基于CTDS轉(zhuǎn)換技術(shù)在醫(yī)療超聲系統(tǒng)中的應(yīng)用

至今，設(shè)計人員都面對ADC選擇的折衷考慮。流水線轉(zhuǎn)換器提供高分辨率和寬動態(tài)范圍，但其功耗相當(dāng)高。另一種方法，分立時間Δ∑轉(zhuǎn)換器幾乎不需要太大的功率，但嚴(yán)格受速度所限。

CTDS ADC

連續(xù)時間Δ∑(CTDS)技術(shù)可填補轉(zhuǎn)換器的空白。Xignal公司最近推出的產(chǎn)品可工作在40Msample/s(相當(dāng)于流水線轉(zhuǎn)換器的50~60Msample/s)，具有12位或14位分辨率、高功能集成度(包含精確的片上時鐘源)，其功耗僅70mW。此產(chǎn)品也具有1個電阻輸入級，這很容易驅(qū)動，而不用借助緩沖放大器。

圖1示出CTDS ADC 與流水線轉(zhuǎn)換器相對性能比較，此圖是根據(jù)IEEE認(rèn)可的FOM(性能因數(shù))測量。FOM是每次轉(zhuǎn)換的能量量測。FOM也示出工藝結(jié)構(gòu)未來的標(biāo)度，連續(xù)時間Δ∑器件將沿給出較高性能水平的路線圖發(fā)展。

圖2標(biāo)出1個完整的模/數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。左手邊的圖示出1個完整的系統(tǒng)對于流水線轉(zhuǎn)換器需5個外部電路元件。它們是可編程增益放大器(通過分離的DA進(jìn)行增益控制)；去除噪聲的抗混淆濾波器；緩沖ADC本身容性輸入的輸入驅(qū)動器；提供精確定時基準(zhǔn)的高性能時鐘和鎖相環(huán)。與此相反，連續(xù)時間Δ∑實現(xiàn)方法去除了所需的抗混淆濾波和輸入驅(qū)動器，而Xignal的實現(xiàn)方法把所有其他功能都集成在片上。

CTDS轉(zhuǎn)換技術(shù)的優(yōu)點是：更快和更簡單的系統(tǒng)設(shè)計，較低的功耗，對動態(tài)范圍或速度不需折衷考慮。在多通道應(yīng)用中，上述CTDC ADC的優(yōu)點能增值，而且能使設(shè)計人員采用新的和有益的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而這在以前是不可能的。此技術(shù)的應(yīng)用范圍是廣泛的，包括電子業(yè)的所有領(lǐng)域，特別是來自各種傳感器的模擬信號需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的領(lǐng)域。

醫(yī)療超聲應(yīng)用

在醫(yī)療超聲系統(tǒng)中，超聲換能器發(fā)射超聲波，超聲波被目標(biāo)物反射并重新被換能器接收。為了掃描1個較大的區(qū)域并在一定的距離聚集在目標(biāo)上，需要在目標(biāo)小，需要在一維或二維陣列中配置多發(fā)送/接收元件以便形成波束。波束的聚焦和方向可以電控。

換能器通過靈活的纜線連接到處理數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理單元。每個換能元件通過自己的數(shù)據(jù)通道或多路轉(zhuǎn)換電路連接到處理單元。高端系統(tǒng)配量高達(dá)512個通道，中等性能系統(tǒng)可達(dá)256個通道，便攜系統(tǒng)可達(dá)128個通道。
根據(jù)目標(biāo)到傳感器頭的距離和目標(biāo)性質(zhì)，經(jīng)纜線接收和發(fā)送的模擬信號幅度是寬范圍的。因此，纜線是由若干低損耗同軸芯組成，這是超聲系統(tǒng)是昂貴的元件之一。盡管如此，纜線損耗和換能器接口上的損耗是高性能和相當(dāng)昂貴接收器的要求。