超声系统的设计考虑对前端元件选用的影响

图4 简化的ABF系统框图

图5 简化的DBF系统框图

动态范围

在前端电路中，LNA的本底噪声决定了可以接收到的最微弱的信号。但同时，特别是在CW Doppler信号处理中，LNA却还必须能承受极强的信号。因此能否尽量提高LNA的动态范围就变得非常关键（一般来说，由于噪声性能方面的限制，在LNA前无法采取任何滤波措施）。请注意，这些条件同样也适用于任何接收机，在通信应用中，最靠近天线的电路也并不能享受到多少滤波带来的好处；相应的，它也需要能承受最大的动态范围。

在超声系统的所有信号中，CW Doppler具有最大的动态范围；对于CW来说，换能器阵列的一半用于发射正弦波，而另一半则进行接收。因此Tx信号很有可能泄漏到Rx侧，从接近人体表面的静止的部位反射回来的信号的强度也很高。这就很有可能干扰，例如，对体内深处的静脉的血流的检测（所产生的Doppler信号很微弱）。

就目前的技术发展水平来看，CW Doppler信号还无法通过数字波束成形（DBF）系统中的主成像（B模式）和PW Doppler（F模式）进行处理；正因为如此，图1中的CW Doppler处理采用了模拟的波束成形器（ABF）。ABF具有更大的动态范围，自然，DBF超声的“圣杯”（最高目标），是让所有的模式都能通过DBF链来处理（成本要保持在合理范围内），因此现在正在进行的研究都针对如何实现这一目标来开展。
功耗

因为超声系统需要很多通道，前端元件的功耗——从T/R开关经过LNA、VGA和ADC一直到波束成形器的数字电路——都是非常关键的指标。正如上面所指出的那样，推动前端的动态范围不断提高的动力始终存在，其目标是最终将所有的超声模式集成到一个波束成形器中，这一趋势最终将导致系统中功耗的上升。不过，在此发展过程中又相应出现不断减小超声系统尺寸的需求，这一趋势又将导致系统功耗的降低。数字电路的功耗往往随着电压的降低而降低，但对于模拟和混合信号电路来说这并不一定成立。此外，考虑到降低模拟“裕度”会减小动态范围，要保证所需要的动态范围，电源电压的减少必然存在一个最低限度。

结论

我们努力通过本文来阐述针对超声应用的前端IC方面所需要做出的折中取舍，首先解释了这样一种系统的基本工作原理，然后指出了为了确保最优的系统工作性能，需要具备何种特定的性能参数。本文的一个更为完整的版本1将提供更多的细节。