便攜式超聲波醫(yī)療系統(tǒng)最佳解決方案

　　隨著世界人口的不斷飆升，老齡化問題日益嚴(yán)峻，對醫(yī)療診斷及護(hù)理設(shè)備的需求持續(xù)上漲。然而目前的醫(yī)療設(shè)備都較為笨重、價格昂貴，且能耗巨大，醫(yī)護(hù)人員更需要外型小巧、能源效率較高以及極具成本效益的醫(yī)療診斷設(shè)備。

　　為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，美國國家半導(dǎo)體公司（National Semiconductor Corporation）日前宣布推出“業(yè)界首款專為便攜式超聲波系統(tǒng)而設(shè)計的8通道超聲波發(fā)射/接收芯片組”。來自NSC的消息稱，該款PowerWise芯片組的創(chuàng)新電路架構(gòu)以及高度集成的特性，能夠讓工程師設(shè)計出小巧輕盈、影像更清晰、更易做出準(zhǔn)確診斷的128通道便攜式超聲波系統(tǒng)。

　　該公司亞太區(qū)市場總監(jiān)吳渭強(qiáng)認(rèn)為，便攜式超聲波系統(tǒng)的設(shè)計挑戰(zhàn)來自于“供電要求”和“性能及影像分辨率”兩方面。“采用電池供電的便攜式系統(tǒng)必須盡量降低能耗，但同時必須確保設(shè)備運(yùn)行時電池由始至終都能提供充足的供電”；而另一方面，“小型的設(shè)備也能確保影像分辨率，即使在現(xiàn)場操作也能發(fā)揮卓越性能。”

　　據(jù)悉，該芯片組包括接收系統(tǒng)模擬前端電路（AFE）、發(fā)射/接收系統(tǒng)開關(guān)、發(fā)射系統(tǒng)脈沖發(fā)生器及可配置發(fā)射系統(tǒng)波束成形器。NSC提供多種易于使用的評估套件、參考電路圖及設(shè)計工具，包括內(nèi)含硬件和軟件的全套 WaveVision 5 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，以及可以支持編程和控制功能且簡便易用的 GUI接口。

　　NSC這款8通道芯片組由4顆芯片組成。吳渭強(qiáng)強(qiáng)調(diào)說，“芯片組的高性能及效率來自于芯片間的協(xié)同工作”。例如，只要重新配置發(fā)射系統(tǒng)波束成形器，便可校準(zhǔn)電路板走線之間的延遲誤差以及脈沖發(fā)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(tǒng)進(jìn)行第二次諧波成像；發(fā)射/接收系統(tǒng)開關(guān)也讓系統(tǒng)設(shè)計師在設(shè)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(shè)置值，以便在功耗與性能之間做出適當(dāng)?shù)娜∩帷?/p>

　　模擬前端電路采用獨特架構(gòu)，并內(nèi)置據(jù)稱具備業(yè)界最高分辨率的數(shù)字可變增益放大器（DVGA）及低功耗的連續(xù)時間Sigma-delta （CTSD） 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）。確保影像質(zhì)量的同時，還可將B模式的功耗盡量降低，甚至比最接近的競爭對手還低10%。吳渭強(qiáng)表示，DVGA具有多個傳統(tǒng)模擬可變增益放大器所沒有的優(yōu)點。例如，各通道之間可以更好的校準(zhǔn)并具有更好的信號頻譜性能；CTSD ADC本身還有磚墻式混疊信號濾除功能。相比之下，采用傳統(tǒng)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。

　　LM96511接收系統(tǒng)模擬前端電路

　　LM96511 模擬前端電路內(nèi)置8通道的低噪聲放大器、數(shù)字可變增益放大器、12位 40-50MHz并可支持LVDS數(shù)據(jù)輸出的ADC以及8個解調(diào)器，以便支持連續(xù)波多普勒（CW Doppler） 波束成形功能。這款模擬前端電路的B模式最低功耗為每通道110mW，每一通道增益均可相互對準(zhǔn)，彼此相差不超過+/-0.06dB （典型值），可確保掃描影像的質(zhì)量更加清晰。內(nèi)置的連續(xù)波多普勒（CW Doppler） 系統(tǒng)的動態(tài)范圍達(dá)161dB/Hz，即使是血液流速極慢的人體器官如肝臟，也可確保準(zhǔn)確測量。LM96511封裝面積為187平方毫米，比其他同類競爭產(chǎn)品小27%。

　　LM96530發(fā)射/接收系統(tǒng)開關(guān)

　　LM96530芯片內(nèi)置8個配備鉗位二極管的發(fā)射/接收系統(tǒng)開關(guān)，并可獨立關(guān)閉個別通道。其輸入?yún)⒖荚肼暈?.5nV/sqrt Hz，導(dǎo)通電阻16？，可有效提高系統(tǒng)的接收靈敏度及影像分辨率。該芯片的封裝比分立式方案小4倍，有助于縮小電路板體積，控制功能則通過菊鏈?zhǔn)絊PI接口執(zhí)行，這樣可減少設(shè)置參數(shù)所必要的FPGA輸入/輸出（I/O）引腳。

　　LM96550脈沖發(fā)生器

　　LM96550芯片內(nèi)置8個配備阻尼器的脈沖發(fā)生器，可以產(chǎn)生+/-50V 的雙極脈沖，峰值電流最高達(dá)2A，而脈沖頻率則最高為20MHz。LM96550可以連續(xù)不斷監(jiān)控芯片溫度，并在必要時輸出關(guān)斷邏輯信號，為系統(tǒng)提供過熱保護(hù)。

　　LM96570波束成形器

　　LM96570芯片內(nèi)置的波束成形器只產(chǎn)生極少信號抖動，其峰峰值抖動比FPGA芯片一向采用的波束成形器低25ps，因此可大幅提高B模式的掃描影像分辨率，同時確?？梢詼y量采用連續(xù)波多普勒（CW Doppler） 模式時較慢的血液流速。LM96570 芯片可以精簡電路板的線路布局，以便系統(tǒng)設(shè)計師可以將這款芯片直接放置于脈沖發(fā)生器的旁邊。相比之下，若將FPGA的輸入/輸出引腳（I/O）連接至脈沖發(fā)生器，則必須解決常見的路徑選擇問題。