pg下载赏金下载 浅谈高效超声系统工作原理

在二十世纪九十年代初期，那种体积大小跟现代笔记本电脑差不多的“便携式”电话（有的时候也会被叫成“背包电话”）得到了广泛应用。从那之后，不到二十年时间，口袋那般大小的手机就能够进行邮件收发、文字消息传递、拍照、股票查询、预约活动，自然而然也能够跟世界上任何一处地方的人进行通话。与之相类似的是，在医疗这个领域当中，早期被称作“便携式”的超声系统是需要借助推车来移动的模式，并且功耗偏大，成本也十分高昂。可喜的是，借助于芯片集成以及功耗调整这些技术方向的突破，超声系统在近些年来也有了新进展。

众多技术突破促使了超声系统的产生，该超声系统更便于携带，更具高效性，有着更为出色的成像性能，且具备更多功能。其拥有更高的动态范围，具备更低的功耗，还有更为紧凑的系统级IC，从而能够提供高质量的图像，进而可更利于进行诊断。未来的超声系统有可能是手持式的，并且会成为医师的第二个“听诊器”。

超声信号链

图1所展示的，是一个超声系统信号链的简化框图，所有超声系统在相对较长电缆的末端运用换能器，电缆长度通常为两米，此电缆最少含有8个，多则可达256个微型同轴电缆，它是系统里较为昂贵的部件之一pg下载网站麻将胡了，在几乎所有系统中，换能器基元直接对电缆进行驱动，电缆电容成为换能器基元的负载，进而引发很大的信号衰减，它需要一个高度灵敏的接收器来维持动态范围并达成系统性能。

在发射端正处于（Tx路径）之时，对于专门设定的、针对所需焦点的脉冲序列延迟模式，是由波束成形器来决定的。而后，波束成形器所输出的结果，会被作用于高压发射放大器进行放大，以此来驱动换能器。这些放大器是受到数模转换器以及高压FET开关阵列所控制的，其目的在于将发射脉冲进行整形，从而能够更好地把能量传输至换能器基元。在接收端这里，用于阻挡高压Tx脉冲之主要物具——发射 / 接收（T / R）开关，通常情况下是一个二极管电桥。一些阵列借助于将高压（HV）多路复用器，还有解复用器相结合的方式用于处理相关事宜，以此来达成减轻发射以及接收硬件复杂度这一目的，可是采用这种做法会致使灵活性方面有所缺失，。

由低噪声放大器、即LNA，可变增益放大器、也就是VGA，以及模数转换器、即ADC，共同构成了时间增益控制、也就是TGC的接收路径。VGA通常会提供线性dB增益控制，以此来与超声信号反射衰减相匹配。在操作人员加以控制的情况下，TGC路径被用于在扫描过程当中保持图像的均匀性。低噪声的LNA对于尽可能去降低随后的VGA产生的噪声分配是极为关键的。在存在需要输入阻抗匹配之处被应用时，有源阻抗控制能够使噪声性能得以实现且得以保持 。

经由VGA把宽动态范围的输入信号予以压缩，借此满足ADC的输入范围的要求，LNA折合到输入端的噪声对可分辨的输入信号形成了限制，且折合到输出端的噪声主要是由VGA决定的，它对特定增益控制电压之下能够处理的瞬时动态范围进行了限制，该限制是依据量化本底噪声据此设定的，而量化本底噪声是由ADC的分辨率所决定的，早期的超声系统是基于10位ADC的，然而多数现代系统运用的是12或14位ADC。

具有限制信号带宽作用的抗混叠滤波器(AAF)，在抑制ADC之前TGC路径里的无用噪声方面，也有着相应的功能呈现，是会发挥此种抑制作用的 。

医用超声的波束成形，指的是信号的相位对准以及求和，这些信号是由共同的信号源生成的，不过，却是由多基元超声换能器在不同的时间点接收。在连续波多普勒，也就是CWD路径当中，要对接收器通道进行移相以及求和，以此来提取相干信息。波束形成具备两个功能，其一，是为换能器定向，以便提高其增益，其二，是定义人体内的焦点，通过该焦点能够得到回波的位置。

波束成形能运用成两种不一样的办法来达成：模拟波束成形，也就是ABF，以及数字波束成形，也就是DBF。ABF与DBF系统二者之间的主要差异在于达成波束成形的方式；这两种办法都需求良好的通道间匹配。ABF运用模拟延迟线加之求和，仅仅需要一个精密的高分辨率、高速的ADC。DBF系统属于目前的办法，它运用“诸多”高速、高分辨率的ADC。DBF系统里的信号应当尽量靠近换能器基元去进行信号采样，接着把信号延迟并且对其开展数字求和。

集成和分割策略

超声系统具备这般多的通道以及元器件pg下载，尽管技术已然有了极大程度的进步，可依旧归属于当下复杂的系统，恰似其他复杂系统那般，存在着诸多能够进行系统分割的办法，本节会对一些超声分割策略予以回顾。

早期超声系统采用模拟波束成形技术，这需要用到大量模拟元器件。TGC和Rx/Tx路径上的数字处理靠定制ASIC来达成。在多通道VGA、ADC和DAC广泛启用之前，此种方法颇为常见。ASIC有大量栅极，其数字技术未针对诸如放大器和ADC这样的模拟功能做优化。运用ASIC的系统在很大程度上得依赖供应商产品的可靠性。

实现便携性的步骤是，将ASIC、FPGA以及DBF技术，与分立式IC ADC和VGA结合来使用，而且要使用多通道，也就是N通道与八通道 。

尺寸与功耗因TGC、ADC以及DAC而得到大幅下降，这些多通道元器件能让设计人员把敏感模拟电路从数字电路中分割到独立电路板上，如此一来可缩减系统尺寸，且有利于在多个平台上重复利用电子电路。

然而，互连N通道与八通道VGA还有ADC，且引脚数高pg下载麻将胡了A.旗舰厅进体育.cc，这会让PCB走线路由变得困难，在某些情况下，会迫使设计人员使用通道数较少的器件，比如说，改从八通道ADC转为使用N通道ADC。把大量多通道元器件放置在小面积内，这还会导致散热问题。进行分割，这可能会变得很有挑战性。

采用进一步多通道、多器件集成的完整TGC路径让设计变得更易，这是由于PCB尺寸要求以及功耗要求得以进一步降低，随着更集成方案被广泛使用，成本减小，尺寸减小，功耗减小，便携式系统的电池寿命变得更长。

可以采用超声子系统构建这类架构，比如AD9271，它包含LNA，它包含VGA，它包含可编程抗混叠滤波器，它有12位ADC，它还有八个TGC。

通道的串行LVDS输出。

终极的超声解决方案能够在探头之内集成更多的电子之功能，并且尽可能地靠近换能器基元。要记住，探头基元的电缆会对动态范围加以限制，而且成本颇为高昂。要是前端电子元件更加靠近探头，那么电缆损耗所造成的影响就会更小，能够降低LNA的要求并且进而降低功耗。有一种方法是把LNA移至探头电子器件当中；另一种方法是分割探头和PCB电子器件的VGA控制。最终，系统的尺寸变得更小，足以装进超小型封装之内。如此做的不足之处在于设计人员又回到了起始点，需要去定制探头。也就是说，探头或者电子器件定制，会让现代从事设计工作的人员，遭遇以往那些使用数字ASIC的设计人员曾碰到的相同问题。

使用现代IC调节电源/性能

超声包含范围极为广阔的各类应用，所以系统设计人员要做的权衡抉择也就更多。每一种诊断成像模式都存在不足之处，一般是性能与功耗之间的权衡。如今，这些棘手难题由能让设计人员在IC内部调节性能与功耗比例的元器件给解决了，进而使得产品上市时间得以缩短。同样，我们期望超声子系统能够在IC内部给出一系列选项，用以调节输入范围、偏置电流、采样速率以及增益。依据所规定的成像模式，或者探针类型，系统设计人员差不多能够在实时状态下，针对设计的适用性展开系统的调整，并且以特定的功耗，给出特定的性能。

针对这些器件，设计人员还能够运用配置设计工具，进而能够对各类单独的探头以及图像模式性能展开评估，就如同图3所呈现的那样。系统设计人员能够迅速地做出这些权衡与取舍，并且直接于IC级别对系统设计予以调节。照此情形，便不需要去更改硬件，且无需执行复杂的图像处理测试用以验证这些权衡与取舍。

此外，有一种配置工具，它能够把配置参数转变为数字设置，并且会去生成一个文件，然后将这个器件的最终配置复制到系统里 。

结论

医疗与工业应用里，超声系统持续朝着便携性以及低功耗的方向发展，所有这类系统有着相似要求，且近些年来达成了集成与功耗调节方面的创新。

集成式多通道器件有进步，这进步体现于进一步降低了功耗，还降低了尺寸，也降低了成本。无疑，有一些创新产品与配置工具，这些能让系统设计人员更轻松。这就为开发多样化超声产品提供了途径，这些超声产品是可根据具体成像模式进行配置的，还能进行性能与功耗调节 。

多数超声设备制造商所拥有的知识产权，也就是IP，集中于探头处以及波束成形技术方面。多通道集成电路里常用的器件涵盖了N通道类型，再来就是八通道的数据采集转换器，它们能够削减高成本模拟元器件的运用数量，并且降低耗时又耗力的时间增益补偿通道校准所需要求。超声系统的其他部分还能够进一步实施集成操作。把更多的信号链部分实施集成可往后达成降低功耗、缩小尺寸以及减少成本这几个要求，与此同时还能提升处理能力。