AD9271在全数字超声成像系统中的应用

　　前言

　　随着电子计算机、现代信号处理技术的不断发展，超声成像系统逐渐向全数字化方向发展。

        全数字超声成像技术在接收前端将回波信号转变为数字量，通过设计专用ASIC系统替代传统模拟处理电路，实现信号的延迟、叠加及信号处理，使图像更清晰、更准确，分辨率更高，提高了超声诊断设备的质量。

　　AD9271是ADI公司针对全数字超声系统推出的8通道单芯片模拟前端。其极高的集成度允许医疗设备设计师将超声系统的信号通道尺寸减少50%，电路板占用面积减少约40%，顺应了当今超声仪器向小型化、便携式方向发展的趋势。同时，可大大降低仪器的噪声水平，各项性能指标得到显著提高，在实现小型化的同时保证了图像的高质量，提高了医学超声影像诊断的准确性。

　　基于AD9271的全数字超声成像系统

　　图1为基于AD9271的全数字超声成像系统框图。发射电路产生发射脉冲，通过阵元选通电路激励线阵换能器生成超声波。超声波遇被探查物体所产生的回波信号传至AD9271。AD9271可独立完成前置放大、抗混叠滤波、高速A/D变换等模拟信号处理过程，替代了传统全数字B超系统中前端IC电路多芯片分立的设计方案。获得的数字信号通过FPGA，完成信号和图像的处理，包括波束形成、动态聚焦、动态滤波、可变增益放大、对数放大、检波和DSC;最后将处理完的图像传入显示器进行显示。

图1 基于AD9271的全数字超声成像系统

　　线阵换能器

　　本系统中采用80阵元16通道的线阵探头，其内部包含阵元选通电路。阵元选通电10片8通道高压模拟开关芯片组成。80通道高压模拟开关一端分别与80个阵元相连，另一端则每5个一组分别与16个输入输出通道相连，由FPGA输入控制码实现换能器阵元的选通。

　　发射电路

　　本系统共有16路发射电路，单路发射电路如图2所示，其是在现有超声诊断仪的发射电路[1]为基础进行适当改进而得到的。FPGA发出的控制脉冲需要首先通过一个功率触发器，将脉冲的幅值提高到12V后，作为激励脉冲送入场效应管的栅极。当无激励脉冲时，作为电子开关的场效应管断开，电源通过限流电阻R1向隔直流电容C充电到VH。当出现激励脉冲时，开关打开。由于电容两端电压不能瞬时改变，因此在电容C的右端在理论上会出现-VH的电压脉冲，通过电缆加到换能器上。两个二极管可以隔离高频振荡，减小噪声干扰。

图2 超声发射电路

　　AD9271

　　AD9271是首例将8信道的放大器电路和A/D转换器集成在1枚芯片上的产品。每个通道包括常规超声信号模式和连续多普勒信号模式两种，通过控制信号进行选择使用。其中常规超声信号模式由低噪声前置放大器(LNA)、可变增益放大器(VGA)、抗混迭滤波器(AAF)和采样速度为10MSPS~50MSPS的12位A/D转换器(ADC)组成[2]。

　　AD9271集成度高、尺寸小，功耗低。在以10 MSPS和50 MSPS采样速率工作时，其每通道功耗分别为115 mW和175 mW，与其它近似解决方案相比，功耗降低25%，从而允许增加通道数而不必加大电源功率。此外在实际应用中，还可以关闭不使用通道的电源，减少了功率的损耗，对小型化仪器有着重要的意义。

[1]  

【责编:Luzi】

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