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90年代初期，便携式电话风靡一时。随着膝上型计算机的体积缩小，它们也被称为“背包电话”。目前，电子行业已经取得长足的发展，现今的手机可以发送电子邮件和短信，可以拍照、查询股票价格、安排会议，当然，也可以同世界上任何地方的任何人通话。同样在医疗领域中，以前所谓的便携式超声系统装载在手推车上，并且可以拖拽，但是实际上它们是难于拖拽的。幸而超声系统也在持续改进，并且被医生们称为“新型听诊器”。
本文将回顾经典的超声信号链路，讨论不同的系统划分策略以及它们的优缺点，并且展示这些系统划分策略在便携式超声应用中的意义。
超声信号链路
图1.典型的超声信号链路
图1所示的是超声系统的简化原理图。系统的传感器均位于相对较长的电缆末端，这些电缆约两米长。这些电缆包含有至少8个至256个微型同轴电缆，是系统最昂贵的部件之一。几乎在每个系统中，电缆由传感器单元直接驱动。电缆的电容成为传感器元件的负载，引起了很大的信号损耗，这对接收端提出了灵敏度的要求，以便保持动态范围和实现最佳系统性能。
在发射端（Tx路径），波束成形器确定了延迟模式和脉冲序列，其是专为所需的焦点而设定的。然后，驱动传感器的高压发射放大器将波束成形器的输出放大。这些放大器可由数模转换器（DAC）或者高压FET开关阵列控制，将发射脉冲整形，以便较好的将能量传递到传感器单元。而在接收端，发射/接收（T/R）开关（通常是二极管电桥）阻挡Tx高压脉冲。在某些阵列中使用高压（HV）多路复用器/多路分离器减少发射和接收硬件的复杂度，但是这牺牲了灵活性。
时间增益控制（TGC）路径由一个低噪声放大器（LNA）、一个可变增益放大器（VGA）和一个模数转换器（ADC）构成。在操作人员的控制下，TGC路径用于在扫描过程中保持图像的均匀性。良好的噪声性能取决于LNA，它可以减少后面的VGA对噪声的贡献。对于受益于输入阻抗匹配的应用，有源阻抗控制可以优化噪声性能。
通过VGA将宽动态范围的输入信号压缩，以满足ADC的输入范围要求。LNA的折算至输入端的噪声限制了可分辨的最小输入信号，而折算至输出端的噪声主要取决于VGA，它限制了特定增益控制电压下的最大瞬时动态范围。该限制是根据量化的本底噪声设定的，而量化本底噪声由ADC的分辨率决定。
抗混叠滤波器（AAF）限制了信号带宽，同时也限制了ADC之前的TGC路径中的其它噪声。
医用超声的波束成形被定义为信号的相位对准和求和，该信号由共同的源生成，但是由多元超声传感器在不同的时间点接收。在CWD路径中，对接收器通道进行移相和求和，以提取一致的信息。波束成形具有两个功能：一个是向传感器指明方向，即提高其增益，另一个是定义人体内的焦点，由该焦点得到回波的位置。
对于波束成形，可以采用两种截然不同的方法：模拟波束成形（ABF）和数字波束成形（DBF）。ABF和DBF系统之间的主要差别在于完成波束成形的方式；这两种方法都需要良好的通道间匹配。在ABF中，使用模拟延迟线和求和。其中仅需要一个（分辨率非常高的）高速ADC。而另一方面，在DBF系统中，需要多个高速高分辨率ADC。有时候在ABF系统的ADC之前使用对数放大器压缩动态范围。而在DBF系统中，应尽可能接近传感器单元来采集信号，然后将信号延迟并对其进行数字求和。在图2和3中示出了这两种类型的波束成形体系结构的简化的原理图。
图2.ABF系统的简化原理图
图3.DBF系统的简化原理图
由于DBF更加灵活，因此大部分现代图像采集超声系统常采用的这种方法，但是应当注意ABF和DBF之间优点和缺点是相对的。
DBF相对于ABF的优点：
模拟延迟线的通道之间的匹配性往往较差模拟延迟线中的延迟抽头的数目受到限制，并且必须使用微调电路在采集数据之后，数字存储和求和是“完美的”，因此通道间的匹配也是完美的通过对FIFO中不同位置的数据求和，可以容易地形成多个波束由于存储器越来越便宜，因此可以使用容量更大的FIFO，以提供更加精细的延迟仅通过软件即能够使系统具有不同的功能数字IC的性能以非常高的速度持续提高
DBF相对于ABF的缺点：
需要多个高速高分辨率ADC（脉宽多普勒需要约60dB的动态范围，而这至少需要10bit的ADC）由于使用多个ADC和数字波束成形ASIC，因此功耗较高ADC的采样速率直接影响分辨率和通道间的相位延迟调节的准确度；采样速率越高，相位延迟就越精细。 |
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