便携式超声波医疗系统最佳解决方案

　　随着世界人口的不断飙升，老龄化问题日益严峻，对医疗诊断及护理设备的需求持续上涨。然而目前的医疗设备都较为笨重、价格昂贵，且能耗巨大，医护人员更需要外型小巧、能源效率较高以及极具成本效益的医疗诊断设备。

　　为了应对上述挑战，美国国家半导体公司（National Semiconductor Corporation）日前宣布推出“业界首款专为便携式超声波系统而设计的8通道超声波发射/接收芯片组”。来自NSC的消息称，该款PowerWise芯片组的创新电路架构以及高度集成的特性，能够让工程师设计出小巧轻盈、影像更清晰、更易做出准确诊断的128通道便携式超声波系统。

　　该公司亚太区市场总监吴渭强认为，便携式超声波系统的设计挑战来自于“供电要求”和“性能及影像分辨率”两方面。“采用电池供电的便携式系统必须尽量降低能耗，但同时必须确保设备运行时电池由始至终都能提供充足的供电”；而另一方面，“小型的设备也能确保影像分辨率，即使在现场操作也能发挥卓越性能。”

　　据悉，该芯片组包括接收系统模拟前端电路（AFE）、发射/接收系统开关、发射系统脉冲发生器及可配置发射系统波束成形器。NSC提供多种易于使用的评估套件、参考电路图及设计工具，包括内含硬件和软件的全套 WaveVision 5 数据采集分析系统，以及可以支持编程和控制功能且简便易用的 GUI接口。

　　NSC这款8通道芯片组由4颗芯片组成。吴渭强强调说，“芯片组的高性能及效率来自于芯片间的协同工作”。例如，只要重新配置发射系统波束成形器，便可校准电路板走线之间的延迟误差以及脉冲发生器的延迟误差。这样可大幅改善失真情况，而且还可让系统进行第二次谐波成像；发射/接收系统开关也让系统设计师在设计上有更大的灵活性，他们可以为偏压电流灵活地选择不同的设置值，以便在功耗与性能之间做出适当的取舍。

　　模拟前端电路采用独特架构，并内置据称具备业界最高分辨率的数字可变增益放大器（DVGA）及低功耗的连续时间Sigma-delta （CTSD） 模拟/数字转换器（ADC）。确保影像质量的同时，还可将B模式的功耗尽量降低，甚至比最接近的竞争对手还低10%。吴渭强表示，DVGA具有多个传统模拟可变增益放大器所没有的优点。例如，各通道之间可以更好的校准并具有更好的信号频谱性能；CTSD ADC本身还有砖墙式混叠信号滤除功能。相比之下，采用传统流水线式ADC的模拟前端电路不但功耗较高，而且滤除混叠信号的能力也较低。

　　LM96511接收系统模拟前端电路

　　LM96511 模拟前端电路内置8通道的低噪声放大器、数字可变增益放大器、12位 40-50MHz并可支持LVDS数据输出的ADC以及8个解调器，以便支持连续波多普勒（CW Doppler） 波束成形功能。这款模拟前端电路的B模式最低功耗为每通道110mW，每一通道增益均可相互对准，彼此相差不超过+/-0.06dB （典型值），可确保扫描影像的质量更加清晰。内置的连续波多普勒（CW Doppler） 系统的动态范围达161dB/Hz，即使是血液流速极慢的人体器官如肝脏，也可确保准确测量。LM96511封装面积为187平方毫米，比其他同类竞争产品小27%。

　　LM96530发射/接收系统开关

　　LM96530芯片内置8个配备钳位二极管的发射/接收系统开关，并可独立关闭个别通道。其输入参考噪声为0.5nV/sqrt Hz，导通电阻16？，可有效提高系统的接收灵敏度及影像分辨率。该芯片的封装比分立式方案小4倍，有助于缩小电路板体积，控制功能则通过菊链式SPI接口执行，这样可减少设置参数所必要的FPGA输入/输出（I/O）引脚。

　　LM96550脉冲发生器

　　LM96550芯片内置8个配备阻尼器的脉冲发生器，可以产生+/-50V 的双极脉冲，峰值电流最高达2A，而脉冲频率则最高为20MHz。LM96550可以连续不断监控芯片温度，并在必要时输出关断逻辑信号，为系统提供过热保护。

　　LM96570波束成形器

　　LM96570芯片内置的波束成形器只产生极少信号抖动，其峰峰值抖动比FPGA芯片一向采用的波束成形器低25ps，因此可大幅提高B模式的扫描影像分辨率，同时确保可以测量采用连续波多普勒（CW Doppler） 模式时较慢的血液流速。LM96570 芯片可以精简电路板的线路布局，以便系统设计师可以将这款芯片直接放置于脉冲发生器的旁边。相比之下，若将FPGA的输入/输出引脚（I/O）连接至脉冲发生器，则必须解决常见的路径选择问题。