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圖1. 典型DBF系統(tǒng)的簡化框圖

2 推出便攜式系統(tǒng)的意義
? 許多要求嚴格的便攜式應(yīng)用可獲益于能提供實時掃描功能的輕便超小型設(shè)備。很明顯，現(xiàn)場急診醫(yī)療服務(wù)（EMS）的醫(yī)護人員能夠更快地對病人做檢查，并且能夠事先提供檢測結(jié)果。如果路途遙遠，醫(yī)生在急救室（ER）等候病人的同時可進行遠程診斷。普通醫(yī)生在日常辦公室接待病人期間作為常規(guī)檢查的一部分可以對病人做快速超聲掃描，無需專家?guī)椭?。提?a class="cblue" href="http://ihrv.cn/search/?q=便攜性" title="便攜性">便攜性為將便攜式設(shè)備用于需要醫(yī)療關(guān)注但卻沒有供電的偏遠地區(qū)和農(nóng)村提供更多的機會。獸醫(yī)發(fā)現(xiàn)便攜式超聲診斷設(shè)備對于現(xiàn)場診斷大型動物或?qū)櫸锓浅Ｓ杏?，同時也可用于那些專門從事食品產(chǎn)品的大農(nóng)場中的豬牛繁殖。
? 超聲無損檢測也是一塊日益增長的市場。正在配置更多的超聲系統(tǒng)檢查橋架大梁、工業(yè)設(shè)備軸承和油管，從而降低檢查成本并且減少關(guān)鍵時刻對昂貴設(shè)備的必需性。它也可以用來開發(fā)更有效的預(yù)防性維護項目。該領(lǐng)域的便攜性應(yīng)用對于在問題發(fā)生之前捕捉潛在問題非常重要。
? 采用便攜式超聲診斷系統(tǒng)需要承擔成本，不僅包括提供用于診斷、掃描和分析的新設(shè)備，而且還包括培訓(xùn)費用。但對于許多單位來說，這與豐厚的收益相比微不足道。
3 關(guān)于AD9271
? AD9271集成了全部所需的信號鏈路模塊，從而能夠大大降低系統(tǒng)的功耗和電路板（PCB）所需空間。與分立解決方案相比，每通道電路板總面積減小1/3, 每通道功耗在 40 Ms/s時僅為150 mW。AD9271還提供很多定制選項（通過串行端口提供），從而使用戶可根據(jù)具體應(yīng)用對功耗和配置作進一步優(yōu)化。
? AD9271工作原理框圖如圖2所示。AD9271使用由低噪聲放大器（LNA）、可變增益放大器（VGA）、抗混淆濾波器（AAF）和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）組成的八通道接收鏈路，該鏈路通常用于脈沖波形模式（B模式掃描用于灰度級圖像，F(xiàn)模式用于在B模式上顯示彩色疊加，表示血液流動）。脈沖波成像方式利用傳感器在發(fā)射模式和接收模式間的交替變化而產(chǎn)生周期性更新的二維圖像。另外一種常見的成像方式是連續(xù)波（CW）多普勒" title="多普勒">多普勒模式或D模式，用來顯示血液流動的速度和頻率。顧名思義，為了產(chǎn)生圖像，CW包含不斷產(chǎn)生的圖像信號。雖然CW具有精確測量血液流動速度的優(yōu)勢，但其無法測量傳統(tǒng)脈沖波系統(tǒng)所能測量的深度和滲透度。由于每種方法都有其自身的優(yōu)勢和局限性，因此現(xiàn)代超聲診斷系統(tǒng)通常會同時使用這兩種方式。AD9271允許用戶通過使用一個集成交叉點開關(guān)而按照CW多普勒模式工作。該交叉點開關(guān)允許把具有相同相位的通道相干地累加成相位對齊和累加的組。AD9271支持低檔系統(tǒng)的延遲線，并且支持通過采用可設(shè)置相位調(diào)整的AD8339正交解調(diào)器以達到最佳性能。AD8339可以對相位對齊和累加進行精細地調(diào)整以提高圖像精度。該器件易于外部擴展，從而允許用戶為需要極大動態(tài)范圍的信號集成更多的必需信號鏈路。
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? 圖2. AD9271工作原理框圖

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4 動態(tài)范圍和噪聲要求
? 當信號穿過身體時信號會衰減大約為1 dB/cm/MHz。例如，如果使用8 MHz探頭并且穿透4 cm深度，則從皮膚表面反射回的信號幅度變化為64 dB（或4×2×8）[1]。如果增加50 dB的圖像分辨率，并且考慮來自骨頭、電纜和其他失配損耗，則要求的動態(tài)范圍接近119 dB。為了更加直觀地理解這一點，即10 MHz帶寬內(nèi)具有1.4 nV/√Hz本底噪聲的0.333 Vpp滿度（FS）信號需要88 dB的輸入動態(tài)范圍。附加動態(tài)范圍可以達到10log（通道數(shù)），例如128個通道可將動態(tài)范圍增加21 dB，從而把動態(tài)范圍實際限制在大約100～120 dB之間。
? 可達到的動態(tài)范圍受前端元件限制。由于各時刻并不是都需要整個動態(tài)范圍，因此可以使用具有較小動態(tài)范圍的ADC，通過掃描VGA的增益對接收到的隨時間衰減的反射信號進行匹配，將這種時間增益補償稱作TGA。LNA用于設(shè)置映射到ADC的等效動態(tài)范圍。AD9271在10 MHz帶寬內(nèi)具有88 dB的等效動態(tài)范圍（158 dB/√Hz）以處理來自被掃描組織的極微弱信號和大幅度信號（回聲），如圖3所示。LNA的滿度范圍應(yīng)該足夠大，從而不會在近場信號和具有較低本底噪聲的較大動態(tài)范圍之間飽和。
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圖3. TGC對12 bit ADC的增益要求

? 因為要減小噪聲幅度需要增大功率，所以對于便攜式應(yīng)用需要考慮功率限制而作一些折衷。雖然AD9271的88 dB動態(tài)范圍優(yōu)于其他解決方案，但其動態(tài)范圍仍然小于大功率VGA，例如AD8332折合到輸入端的噪聲為0.72 nV/√Hz，如表1中所示。請注意AD8332在表1列出了全部具有最小折合輸入端噪聲和最大輸入動態(tài)范圍的解決方案。當今所有的處理方案都采用一些數(shù)字處理技術(shù)。一家超聲診斷系統(tǒng)制造商如何采用這些數(shù)字處理技術(shù)通常作為該公司的知識產(chǎn)權(quán)。