkomparator zurück-
gekoppelt. Die vom Komparator festgestellte Phasen-
verschiebung gibt den Unterschied zwischen
gewünschter und realer Frequenz. Sie wird verwendet,
um den VCO anzusteuern.
Um die gewünschte Ultraschallenergie zu erzielen,
kontrolliert ein Modulator die Amplitude des
Ultraschallsignals Ein Butterworth-Filter wandelt das
Rechtecksignal des VCOs in ein Sinussignal.
Die Endstufe besteht aus zwei N-Kannal MOSFETs, die
von einem Treiber- und Transformatorschaltkreis
angesteuert werden. Ein Thermistor dient zur
Temperaturstabilisierung des Arbeitspunktes der
Endstufe.
Die Koppelung des Schallkopfs wird dadurch
kontrolliert, dass die Ausgangsspannung als Referenz
an die CPU zurückgeführt wird. Bei unzureichender
Koppelung (zu sehen an der Bargraphanzeige) wird die
Ausgangsleistung verringert, um ein Überhitzen des
Schallkopfs zu verhindern.
Der Modulator, der Butterworth-Filter und der Rück-
koppelschaltkreis für das Kopplungsverhalten sind
jeweils zweimal vorhanden. So können beide
Frequenzen 0.8 MHz and 3 MHz separat abgeglichen
werden.
Reizstromaufbereitung auf der Hauptplatine
Die Generierung des Reizstroms erfolgt mit dem
Mikrokontroller über einen D/A-Konverter. Ein Nieder-
frequenzverstärker benutzt dieses Signal, um die
Ausgangsspannung von 60V zu erzeugen. Der
Verstärker benutzt den CV-Modus (spannungs-
konstanter Betrieb), um so eine Maximalspannungs-
abgabe zu vermeiden, wenn während einer Behandlung
der Schallkopf von der Haut des Patienten angehoben
wird. Bei einem Verstärker in CC-Modus (strom-
konstanter Betrieb) würde in dieser Situation (ohne
Last) die Ausgangsspannung unzulässige Maximal-
werte erreichen können. Die Ausgangsspannung des
Dosierungsverstärkers wird mit einem zweiten D/A-
Konverter kontrolliert. Relais 1 schaltet den Patienten-
strom nach Therapie oder im Falle eines Defektes ab.
Eine Temperaturregelschaltung schaltet bei über 40°C
einen Kühlventilator ein. Steigt die Temperatur über
80°C wird die Endstufe abgeschaltet. Kühlt die
Temperatur unter 40°C ab, schaltet der Ventilator aus
und der Ausgang wird wieder aktiviert.
Weitere Funktionen sind die Überwachung der Versor-
gungsspannung für die Endstufe (60V), das Schalten
zwischen den Frequenzen 0,8 MHz und 3 MHz, das
Messen der Ausgangssignale, das Ansteuern der Relais
1/2 auf der Buchsenplatine und die Sparschaltung für
die Abschaltung der Displayhinterleuchtung.
Ultrasonic Signal on the Main Board
To provide the desired ultrasound power the main
board provides for the generation and the amplification
of the ultrasound signal.
The ultrasound frequencies are generated using a
phase locked loop (PLL) circuitry. The frequency
output of a voltage controlled oscillator (VCO) is fed
back to a phase comparator. The comparator´s output
shows the difference between desired and real
frequency. It is used to drive the VCO.
A modulator controls the amplitude of the ultrasound
signal to achieve the desired ultrasound power, a
butterworth filter converts the VCO´s square wave to a
sine wave.
The output stage is formed with two n-channel
MOSFETs driven from a driver and transformer
circuitry. A thermistor is used to stabilize the output
stage´s operating point.
The ceramic transducers voltage is fed back to the
CPU to control the coupling of the treatment heads. In
case of insufficient coupling (shown with a bargraph
indicator in the display), the output power is reduced to
prevent the transducer from overheating and damage.
The modulator, the butterworth filter and the
transducer´s voltage measurement circuit is build in a
two channel construction to allow separate adjustment
for 0.8 MHz and 3 MHz signals.
Stimulation Current on the Main Board
The electrostimulation current´s waveform is generated
by the microcontroller using an D/A-converter. A low-
frequency-amplifier uses this signal to provide an
output voltage up to 60 V. The amplifier uses the CV-
(constant voltage) mode to avoid, applying high
voltage to patients discomfort after lifting the
ultrasound treatment head from patient´s skin. A CC-
(constant current) mode amplifier would rise the output
voltage to the maximum value in no load condition.
The amplifier´s output voltage (dosage) is controlled
using a second DA-converter. Relay 1 is used to cut off
the output current after therapy or in the case of device
malfunction.
A temperature control circuitry switches on a cooling
fan (above 40°C) and cuts off the output stage in the
case of overheat (above 80°C). After cooling down
below 40°C, the fan is switched off and the output is
enabled.
Other functions are: the supervision of the output
amp´s supply voltage (60V), switching between the
frequencies 0.8 MHz and 3 MHz, measurement of the
output signals, driving the relays 1 and 2 (connector
board) and display backlight shut down.
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