一种适用于多个系统的设计:经改造的超声波系统设计

　　引言

　　由于具有安全性、低成本和实时性能，超声波成像已成为一种重要的医疗成像方法。近年来，人口老龄化、日益增长的医疗保健成本和新兴经济的需求导致了对创新型医疗解决方案需求的急剧增长。

　　具有更高性能及更低价格的成熟的半导体技术(如DSP)不但大大推动了医疗成像设备的发展，还促进了医疗超声波成像系统的小型化，而缩小系统尺寸并不意味着性能的降低。目前的便携式超声波系统可提供较好的成像质量，以帮助医生进行准确、及时的诊断。因此，便携式系统在诸如快速创伤诊断、急诊及治疗等应用中发挥着越来越重要的作用。由于越来越多的超声波设备厂商致力于开发便携式超声波系统，因而只有那些能够更为迅速地推出产品的厂商才能获得更多的市场份额。

　　超声波模拟前端(AFE)和小尺寸、高性能DSP都是超声波设备厂商所需要的。更为重要的是，超声波设备厂商正迫切需要一种可以和各种系统共享的设计，以最大化地缩短开发周期从而加速产品上市进程。

　　超声波系统结构

　　超声波系统因其功能和性能不同而各有差异。例如，3D、4D和谐波成像模式通常被用于高端系统，而ZDB一模式成像和频谱多普勒有可能被用于一些低端系统。各个系统的功能差异主要取决于数字后端。高端超声波系统要求更多和更快的计算能力，各个系统都需要具有接近实时信号处理的高端DsP。显然，在高端便携式系统之间实现信号处理单元共享是非常困难的。但是，在不考虑不同性能要求的情况下，超声波系统通常拥有相似的接收通道架构。

　　如图1所示，超声波系统的接收模拟前端由一些通用模块组成，如低噪声放大器(LNA)、时间增益控制(TGC)放大器、电压控制放大器(VCA)、可编程增益放大器(PGA)、低通滤波器(LPF)以及模数转换器(ADC)。无论是哪种情况，AFE的性能都会极大地影响整个系统的性能。因此，只要有能够在一个引脚对引脚兼容的封装中满足不同性能要求的AFE产品，那么AFE设计就可以被标准化并在各种系统中得到重复使用。由于不需要特别的模拟信号调节，这种标准化可以在中低端系统中很容易地实现。

　　但是，目前大多数的AFE产品都无法满足这种需求。因此，必须选择一些独立的芯片来满足袖珍式和控制台式系统的不同性能要求。例如，控制台式系统可承受高功耗，但必须要实现更低的噪声，反之亦然，因此必须重新设计。

　　现在，市场上出现了一些新型的AFE器件，如Tl推出的AFE5805，它允许超声波厂商标准化AFE设计。这些具有相同引脚的器件可用于从便携式到控制台式的各种超声波系统。引脚对引脚兼容意味着，超声波设备厂商不但可以设计出创新的产品，同时能极大地节约成本并加速产品上市进程。