圖4 簡(jiǎn)化的ABF系統(tǒng)框圖

圖5 簡(jiǎn)化的DBF系統(tǒng)框圖

動(dòng)態(tài)范圍

在前端電路中，LNA的本底噪聲決定了可以接收到的最微弱的信號(hào)。但同時(shí)，特別是在CW Doppler信號(hào)處理中，LNA卻還必須能承受極強(qiáng)的信號(hào)。因此能否盡量提高LNA的動(dòng)態(tài)范圍就變得非常關(guān)鍵（一般來(lái)說(shuō)，由于噪聲性能方面的限制，在LNA前無(wú)法采取任何濾波措施）。請(qǐng)注意，這些條件同樣也適用于任何接收機(jī)，在通信應(yīng)用中，最靠近天線的電路也并不能享受到多少濾波帶來(lái)的好處；相應(yīng)的，它也需要能承受最大的動(dòng)態(tài)范圍。

在超聲系統(tǒng)的所有信號(hào)中，CW Doppler具有最大的動(dòng)態(tài)范圍；對(duì)于CW來(lái)說(shuō)，換能器陣列的一半用于發(fā)射正弦波，而另一半則進(jìn)行接收。因此Tx信號(hào)很有可能泄漏到Rx側(cè)，從接近人體表面的靜止的部位反射回來(lái)的信號(hào)的強(qiáng)度也很高。這就很有可能干擾，例如，對(duì)體內(nèi)深處的靜脈的血流的檢測(cè)（所產(chǎn)生的Doppler信號(hào)很微弱）。

就目前的技術(shù)發(fā)展水平來(lái)看，CW Doppler信號(hào)還無(wú)法通過(guò)數(shù)字波束成形（DBF）系統(tǒng)中的主成像（B模式）和PW Doppler（F模式）進(jìn)行處理；正因?yàn)槿绱?，圖1中的CW Doppler處理采用了模擬的波束成形器（ABF）。ABF具有更大的動(dòng)態(tài)范圍，自然，DBF超聲的“圣杯”（最高目標(biāo)），是讓所有的模式都能通過(guò)DBF鏈來(lái)處理（成本要保持在合理范圍內(nèi)），因此現(xiàn)在正在進(jìn)行的研究都針對(duì)如何實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)來(lái)開(kāi)展。
功耗

因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.j9360.com/news/listbylabel/label/超聲系統(tǒng)">超聲系統(tǒng)需要很多通道，前端元件的功耗——從T/R開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)LNA、VGA和ADC一直到波束成形器的數(shù)字電路——都是非常關(guān)鍵的指標(biāo)。正如上面所指出的那樣，推動(dòng)前端的動(dòng)態(tài)范圍不斷提高的動(dòng)力始終存在，其目標(biāo)是最終將所有的超聲模式集成到一個(gè)波束成形器中，這一趨勢(shì)最終將導(dǎo)致系統(tǒng)中功耗的上升。不過(guò)，在此發(fā)展過(guò)程中又相應(yīng)出現(xiàn)不斷減小超聲系統(tǒng)尺寸的需求，這一趨勢(shì)又將導(dǎo)致系統(tǒng)功耗的降低。數(shù)字電路的功耗往往隨著電壓的降低而降低，但對(duì)于模擬和混合信號(hào)電路來(lái)說(shuō)這并不一定成立。此外，考慮到降低模擬“裕度”會(huì)減小動(dòng)態(tài)范圍，要保證所需要的動(dòng)態(tài)范圍，電源電壓的減少必然存在一個(gè)最低限度。

結(jié)論

我們努力通過(guò)本文來(lái)闡述針對(duì)超聲應(yīng)用的前端IC方面所需要做出的折中取舍，首先解釋了這樣一種系統(tǒng)的基本工作原理，然后指出了為了確保最優(yōu)的系統(tǒng)工作性能，需要具備何種特定的性能參數(shù)。本文的一個(gè)更為完整的版本1將提供更多的細(xì)節(jié)。