Silent Switcher/LDO穩壓器聯手贊聲 超音波電源軌改善圖像品質
自2000年(GE)首次推出數位超音波技術以來，超音波市場發展迅速。超音波技術已從基於靜態轉向動態，並從黑白轉向彩色都卜勒。隨著超音波應用越來越多，對元件的要求也不斷提高，例如與探頭、AFE和電源系統相關的要求。
在醫療診斷領域，越來越多的應用需要超音波成像系統輸出更高的圖像品質。提高圖像品質的關鍵技術之一是提高系統的訊號雜訊(SNR)。本文將討論影響雜訊的不同因素，特別是電源。
超音波工作原理要點
超音波系統由換能器、發射電路、接收電路、後端數位處理電路、控制電路和顯示模組等組成。數位處理模組通常包含現場可編程閘陣列(FPGA)，FPGA根據系統的配置和控制參數產生發射波束成形器及相應的波形圖案。然後，發射電路中的驅動和高壓電路產生高壓訊號來激勵超音波換能器。
超音波換能器通常採用PZT陶瓷製成，換能器將電壓訊號轉換為超音波進入人體，同時接收人體組織產生的回波，回波轉換成小電壓訊號，並傳輸至發射/接收(T/R)開關，T/R開關的主要目的是防止高壓發射訊號損壞低壓接收類比前端。類比電壓訊號經過訊號處理、放大和濾波後，傳輸至AFE的整合ADC，然後轉換成數位資料，數位資料透過JESD204B或LVDS介面發射到FPGA進行接收波束成形，然後發射到後端數位部分進一步處理，而產生超音波圖像。
圖1 超音波系統架構圖
電源影響超音波系統成像品質
從上述超音波架構來看，系統雜訊會受到許多因素的影響，如發射訊號鏈、接收訊號鏈、TGC增益控制、時脈和電源。在本文中，我們將討論電源如何影響雜訊。
超音波系統提供不同類型的成像模式，每種成像模式對動態範圍有不同的要求。這也表示SNR或雜訊要求取決於不同的成像模式。黑白模式需要70dB動態範圍，脈衝波都卜勒(PWD)模式需要130dB，連續波都卜勒(CWD)模式需要160dB。對於黑白模式，雜訊基準非常重要，其會影響在遠場能夠看到的最小超音波回波的最大深度，也就是穿透性，這是黑白模式的關鍵特性之一。
對於PWD和CWD模式，1/f雜訊尤為重要。PWD和CWD圖像均包括1kHz以下的低頻譜，相位雜訊會影響1kHz以上的都卜勒頻譜。由於超音波換能器頻率通常為1~15MHz，因此該範圍內的任何開關頻率雜訊都會對其造成影響。如果PWD和CWD頻譜(從100Hz~200kHz)中存在互調頻率，都卜勒圖像中將會出現明顯的雜訊頻譜，這在超音波系統中是不可接受的。
另一方面，透過考慮相同的因素，良好的電源可改善超音波圖像。設計人員為超音波應用設計電源時，應瞭解多個因素。
切換頻率
如前所述，必須避免將意外的諧波頻率導入採樣頻段(200Hz~100kHz)。在電源系統中很容易找到此類雜訊。
大多數開關穩壓器使用電阻來設定切換頻率。該電阻的誤差會在PCB上導入不同的開關標稱頻率和諧波。例如，在400kHz...
2022 年 12 月 26 日
