医用超声成像供电技术

2013-09-30 15:25:00来源: 互联网

医用超声成像能够用于显现内脏,它无须像内视镜、X线电子计算机断层扫描(CT)或X射线成像等一些其他成像系统那样穿透皮肤或给人体带来辐射。此外,超声成像要比非侵入式的核磁共振成像(MRI)的成本更低且更易于移动。超声技术使用的增长将是未来数年内的重要趋势。

  超声系统(见图)通常包含若干关键基本模块,后者会增加供电需求。超声探针包含了多达数百个压电换能器。这些压电换能器能够将输出的电信号转换为声波,或者将输入的声波转换成电信号。

  为了产生将输入给换能器的电信号,需要用到发射波束形成装置。发射波束形成器通常由FPGADSP实现的。发射波束形成器产生电脉冲,后者经过定时和调整,照射到人体内的特定部位。

  

  图 超声系统的重要部件

  这些来自发射波束形成器的电信号经过高压脉冲发生器或高压D/A转换器(DAC),所产生的能量用于激发换能器元件。在脉冲发生器或DAC之间有一个发送/接收开关。在发送期间,它确保低电压接收电路免受高压损坏,这是因为接收回路也需要连接到换能器。

  压电换能器元件将这些电信号转换成能穿透人体的声波信号。这些声波信号在各种内脏边缘会被反射,并返回换能器。

  这些返回的声波一经过换能器,就转化为电信号。这些较低电压的接收信号需要进行放大、滤波并转换为数字格式,从而生成图像。得益于半导体行业的发展,所有这些工作都可以在一个器件内完成:模拟前端(AFE)。

  数字输出将加载到接收波束形成器,后者将对数据进行重建。在图像完成重建之后,便可以对其进行一些视频后处理并形成一种可输出给显示器的格式,以便技术人员查看结果。

  负载点电源

  超声成像系统需要考虑提供多种电源电压,在设计阶段早些了解电源需求可以节省构建电源架构的时间。在确定系统总线电压时,最好知道所需要的最高电压。超声发送脉冲发生器可能需要系统中的最高电压,它需要数安培的电流来驱动换能器。

  12V是最受欢迎的一种中级总线电压选择。可能需要实施另一套电源来生成更高的正向和负向电压,以便为脉冲发生器供电。如果超声具有备用电池特性,可能就需要更高的电压为铅酸或串/并联锂离子(Li离子)电池充电,那么28~30V的中级总线电压就是一种很好的选择。

  市面上有许多易于使用的DC/DC开关稳压器能够接受这种电压作为输入,并为显示器、数字处理器和模拟电路提供负载点(POL)电源。此外,超声成像系统可能非常容易受噪声干扰,因为它具有敏感的高精度模拟电路,并需要清晰的显示图像。带有频率同步功能的Dc/dc开关稳压器可以由主时钟频率驱动,以消除那些可能会干扰模拟和视频信号的拍频。

  处理器电源

  超声成像系统结合使用FPGA,DSP和微控制器来实现波束形成发送和接收功能,多普勒处理以及图形处理。为处理器供电是简单的。

  但是,高性能处理器的供电必须考虑一些重要的因素。处理器厂商可能会指定最小和最大的电压斜升时间,而许多DC/DC稳压器都提供了可调节软启动引脚,以便编程实现电压斜升时间。如果没有可用的软启动引脚,请选择带有合适的预设软启动时间的DC/DC稳压器。

  处理器数据手册中可能也提供了推荐的内核、I/O、锁相环(PLL)和外设上电时序的时间指标。尽管存在几种不同的方法来为上、下电电压轨供电,顺序时序是最常用的。这种方法很容易实现,只需要将稳压器的POWERGOOD引脚连接到下一个稳压器的使能引脚。

  顺序时序也支持在上电过程中将多种电压轨交错,以尽量减小涌入电流,而不是同时开启所有电压轨。一些低压降稳压器(LDO)和开关稳压器提供了一种特殊的时序或追踪引脚,可以适应几乎任意时序模式。

  较低的处理器内核电压驱动着对更高精度DC/DC转换器的需求。新的稳压器声称在全温度范围内达到±1%或更高的参考精度。低成本的稳压器可能会指定±2%或±3%的参考电压精度。请检查生产厂商的数据手册,以确保稳压精度满足处理器的需求。已重复使用多年的早期的dc/dc转换器可能无法满足目前最新的处理器的电压精度要求。

  模拟电路电源

  超声系统的主要模拟部件是AFE,超声发送脉冲发生器以及超声发送/接收开关。这些模拟电路,比如DAC,模数转换器(ADC),以及高精度仪器应用中的运算放大器(运放)非常容易受噪声和电源纹波的影响。

  噪声是按照谱噪声密度和输出噪声电压(μVRMS)进行分类的。电源纹波抑制(PSRR)指的是输出端来自于输入端纹波的纹波量。大多数设计者都选择线性稳压器来提供干净的电压轨,以实现系统性能的最大化。在数据手册首页宣传其PSRR和噪声性能规格的线性稳压器经过优化,用于为对噪声敏感的模拟集成电路供电。

  AFE,如AFE5808A,包含8通道电压控制放大器,具有低噪声放大器,增益可编程放大器,CW混频器,ADC以及其他模拟电路。该器件需要几种电压来为各种电路模块供电,比如1.8,3.3和5V。

  LDO稳压器适用于为这些AFE电压轨供电,因为所需的电流很小。为了进一步改善效率并节省板上空间,由封装在一起的开关稳压器和LDO可以为高灵敏度的模拟电路供电。例如,TPS54120是一种集成了dc/dc转换器和LDO的低噪声电源,它最大支持1A电流,可以为5或12V总线提供高效的开关稳压器和高PSRR的LDO,输出噪声低至17μVrms。

  超声发送脉冲发生器,如LM96550,包含8个高压脉冲发生器,带有集成二极管,可产生高达±50V的双极脉冲,峰值电流高达2A,脉冲速率高达15MHz。因为发送脉冲发生器还实现了数模转换,所以需要由另一套电压轨为电平位移器和低压逻辑供电。

  需要一种分离轨电源,而在逆变降压/升压结构中的降压转换器(如TPS54060)很容易就能从中级总线电压中得到正和负的电压轨。在每条电压轨上都采用低电流LDO来帮助消除任何来自于逆变降压/升压转换器的开关噪声是一种很好的设计。

  超声发送/接收开关保护低噪声放大器(LNA)的AFE输入不受发送通道的高压脉冲的影响。输入电压是由发送脉冲发生器的输出传送的,而LNA的输出电压是±0.7V,而电流则箝位在1mA。与发送脉冲发生器类似,该开关需要分离轨电源用于模拟供电以及负向高压偏置供电。偏置电源必须是连接到开关的最大负电源电压。

  超声成像系统包含模拟和数字集成电路,这两者有不同的供电考虑。线性稳压器可以为模拟电路提供低噪声性能。开关稳压器提供了更高的效率,通常更适用于为大电流、高性能DSP供电。

关键字:超声  成像  供电技术

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0930/article_19682.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
超声
成像
供电技术

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved