【導讀】超聲波（Ultrasound）是指頻率高于兩萬(wàn)赫茲的聲波，在工業(yè)、醫療等領(lǐng)域均有具體應用。隨著(zhù)醫療技術(shù)的進(jìn)步和設備的不斷更新，超聲已經(jīng)成為醫學(xué)領(lǐng)域不可或缺的應用技術(shù)。醫學(xué)超聲設備主要利用超聲波對于人體不同部位反饋產(chǎn)生的信號或能量屬性，對于人體的異常狀態(tài)或疾病進(jìn)行診斷或治療。

超聲波（Ultrasound）是指頻率高于兩萬(wàn)赫茲的聲波，在工業(yè)、醫療等領(lǐng)域均有具體應用。隨著(zhù)醫療技術(shù)的進(jìn)步和設備的不斷更新，超聲已經(jīng)成為醫學(xué)領(lǐng)域不可或缺的應用技術(shù)。醫學(xué)超聲設備主要利用超聲波對于人體不同部位反饋產(chǎn)生的信號或能量屬性，對于人體的異常狀態(tài)或疾病進(jìn)行診斷或治療。

目前，醫學(xué)超聲應用最多的領(lǐng)域就是利用超聲技術(shù)進(jìn)行診斷，主要通過(guò)超聲聲束掃描人體部位成像，即通過(guò)對反射信號的接收、處理，以獲得體內器官的圖像。隨著(zhù)醫療超聲設備探頭的實(shí)時(shí)移動(dòng)獲得患者體內器官的具體圖像，可提供淺表、腹部、心臟、婦產(chǎn)、泌尿、肌骨等全方位掃查，是軟組織檢查的常見(jiàn)診斷方法。

超聲的技術(shù)趨勢

數字化和小型化是目前醫學(xué)超聲的主要發(fā)展趨勢之一。傳統的推車(chē)式、大探頭超聲設備體積巨大且價(jià)格昂貴，而現在市場(chǎng)中的小型化超聲設備經(jīng)過(guò)更新發(fā)展，在保證圖像清晰和高分辨率的同時(shí)，不僅功能更完善、探頭也更多樣化。這些新型的小型設備能更好的滿(mǎn)足醫院臨床科室、基層醫療市場(chǎng)、院外災害急救等多種場(chǎng)景的需求，降低醫療工作者的工作難度。

國內外有不少廠(chǎng)商都在推進(jìn)上述趨勢，其中有一些技術(shù)更是行業(yè)內普遍有感知的，比如可以放到設備探頭中的子波束形成器（Sub Beamformer），對溫度敏感且要求極低功耗的超低功耗（Ultralow Power），以及目前業(yè)內普遍感興趣的無(wú)線(xiàn)連接（Wireless Connection）。

除此之外，醫學(xué)超聲的另一個(gè)發(fā)展方向就是高性能，這也是目前全球醫學(xué)超聲共同的努力方向。從大范圍來(lái)說(shuō)，近些年國內的廠(chǎng)商在這個(gè)方向上正在逐步和國際廠(chǎng)商接軌，但在心臟科等主要關(guān)鍵領(lǐng)域依然和國際頂級的應用有差距，比如更高的圖像質(zhì)量、更全面的功能以及更好流程等。

從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，更高的圖像質(zhì)量就意味著(zhù)更低的噪聲、更高的信噪比（SNR），而更高的信噪比又對通道數提出了更高的要求，從以前的32、64通道到現在的128甚至256通道。近十年來(lái)整個(gè)接收端的模擬性能并沒(méi)有太大提升，雖然通過(guò)線(xiàn)性發(fā)射和增加通道數可以帶來(lái)一定的效果，但與此同時(shí)多波數也意味著(zhù)波束形成器的數據量越來(lái)越大，所以Software Beamformer也是追求高性能的一個(gè)趨勢。

ADI 的醫療超聲解決方案

在醫療超聲整個(gè)行業(yè)中，ADI能提供低噪聲、低功耗模擬前端、精密放大器、轉換器以及電源等解決方案，在業(yè)內擁有較高的知名度。從下面超聲整體解決方案的架構圖中可以看到，除去探頭（Transducer）和FPGA的波束形成器（Beamformer）等這類(lèi)非芯片廠(chǎng)商產(chǎn)品，ADI的產(chǎn)品幾乎涵蓋了包括發(fā)射鏈路、接收鏈路等在內的整個(gè)超聲系統。下面將依次從發(fā)射鏈路、接收鏈路、時(shí)鐘以及電源管理幾個(gè)方面來(lái)介紹一下ADI的相關(guān)代表產(chǎn)品和解決方案。

發(fā)射部分目前市面上有兩種方法：第一種是Pulser + Beamformer的方式，第二種就是上面提到的線(xiàn)性發(fā)射。兩者架構不同，前者主要是用于產(chǎn)生一個(gè)高壓的脈沖來(lái)驅動(dòng)探頭，后者的架構是在DAC + Beamforme的基礎上還加了一個(gè)高壓放大器。

與ADI合作了三十多年的技術(shù)型授權代理商Excelpoint世健多年來(lái)基于A(yíng)DI產(chǎn)品和解決方案組合，打造了多個(gè)貼近客戶(hù)應用需求的解決方案并獲得了市場(chǎng)的認可。針對發(fā)射鏈路的兩種方式，世健結合當前市場(chǎng)重點(diǎn)推薦MAX14815和AD9106。

MAX14815是一款高度集成的八通道5級高壓超聲波發(fā)射器（脈沖發(fā)生器）。脈沖發(fā)生器生成高頻高壓的雙極脈沖用于通過(guò)兩對獨立的高壓電源驅動(dòng)超聲系統中的壓電式傳感器。每個(gè)通道可以傳輸高達200Vpp，具有高達2A電流能力，并集成2A有源鉗位（歸零）?？删幊屉娏髂芰Φ椭?.4A。

該發(fā)射器可用于控制脈沖發(fā)生器的嵌入式數字資源（SRAM和狀態(tài)機）支持發(fā)射波束形成，從而大幅減少互連數量和FPGA I/O數量。嵌入式數字資源通過(guò)高速串行接口進(jìn)行編程，并支持復雜的發(fā)射技術(shù)，例如用于突發(fā)整形的PWM技術(shù)和用于波束整形的變跡技術(shù)。

MAX14815還集成了八路獨立的低噪聲、低阻抗有源T/R開(kāi)關(guān)。T/R開(kāi)關(guān)可以在外部配置為支持接收多路復用，其中使用的接收通道數量少于發(fā)送通道數量。該器件也可以由外部數字源（FPGA）通過(guò)傳統的專(zhuān)用CMOS邏輯輸入來(lái)控制。除超聲醫學(xué)成像外，該產(chǎn)品還用于高壓傳感器MEMS驅動(dòng)器、超聲波工業(yè)應用（NDT）等，可簡(jiǎn)化便攜式超聲系統設計并節省功耗。

AD9106 TxDAC?和波形發(fā)生器是高性能四通道數模轉換器（DAC），是一個(gè)12位輸出、最高180 MHz的主機時(shí)鐘正弦波發(fā)生器，帶24位調諧字，支持10.8 Hz/LSB的頻率分辨率，集成片上模式存儲器，用于復雜波形生成，具有直接數字頻率合成器（DDS）。

該波形發(fā)生器具有針對全部四個(gè)DAC的單路頻率輸出，內置模式控制狀態(tài)機允許用戶(hù)對全部四個(gè)DAC的模式周期以及每個(gè)DAC通道信號輸出的周期內起始延遲進(jìn)行編程。SRAM數據可包含直接生成的存儲波形、施加于DDS輸出或DDS頻率調諧字的幅度調制模式。

AD9106提供出色的交流和直流性能，并支持高達180 MSPS的DAC采樣率。其SPI接口用于配置數字波形發(fā)生器，并將模式載入SRAM，在數字信號傳送至四個(gè)DAC的過(guò)程中對信號進(jìn)行增益調節和失調調節。該器件具有靈活的工作電源范圍（1.8 V至3.3 V）和低功耗，非常適合便攜式和低功耗應用。

對于A(yíng)DI接收鏈路的產(chǎn)品，世健結合當前市場(chǎng)重點(diǎn)推薦專(zhuān)用于支持醫療超聲應用的AD9671，針對低成本、低功耗、小尺寸及易用性而設計。它內置8通道的可變增益放大器(VGA)、低噪聲前置放大器(LNA)、具有可編程相位旋轉功能的CW諧波抑制I/Q解調器、抗混疊濾波器（AAF）、模數轉換器（ADC）以及用于處理數據和降低帶寬的數字解調器和抽取器。

該集成數字解調器的每個(gè)通道均具有最大52 dB的增益、完全差分信號路徑以及有源輸入前置放大器終端，通道專(zhuān)門(mén)針對高動(dòng)態(tài)范圍與低功耗而優(yōu)化設計，適合要求小尺寸封裝的應用。此外LNA具有單端轉差分增益，可以通過(guò)SPI進(jìn)行選擇。CW多普勒模式下，各LNA輸出端驅動(dòng)一個(gè)I/Q解調器，各解調器具有獨立可編程的相位旋轉和16種相位設置。

AD9671各通道可單獨進(jìn)入省電模式，從而延長(cháng)便攜式應用的電池使用時(shí)間，利用待機模式可以快速上電以便開(kāi)機重啟。以CW多普勒模式工作時(shí)，VGA、AAF和ADC均進(jìn)入省電模式。ADC內置多種功能特性，例如可編程時(shí)鐘、數據對準、生成可編程數字測試碼等，可使器件的靈活性達到較佳、系統成本降至較低。

AD9528是世健結合當前市場(chǎng)重點(diǎn)推薦的ADI時(shí)鐘產(chǎn)品。它是一款雙級PLL、集成JESD204B/JESD204C的SYSREF發(fā)生器，可用于多器件同步。第一級鎖相環(huán)（PLL） （PLL1）通過(guò)減少系統時(shí)鐘的抖動(dòng)，從而實(shí)現輸入基準電壓調理。第二級PLL（PLL2）提供高頻時(shí)鐘，可實(shí)現來(lái)自時(shí)鐘輸出驅動(dòng)器的較低積分抖動(dòng)以及較低寬帶噪聲。

外部VCXO提供PLL2所需的低噪聲基準電壓，以滿(mǎn)足苛刻的相位噪聲和抖動(dòng)要求，實(shí)現可以接受的性能。片內VCO的調諧頻率范圍為3.450 GHz至4.025 GHz。集成的SYSREF發(fā)生器輸出單次、N次或連續信號，并與PLL1和PLL2輸出同步，以便對齊多個(gè)器件的時(shí)間。

AD9528產(chǎn)生最高頻率分別為1.25 GHz和1 GHz的六路和八路輸出，每一路輸出均可配置為直接從PLL1、PLL2或內部SYSREF發(fā)生器輸出，14路輸出通道的每一路都包含一個(gè)帶數字相位粗調功能的分頻器，以及一個(gè)模擬微調相位延遲模塊，允許全部14路輸出具有時(shí)序對齊的高度靈活性。還可用作靈活的雙通道輸入緩沖器，以便實(shí)現14路器件時(shí)鐘和SYSREF信號的分配。

最后，關(guān)于電源管理，世健推薦一款四通道40VIN、3A降壓型Silent Switcher μModule?穩壓器LTM8060。Silent Switcher架構可將EMI降至最低，同時(shí)在高達3MHz的頻率下實(shí)現高效率運行。封裝中內置控制器、功率開(kāi)關(guān)、電感和其他相關(guān)元件。

LTM8060支持寬輸入電壓范圍，0.8V至8V的輸出電壓范圍，以及200kHz至3MHz的開(kāi)關(guān)頻率范圍，各范圍分別通過(guò)單個(gè)電阻進(jìn)行設置。只需使用輸入和輸出濾波器體電容就可以完成設計；還可配置輸出陣列，可以通過(guò)陣列并聯(lián)輸出實(shí)現高達12A的電流能力。

綜上所述，世健認為，ADI公司的創(chuàng )新技術(shù)和系統專(zhuān)業(yè)知識正在幫助塑造醫療健康行業(yè)的未來(lái)，其產(chǎn)品和解決方案在醫療超聲領(lǐng)域把握小型化、數字化以及高性能發(fā)展趨勢的同時(shí)，也為市場(chǎng)未來(lái)的技術(shù)創(chuàng )新提供了基礎，能幫助市場(chǎng)更好地迎接各類(lèi)挑戰。

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