應對便攜超聲系統低功耗高性能的挑戰
發布時間：2011-1-19 13:39
發布者：李寬
關鍵詞：
超聲
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作者：王麗英 日期：2010-11-8 世界人口數目不斷飆升，老齡化問題日益嚴峻，令醫療診斷及護理設備的需求持續上漲。目前的醫療設備都較為笨重、價格昂貴，且能耗巨大，醫護人員需要外型小巧、能源效率較高且極具成本效益的醫療診斷設備。 在全球各地，便攜式醫療診斷設備的需求不斷增加。預期在2050 年之前世界人口將增加23 億，他們大部分集中在發展中國家，且多數都無法負擔昂貴的醫療費用，在這些發展中國家，急需大量低成本高性能的便攜醫療診斷設備；即便在發達國家，例如美國，有統計表明，其人口之中有20%前往鄉鎮診所看病，而這些診所需要的都是小型的便攜式醫療設備；另外，救護車、急救人員、戰地、災區及其他欠缺醫療服務的偏遠地區都需要便攜式診斷設備，這些因素都促使便攜式醫療診斷設備的需求不斷上升。其中，便攜式超聲系統是最普遍采用的一種有效快速的診斷設備。 目前醫院常提供的B超和彩超都是超聲診斷系統，一般都是臺式設備，外型龐大。要想設計出便攜式超聲診斷系統，必須克服功耗和性能的挑戰：采用電池供電的便攜式超聲系統必須盡量降低能耗，但同時必須確保設備運行時電池由始至終都能提供充足的供電；同時，小型的設備也必須確保極高的影像分辨率，即使在現場操作也能發揮卓越的性能，幫助醫生作出正確的診斷。 美國國家半導體公司前不久推出了一款專為便攜式超聲波系統而設計的8通道超聲波發射/接收芯片組，這款PowerWise芯片組采用創新電路架構，讓工程師可以設計電池壽命更長、且影像分辨率可媲美大型超聲波掃描機的便攜式超聲波系統。 
圖 PowerWise8通道超聲波發射/接收芯片組方案 這款8通道芯片組由4顆芯片組成，內置了一切必要的電路，其中包括接收系統模擬前端電路（AFE）（LM96511）、發射/接收系統開關（LM96530）、發射系統脈沖發生器（LM96550）及可配置發射系統波束成形器（LM96570）。其高度集成的特性令系統設計師可以利用該芯片組來開發小巧輕盈、影像更清晰、更易據此作出準確診斷的128通道便攜式超聲波系統。 并且，4顆芯片間協同工作令芯片組可實現超高性能及效率。例如，只要重新配置發射系統波束成形器，便可校準電路板走線之間的延遲誤差以及脈沖發生器的延遲誤差。這樣可大幅改善失真情況，而且還可讓系統進行第二次諧波成像。發射/接收系統開關也讓系統設計師在設計上有更大的靈活性，他們可以為偏壓電流靈活地選擇不同的設置值，以便在功耗與性能之間做出適當的取舍。 該模擬前端電路采用非常獨特的架構，不但能確保出眾的影像質量，還可將B模式的功耗盡量降低。這顆模擬前端電路還內置業界最高分辨率的數字可變增益放大器（DVGA）及低功耗的連續時間Sigma-delta (CTSD) 模擬/數字轉換器（ADC）。此外，數字可變增益放大器還具有多個傳統模擬可變增益放大器所沒有的優點，例如，各通道之間可以更好地校準并具有更好的信號頻譜性能。連續時間Sigma-delta ADC本身還有磚墻式混疊信號濾除功能。相比之下，采用傳統流水線式ADC的模擬前端電路不但功耗較高，而且濾除混疊信號的能力也較低。 美國國家半導體為便攜式超聲波系統提供一個全方位的信號路徑解決方案，其中包括時鐘電路及電源管理芯片。同時，為這款芯片組提供了全套評估套件、參考電路圖及設計工具，讓用戶可以仔細評估芯片性能，加快產品上市時間。 |
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