提高超聲成像質量以及降低功耗的方案

超聲平臺的成像質量與系統功耗，向來是此消彼長的“零和游戲”，對于便攜設備尤甚。早在2007年4月，ADI推出了全球第一款集成八通道的芯片——AD9271，但一年半過去了，對于一些比較高端的應用，該芯片似乎在功耗上顯得“心有余而力不足”了。

這個時候應運而生更高性能、更低功耗的芯片也就成了必然。“業(yè)界一直在盼著這兩款芯片，”ADI大中國區(qū)資深業(yè)務經理周文勝這樣對電子工程世界說。

究竟，這是兩款什么樣的芯片？

真正的“單芯”

談及最新推出的兩款八通道超聲接收器AD9272、AD9273,周文勝更愿意將其形容為真正的“單芯”解決方案。與此前的AD9271一道，AD927x產品利用集成了八個通道的單芯片取代了以往的分立解決方案，每個通道中都包含一個低噪聲放大器(LNA)、一個可變增益放大器(VGA)、一個抗混疊濾波器(AAF) 和一個12-bit模數轉換器(ADC)。

“與數字技術相比，模擬技術更多地是靠積累，”周文勝感慨。從以往的分立方案到“單芯”方案，從AD9271到如今的AD9273、AD9273,看似模擬產品的功能只前進的一小步，實際上在其后蘊含著相當多的工藝背景。其中，最寶貴的，恰恰是ADI擁有這樣一些有積累的老工程師：在公司成立時他們就在ADI工作，現在已經六、七十歲，仍然在為ADI工作，他們甚者可以拍拍CEO的肩膀隨意地聊天。同時隨著產品平臺化的轉移，越來越多的公司走向方案提供，因而ADI也增加了很多系統集成工程師，人員也就成了ADI市場份額的核心力量。

與ADI在2007年財年的銷售額24.3億美元相比，醫(yī)療電子的份額約為5%，與傳統的優(yōu)勢終端市場工業(yè)與儀器儀表、消費類產品、無線基礎設施相比并不算大。但平均每年18%左右的增長仍然使人不得小覷。同時，醫(yī)療電子也被眾多商家視為繼PC、手機之后下一輪的競爭之地。

傳統意義上的醫(yī)療電子領域，可以分為5部分——成像、病人監(jiān)護、儀器儀表、消費類及植入器械。其中醫(yī)學成像包括CT、超聲波、數字X射線機、MRI，目前全球范圍內最熱門的是超聲波和數字X光機（2000年以前基本是模擬X光機，這塊數字化比較快）。而目前國內生產CT的廠商比較少，耳熟能詳的是GE、東軟。同時MRI在國內也不是非常成熟。而ADI的大部分醫(yī)療業(yè)務都來源于醫(yī)學成像系統。

病人監(jiān)護的類別更多的是指心電圖機、脈搏血氧儀、呼吸機和自動外部除顫器。比如高危病人需要隨身攜帶的脈搏血氧儀帶GPS功能，可以衛(wèi)星定位病人的位置，如果發(fā)生問題，可以通過最近的救護中心搶救病人。

儀器儀表主要就是分析。如血液分析、尿液分析等。

剩余的兩個部分消費類和植入式器材，ADI現在做的比較少，但也非常關注。在過去的十到二十年間，消費類產品在歐美比較流行，葡萄糖監(jiān)控儀、耳溫計和血壓與心率監(jiān)控儀都屬于此類產品。植入性器材一般都是集成的小系統，它可以檢測到你血糖的濃度，當這個濃度大于一定程度的時候需要釋放藥物，這個藥品已經植入你的體內，這時候它就會刺激釋放這個藥物，這種技術在國內還沒有，但是在國外已經非常熱門。

性能與功耗的平衡

而此次新產品的推出，ADI依然瞄準了其主要業(yè)務來源——成像，即AD9272和AD9273，這兩款芯片擁有更大的靈活性，客戶擁有更多的選擇。其中AD9272具有業(yè)界最低的終端噪聲，適合需要獲得卓越圖像質量的高、中端推車式超聲設備；而AD9273在同類產品中，能提供最高的電源效率，滿足便攜式超聲系統的需求。與AD9271不同，AD9272、AD9273是ADI的第二代芯片。AD9271是全球第一顆全集成的芯片AD9272的動態(tài)范圍比AD9271大，但功耗差不多；而AD9273信號噪聲等與AD9271類似，但功耗可以做到很低。

在現實環(huán)境下工作時，AD9272在5MHz下具有低噪聲和最佳的動態(tài)范圍，折合到輸入端噪聲僅為0.75 nV/rtHz，其輸入動態(tài)范圍也比同類器件高出6 dB/rtHz。對于便攜式超聲設備而言，AD9273重點強調低功耗，在12-bit、40 MSPS時，每通道功耗低于100 mW，有助于延長超聲設備的電池壽命。

AD9272與AD9273具有高達42 dB的可變增益范圍，可選的抗混疊濾波器，并與ADI同系列的其它產品引腳兼容。AD9272內置ADC的轉換速率高達80 MSPS；AD9273內置ADC的轉換速率高達50 MSPS。AD9271的可變增益范圍為30 dB，內置ADC的轉換速率高達50 MSPS。

通過對芯片性能的提升， AD9272、AD9273為超聲系統帶來了更多的改進：首先它可以改變成像的分辨率，獲得更深的透視，這個是由動態(tài)范圍確定。動態(tài)范圍的增大本身可以檢測到更微弱的信號，同時也加大了很小信號和很大信號之間的動態(tài)范圍，從而可以到很淺的表皮也可以得到很深的組織內的圖像，同時由于前端的低噪放功能的改進，也使得其對組織和血液流動觀察會更清晰。

更小的外形和更低的成本，便攜式的超聲設備無疑是救護車、野戰(zhàn)醫(yī)院、病床邊的首選。同時也得到了更長的電池壽命和更高的可靠性，這個是由一致性帶來的好處，原來的系統方案設計的是八個通道，每個通道是由幾個芯片工作，芯片之間難免出現不協調，而在一顆芯片內一致性是非常好。

完全可編程——SPI接口

“我們每次跟超聲研發(fā)工程師談研發(fā)，他們都會覺得頭痛，”周文勝說。因為數據手冊里有一大堆的集成器，不知道怎么設置。

因為兩年前，國內生產的超聲系統大多是黑白超，以32通道為主，甚至有24通道的。而64通道以上是彩超，現在最集中的一塊是128通道，現在250個通道確實有不少人在做產品研發(fā)，但仍以128通道為主。每一條通道有很多芯片在里面，所以如果打開超聲看一下，可以看到有密密麻麻的模擬前端。

而此時設計工程師可以通過SPI調整集成器優(yōu)化架構，實現所需的最佳噪聲的動態(tài)范圍和電池壽命。這是一個可編程的SPI接口的軟件，但是有很多參數在其內部，而且這些參數都是經過測試所得，該軟件完全免費。也是完全免費的。

而現在選擇芯片后，比如端接、頻接阻抗、輸入電壓、頻率、低噪放、衰減、PGA、截止頻率等等全部可以設置的，當這些全部設置完以后就運行一下出來很多結果，這個結果是什么？這個結果是你期望拿到的值，如果不是所期望的，還可以再調整，直到符合設計需求。之后將其輸出，形成一個文本文件，直接貼到程序里面即可。“這個我們認為是非常非常有創(chuàng)意的，”周文勝這樣評價。

據悉，AD9272與AD9273是專為與AD8339進行接口而設計的，AD8339是一款帶移相器的四通道可編程I/Q解調器，非常適合連續(xù)波多普勒超聲系統。AD9272與AD9273還可以和ADI公司以下產品配合使用：AD8021低噪聲高速放大器；AD7980 16-bit，1 MSPS PulSAR?模數轉換器；ADR433 5.0 V超低噪聲基準電壓源。這些產品代表著當今醫(yī)學成像與超聲領域應用最廣泛的產品系列?，F可提供AD9272與AD9273樣片，均采用100引腳 TQFP封裝。AD9272的千片訂量報價為54美元/片，AD9273的千片訂量報價為51美元/片。