超聲應(yīng)用處理器改善成像質(zhì)量

?

　　超聲設(shè)備最廣為人知的應(yīng)用是能夠讓孕婦了解胎兒的發(fā)育情況，但現(xiàn)在已發(fā)展出許多其它應(yīng)用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)婦科應(yīng)用的范疇。

　　例如，在獸醫(yī)領(lǐng)域，常常使用超聲技術(shù)來(lái)診斷貴重動(dòng)物的疾病，以及監(jiān)控大型動(dòng)物的食品生產(chǎn)情況。在工業(yè)領(lǐng)域，用戶可以使用超聲設(shè)備掃描橋梁等有無(wú)裂紋和缺陷。

　　隨著新興應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，人們對(duì)超聲設(shè)備的性能和便攜要求日益提高。性能驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用，如心臟病學(xué)和4D圖像處理等，需要大量的通道、功能和選項(xiàng)，功耗不是主要因素，因?yàn)檫@類設(shè)備一般是在病床旁邊、手術(shù)室或護(hù)士站對(duì)病人進(jìn)行診斷。然而，在缺少或沒有可靠電源的情況下，如偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)村診所、緊急醫(yī)療服務(wù)和畜牧場(chǎng)等，則需要使用便攜式設(shè)備。

　　設(shè)計(jì)超聲設(shè)備需要權(quán)衡許多因素。例如，便攜性和性能之間必須取得平衡。為此，ADI公司開發(fā)出了針對(duì)超聲設(shè)備的AD927x系列模擬前端(AFE)，LNA/VGA/AAF和ADC完全集成于一個(gè)器件中。任何超聲設(shè)備在通過波束成形器對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理之前，都會(huì)用到這種模擬信號(hào)鏈。低功耗處理器AD9273(每通道100 mW)專為便攜式設(shè)計(jì)而開發(fā)，滿足口袋型復(fù)雜單元的需求;低噪聲處理器AD9272則能滿足最高動(dòng)態(tài)范圍手推式超聲系統(tǒng)的性能需求。

　　更高分辨率

　　成像質(zhì)量是所有超聲設(shè)備的關(guān)鍵考慮。圖像越清晰，則診斷越快速、越準(zhǔn)確。聲波信號(hào)穿透皮膚時(shí)，衰減幅度約為1 dB/cm/MHz。假設(shè)使用8 MHz探頭，穿透深度為4 cm，并且同時(shí)考慮傳出和返回衰減，則從人體內(nèi)部組織返回的信號(hào)與近表皮反射信號(hào)相差64 dB (4 × 8 × 2)。這意味著，成像分辨率必須為40 dB以上，才能補(bǔ)償骨骼、電纜和其它不匹配所造成的損失。根據(jù)具體應(yīng)用不同，所需的動(dòng)態(tài)范圍可能接近120 dB。為了正確看待這一點(diǎn)，假設(shè)有一個(gè)0.5 V p-p滿量程信號(hào)，在10 MHz帶寬中其噪底為0.86 nV/√Hz，這意味著輸入動(dòng)態(tài)范圍為96 dB。多個(gè)通道會(huì)使動(dòng)態(tài)范圍提高10log(N)(N為通道數(shù))。例如，128個(gè)通道會(huì)使動(dòng)態(tài)范圍提高21 dB，這就將動(dòng)態(tài)范圍的實(shí)際限制確定為117 dB(即96 + 21)。

　　更高集成度

　　相比于分立多通道器件，集成超聲的完整時(shí)間增益壓縮路徑可提供多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。多通道、多器件集成降低了對(duì)PCB尺寸和功耗的要求，所以一般能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法。例如，以前的處理器要求獨(dú)立的低噪聲放大器(LNA)、可變?cè)鲆娣糯笃?/u>(VGA)、抗混疊濾波器(AAF)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)，每個(gè)器件都需要經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)整才能與其它器件配合工作。大多數(shù)超聲系統(tǒng)都有許多通道，從16通道到256通道不等，每個(gè)通道的路徑中都有LNA/VGA/AAF/ADC功能。以前，超聲設(shè)備設(shè)計(jì)師不得不使用分立器件來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能，使得系統(tǒng)電路板非常龐大。