基于處理器超聲成像質量的改善

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

例如，在獸醫(yī)領域，常常使用超聲技術來診斷貴重動物的疾病，以及監(jiān)控大型動物的食品生產情況。在工業(yè)領域，用戶可以使用超聲設備掃描橋梁等有無裂紋和缺陷。

隨著新興應用的不斷涌現，人們對超聲設備的性能和便攜要求日益提高。性能驅動的應用，如心臟病學和4D圖像處理等，需要大量的通道、功能和選項，功耗不是主要因素，因為這類設備一般是在病床旁邊、手術室或護士站對病人進行診斷。然而，在缺少或沒有可靠電源的情況下，如偏遠鄉(xiāng)村診所、緊急醫(yī)療服務和畜牧場等，則需要使用便攜式設備。

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

更高分辨率

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

更高集成度

相比于分立多通道器件，集成超聲的完整時間增益壓縮路徑可提供多項優(yōu)勢。多通道、多器件集成降低了對PCB尺寸和功耗的要求，所以一般能夠簡化設計方法。例如，以前的處理器要求獨立的低噪聲放大器(LNA)、可變增益放大器(VGA)、抗混疊濾波器(AAF)和模數轉換器(ADC)，每個器件都需要經過長時間的調整才能與其它器件配合工作。大多數超聲系統(tǒng)都有許多通道，從16通道到256通道不等，每個通道的路徑中都有LNA/VGA/AAF/ADC功能。以前，超聲設備設計師不得不使用分立器件來實現各項功能，使得系統(tǒng)電路板非常龐大。

隨著芯片內置的功能越來越多，給設計帶來的好處包括：成本得以降低、適用范圍更廣、尺寸更小、功耗更低。此外，便攜式單元在滿足高成像質量要求的同時，產生的熱量也更少，電池使用時間更長。

AD927X系列

AD927x系列處理器將8個LNA/VGA/AAF/ADC通道和1個交叉點開關集成于一個完整的時間增益壓縮路徑——超聲設備最常見的接收器路徑中，有助于減少所需器件的數量，縮小電路板空間。利用這些新型處理器，超聲設備設計師可以靈活地用功耗換取性能。例如，低噪聲、高性能AD9272一個完整通道的噪聲僅有0.86 nV/√Hz，而低功耗AD9273在40 MSPS時的功耗僅為每通道100 mW。兩款處理器引腳兼容，使用串行I/O來降低引腳數量，因而每通道面積比多器件設計減少33%以上。

集成多通道器件的進步使系統(tǒng)靈活性不斷提高。隨著超聲市場的發(fā)展，集成豐富功能的器件和能夠縮短系統(tǒng)設計周期的配置工具將催生創(chuàng)新的在線產品，為開發(fā)各種可配置、可擴展、多樣化的超聲產品提供便利，從而滿足更高成像質量的需求。