CTDS转换技术在医疗超声系统中的应用

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  •     至今,设计人员都面对ADC选择的折衷考虑。流水线转换器提供高分辨率和宽动态范围,但其功耗相当高。另一种方法,分立时间Δ∑转换器几乎不需要太大的功率,但严格受速度所限。

    CTDS ADC

       连续时间Δ∑(CTDS)技术可填补转换器的空白。Xignal公司最近推出的产品可工作在40Msample/s(相当于流水线转换器的50~60Msample/s),具有12位或14位分辨率、高功能集成度(包含精确的片上时钟源),其功耗仅70mW。此产品也具有1个电阻输入级,这很容易驱动,而不用借助缓冲放大器。

       图1示出CTDS ADC 与流水线转换器相对性能比较,此图是根据IEEE认可的FOM(性能因数)测量。FOM是每次转换的能量量测。FOM也示出工艺结构未来的标度,连续时间Δ∑器件将沿给出较高性能水平的路线图发展。

    CTDS转换技术在医疗超声系统中的应用

    图2标出1个完整的模/数转换系统。左手边的图示出1个完整的系统对于流水线转换器需5个外部电路元件。它们是可编程增益放大器(通过分离的DA进行增益控制);去除噪声的抗混淆滤波器;缓冲ADC本身容性输入的输入驱动器;提供精确定时基准的高性能时钟和锁相环。与此相反,连续时间Δ∑实现方法去除了所需的抗混淆滤波和输入驱动器,而Xignal的实现方法把所有其他功能都集成在片上。

    CTDS转换技术在医疗超声系统中的应用

    CTDS转换技术的优点是:更快和更简单的系统设计,较低的功耗,对动态范围或速度不需折衷考虑。在多通道应用中,上述CTDC ADC的优点能增值,而且能使设计人员采用新的和有益的系统结构,而这在以前是不可能的。此技术的应用范围是广泛的,包括电子业的所有领域,特别是来自各种传感器的模拟信号需要转换为数字信号的领域。

    医疗超声应用

    在医疗超声系统中,超声换能器发射超声波,超声波被目标物反射并重新被换能器接收。为了扫描1个较大的区域并在一定的距离聚集在目标上,需要在目标小,需要在一维或二维阵列中配置多发送/接收元件以便形成波束。波束的聚焦和方向可以电控。

    换能器通过灵活的缆线连接到处理数据的数据处理单元。每个换能元件通过自己的数据通道或多路转换电路连接到处理单元。高端系统配量高达512个通道,中等性能系统可达256个通道,便携系统可达128个通道。
    根据目标到传感器头的距离和目标性质,经缆线接收和发送的模拟信号幅度是宽范围的。因此,缆线是由若干低损耗同轴芯组成,这是超声系统是昂贵的元件之一。尽管如此,缆线损耗和换能器接口上的损耗是高性能和相当昂贵接收器的要求。

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