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超聲系統(tǒng)的信號鏈設(shè)計注意事項

2019-07-16 16:22:33 德州儀器
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摘要:

 
高性能超聲成像系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各種醫(yī)學(xué)場景。在過去十年中，超聲系統(tǒng)中的分立電路已經(jīng)被高度集成的芯片（IC）所取代。先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)不斷推動系統(tǒng)性能優(yōu)化及尺寸小型化。這些變革都得益于各類芯片技術(shù)，如專用低噪聲放大器、多通道低功耗ADC、集成高壓發(fā)射、優(yōu)化的硅工藝和多芯片模塊封裝。隨著芯片功耗和尺寸減小至原來的20%，。此外，得益于低功耗、高性能硅工藝的發(fā)展，部分波束合成預(yù)處理模塊已經(jīng)集成于通用的模擬或混合信號芯片而非專用的數(shù)字處理器。同時，先進(jìn)的高速串行或是無線接口大大降低了系統(tǒng)布局復(fù)雜度，并且能夠?qū)⒈M可能多的RF數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)集成芯片（SOC）、CPU或GPU。當(dāng)前超聲技術(shù)的應(yīng)用也從特定的放射學(xué)診斷擴(kuò)展到各類便攜式應(yīng)用，床旁實時監(jiān)測以及醫(yī)療現(xiàn)場就地檢查等各個領(lǐng)域。

 
本應(yīng)用指南綜述了超聲系統(tǒng)的架構(gòu)和原理，分析了系統(tǒng)設(shè)計的注意事項，綜述了應(yīng)用于超聲芯片的先進(jìn)技術(shù)，最后講解了醫(yī)學(xué)超聲芯片的模擬參數(shù)。 

 
 注：本應(yīng)用指南是基于徐曉辰所發(fā)表的書籍章節(jié)及論文翻譯而成。如需轉(zhuǎn)載，請聯(lián)系TI及作者。

 
目錄


超聲系統(tǒng)的信號鏈設(shè)計注意事項... 1
摘要... 1
圖片列表... 3
1.     醫(yī)學(xué)超聲成像... 4
2.     聲波產(chǎn)生和傳播的原理... 4
3.     換能器指標(biāo)與圖像質(zhì)量... 6
4.     超聲成像模式... 7
A模式和B模式... 7
多普勒超聲... 8
其他成像模式... 11
5.     超聲波電子學(xué)... 12
發(fā)射器和接收器... 12
波束合成器... 13
數(shù)字信號處理... 15
6.     模擬前端設(shè)計中的工藝選擇... 16
7.     超聲波的模擬參數(shù)... 18
過載恢復(fù)... 18
多普勒應(yīng)用中的信號和噪聲調(diào)制... 19
連續(xù)波（CW）多普勒規(guī)范... 20
8.     總結(jié)... 22
參考文獻(xiàn)... 23
 

 圖片列表

圖1.典型超聲系統(tǒng)的簡化框圖... 4
圖2.換能器振動、聲波傳播和反射... 4
圖3.典型的換能器。（A）單元件換能器 ；b）1D陣列換能器；（c）2D陣列換能器（由USC、Vermon和Philips提供）... 5
圖4.掃描模式。（a）A模式掃描行，（b）B模式圖像，（c）3D聲束掃描，以及（d）B模式（子圖1、2、3）和3D（子圖4）臨床圖像（由Philips提供）... 8
圖5.連續(xù)波（CW）多普勒測量配置。... 9
圖6.脈沖波多普勒測量配置。... 10
圖7.彩色多普勒成像：（a）以彩色多普勒和CW模式獲得的圖像（由Philips提供）； （b）顯示頸動脈狹窄的彩色多普勒（由GE提供）... 11
圖8.典型超聲電子電路的框圖... 12
圖9.用于時間增益補(bǔ)償?shù)碾妷嚎刂品糯笃?.. 13
圖10.用于在（a）發(fā)射相和（b）接收相中聚焦聲束的換能器波束合成器... 14
圖11.數(shù)字波束合成器圖解... 14
圖12.CMOS與BiCMOS設(shè)計的比較... 16
圖13.多芯片模塊封裝... 17
圖14.AFE近期的顯著改善... 17
圖15.過載恢復(fù)（a）輸入信號；（b）輸出信號... 19
圖16.PSMR（a）和IMD3（b）描述... 20
圖17.CW的簡化框圖... 21
圖18.混頻器操作的框圖... 21


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