引言

由于其安全性、高性價(jià)比以及實(shí)時(shí)性能，超聲波成像可以說是一種極為重要的醫(yī)療成像方法。傳統(tǒng)超聲波成像系統(tǒng)使用 2-15MHz 的頻率，精度水平為毫米。它們已被廣泛應(yīng)用于監(jiān)控胎兒，以及診斷內(nèi)臟疾病，例如：心臟、肝臟、膽囊、脾、胰、腎以及膀胱等。在過去的 20 多年里，傳統(tǒng)臺式超聲波系統(tǒng)主導(dǎo)了醫(yī)療超聲波應(yīng)用，這是由于超聲波系統(tǒng)的通道數(shù)量巨大和信號處理量大所致。人口老齡化、不斷攀升的保健費(fèi)用和新興經(jīng)濟(jì)的需求，都使得對創(chuàng)新醫(yī)療解決方案的需求日益增長。

高性能且低成本的成熟半導(dǎo)體技術(shù)（例如：數(shù)字信號處理器 DSP）不但極大地提高了醫(yī)療成像設(shè)備的性能，而且還加快了醫(yī)療超聲波成像系統(tǒng)的小型化。另外，系統(tǒng)尺寸的縮小并不意味著性能的降低，小型化超聲波系統(tǒng)可以獲得與傳統(tǒng)臺式系統(tǒng)一樣的性能。目前的便攜式超聲波系統(tǒng)可提供卓越的成像質(zhì)量，以幫助醫(yī)生準(zhǔn)確、及時(shí)地診斷疾病。因此，便攜式系統(tǒng)在諸如及時(shí)創(chuàng)傷診斷以及緊急診斷治療等應(yīng)用中扮演著日益重要的角色。越來越多的超聲波產(chǎn)品廠商正致力于便攜式超聲波系統(tǒng)的開發(fā)，而那些能夠更迅速地推出產(chǎn)品的廠商則可獲得更大的市場份額。

小尺寸、低功耗且高性能的超聲波模擬前端 (AFE) 和 DSP 都是超聲波產(chǎn)品廠商所需要的。更重要的是，超聲波產(chǎn)品廠商想要一種能夠通用于各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而可以最短化他們的開發(fā)周期并加速產(chǎn)品上市進(jìn)程。

超聲波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

超聲波系統(tǒng)因其功能和性能而各異。例如，一些高端系統(tǒng)通常具有 3D、4D 和諧波成像模式，而一些低端系統(tǒng)可能只有 2D B 模式成像和頻譜多普勒成像模式。功能差異化主要取決于數(shù)字后端。高端超聲波系統(tǒng)則要求更多、更快的高端 DSP 計(jì)算資源調(diào)用，從而達(dá)到近乎實(shí)時(shí)的信號處理。很明顯，在高端和便攜式系統(tǒng)之間共用信號處理單元十分困難。但是，在忽略不同性能要求的情況下，超聲波系統(tǒng)一般都具有類似的接收通道架構(gòu)。

如圖所示，超聲波系統(tǒng)接收模擬前端由常用模塊組成，例如：低噪聲放大器 (LNA)、時(shí)間增益控制 (TGA) 放大器、壓控放大器 (VCA)、可編程增益放大器 (PGA)、低通濾波器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。在任何情況下，AFE 的性能都會極大地影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。因此，只要在引腳對引腳兼容封裝中存在滿足不同性能要求的 AFE 產(chǎn)品，那么 AFE 設(shè)計(jì)就可以被標(biāo)準(zhǔn)化，并在各種系統(tǒng)中得到重用。這種標(biāo)準(zhǔn)化可在中低端系統(tǒng)中輕松地實(shí)現(xiàn)，這類系統(tǒng)無需特別的模擬信號調(diào)節(jié)。

然而，目前大多數(shù)的 AFE 產(chǎn)品都不能滿足超聲波產(chǎn)品廠商的這種需求。因此，必須選擇一些單獨(dú)的芯片來滿足袖珍型和臺式系統(tǒng)的各種性能要求。例如，臺式系統(tǒng)或許允許有較高的功耗，但必須要實(shí)現(xiàn)更低的噪聲，反之亦然，因此必須要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

諸如 TI AFE5805 的一些新型 AFE 器件保持了相同的外引腳。其目標(biāo)應(yīng)用為從便攜式到臺式的各種超聲波系統(tǒng)。引腳對引腳兼容性將允許超聲波產(chǎn)品廠商能夠在極大節(jié)省成本和快速投放市場的情況下標(biāo)準(zhǔn)化 AFE 設(shè)計(jì)并設(shè)計(jì)出創(chuàng)新性產(chǎn)品。

模擬前端特性與系統(tǒng)性能的關(guān)系

要時(shí)刻謹(jǐn)記設(shè)計(jì)超聲波系統(tǒng)是一件復(fù)雜的事情，而 AFE 的每一個(gè)特性都會影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。為每一種系統(tǒng)類別平衡選擇各種參數(shù)的能力毫無疑問是一種藝術(shù)。
就便攜式超聲波系統(tǒng)而言，功耗是一個(gè)關(guān)鍵的考慮因素。低功耗意味著更低的電池電量可提供更長的運(yùn)行時(shí)間。但是，其會影響其他參數(shù)，例如：輸入信號范圍、輸入等效噪聲、諧波失真等等，盡管這些性能降低通常對于便攜式（低端）系統(tǒng)而言是可以接受的。(責(zé)任編輯：admin)