90年代初期，便攜式電話風(fēng)靡一時(shí)。隨著膝上型計(jì)算機(jī)的體積縮小，它們也被稱為“背包電話”。目前，電子行業(yè)已經(jīng)取得長足的發(fā)展，現(xiàn)今的手機(jī)可以發(fā)送電子郵件和短信，可以拍照、查詢股票價(jià)格、安排會議，當(dāng)然，也可以同世界上任何地方的任何人通話。同樣在醫(yī)療領(lǐng)域中，以前所謂的便攜式系統(tǒng)裝載在手推車上，并且可以拖拽，但是實(shí)際上它們是難于拖拽的。幸而超聲系統(tǒng)也在持續(xù)改進(jìn)，并且被醫(yī)生們稱為“新型聽診器”。
本文將回顧經(jīng)典的超聲信號鏈路，討論不同的系統(tǒng)劃分策略以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)，并且展示這些系統(tǒng)劃分策略在便攜式超聲應(yīng)用中的意義。
超聲信號鏈路
圖1所示的是超聲系統(tǒng)的簡化原理圖。系統(tǒng)的均位于相對較長的電纜末端，這些電纜約兩米長。這些電纜包含有至少8個(gè)至256個(gè)微型同軸電纜，是系統(tǒng)最昂貴的部件之一。幾乎在每個(gè)系統(tǒng)中，電纜由傳感器單元直接驅(qū)動。電纜的電容成為傳感器元件的負(fù)載，引起了很大的信號損耗，這對接收端提出了靈敏度的要求，以便保持動態(tài)范圍和實(shí)現(xiàn)最佳系統(tǒng)性能。
圖1. 典型的超聲信號鏈路
在發(fā)射端(Tx路徑)，波束成形器確定了延遲模式和脈沖序列，其是專為所需的焦點(diǎn)而設(shè)定的。然后，驅(qū)動傳感器的高壓發(fā)射放大器將波束成形器的輸出放大。這些放大器可由數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)或者高壓FET開關(guān)陣列控制，將發(fā)射脈沖整形，以便較好的將能量傳遞到傳感器單元。而在接收端，發(fā)射/接收(T/R)開關(guān)(通常是二極管電橋)阻擋Tx高壓脈沖。在某些陣列中使用高壓(HV)多路復(fù)用器/多路分離器減少發(fā)射和接收硬件的復(fù)雜度，但是這犧牲了靈活性。
時(shí)間增益控制()路徑由一個(gè)低噪聲放大器(LNA)、一個(gè)可變增益放大器(VGA)和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)構(gòu)成。在操作人員的控制下，TGC路徑用于在掃描過程中保持圖像的均勻性。良好的噪聲性能取決于LNA，它可以減少后面的VGA對噪聲的貢獻(xiàn)。對于受益于輸入阻抗匹配的應(yīng)用，有源阻抗控制可以優(yōu)化噪聲性能。
通過VGA將寬動態(tài)范圍的輸入信號壓縮，以滿足ADC的輸入范圍要求。LNA的折算至輸入端的噪聲限制了可分辨的最小輸入信號，而折算至輸出端的噪聲主要取決于VGA，它限制了特定增益控制電壓下的最大瞬時(shí)動態(tài)范圍。該限制是根據(jù)量化的本底噪聲設(shè)定的，而量化本底噪聲由ADC的分辨率決定。
抗混疊濾波器(AAF)限制了信號帶寬，同時(shí)也限制了ADC之前的TGC路徑中的其它噪聲。
醫(yī)用超聲的波束成形被定義為信號的相位對準(zhǔn)和求和，該信號由共同的源生成，但是由多元超聲傳感器在不同的時(shí)間點(diǎn)接收。在CWD路徑中，對接收器通道進(jìn)行移相和求和，以提取一致的信息。波束成形具有兩個(gè)功能：一個(gè)是向傳感器指明方向，即提高其增益，另一個(gè)是定義人體內(nèi)的焦點(diǎn)，由該焦點(diǎn)得到回波的位置。
