醫(yī)用超聲成像供電技術(shù)

醫(yī)用超聲成像能夠用于顯現(xiàn)內(nèi)臟，它無須像內(nèi)視鏡、X線電子計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）或X射線成像等一些其他成像系統(tǒng)那樣穿透皮膚或給人體帶來輻射。此外，超聲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動(dòng)。超聲技術(shù)使用的增長將是未來數(shù)年內(nèi)的重要趨勢。

　　超聲系統(tǒng)（見圖）通常包含若干關(guān)鍵基本模塊，后者會(huì)增加供電需求。超聲探針包含了多達(dá)數(shù)百個(gè)壓電換能器。這些壓電換能器能夠?qū)⑤敵龅碾娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為聲波，或者將輸入的聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。

　　為了產(chǎn)生將輸入給換能器的電信號(hào)，需要用到發(fā)射波束形成裝置。發(fā)射波束形成器通常由FPGA或DSP實(shí)現(xiàn)的。發(fā)射波束形成器產(chǎn)生電脈沖，后者經(jīng)過定時(shí)和調(diào)整，照射到人體內(nèi)的特定部位。

　　圖 超聲系統(tǒng)的重要部件

　　這些來自發(fā)射波束形成器的電信號(hào)經(jīng)過高壓脈沖發(fā)生器或高壓D/A轉(zhuǎn)換器（DAC），所產(chǎn)生的能量用于激發(fā)換能器元件。在脈沖發(fā)生器或DAC之間有一個(gè)發(fā)送/接收開關(guān)。在發(fā)送期間，它確保低電壓接收電路免受高壓損壞，這是因?yàn)榻邮栈芈芬残枰B接到換能器。

　　壓電換能器元件將這些電信號(hào)轉(zhuǎn)換成能穿透人體的聲波信號(hào)。這些聲波信號(hào)在各種內(nèi)臟邊緣會(huì)被反射，并返回?fù)Q能器。

　　這些返回的聲波一經(jīng)過換能器，就轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。這些較低電壓的接收信號(hào)需要進(jìn)行放大、濾波并轉(zhuǎn)換為數(shù)字格式，從而生成圖像。得益于半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，所有這些工作都可以在一個(gè)器件內(nèi)完成：模擬前端（AFE）。

　　數(shù)字輸出將加載到接收波束形成器，后者將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重建。在圖像完成重建之后，便可以對(duì)其進(jìn)行一些視頻后處理并形成一種可輸出給顯示器的格式，以便技術(shù)人員查看結(jié)果。

　　負(fù)載點(diǎn)電源

　　超聲成像系統(tǒng)需要考慮提供多種電源電壓，在設(shè)計(jì)階段早些了解電源需求可以節(jié)省構(gòu)建電源架構(gòu)的時(shí)間。在確定系統(tǒng)總線電壓時(shí)，最好知道所需要的最高電壓。超聲發(fā)送脈沖發(fā)生器可能需要系統(tǒng)中的最高電壓，它需要數(shù)安培的電流來驅(qū)動(dòng)換能器。

　　12V是最受歡迎的一種中級(jí)總線電壓選擇?？赡苄枰獙?shí)施另一套電源來生成更高的正向和負(fù)向電壓，以便為脈沖發(fā)生器供電。如果超聲具有備用電池特性，可能就需要更高的電壓為鉛酸或串/并聯(lián)鋰離子（Li離子）電池充電，那么28～30V的中級(jí)總線電壓就是一種很好的選擇。

　　市面上有許多易于使用的DC/DC開關(guān)穩(wěn)壓器能夠接受這種電壓作為輸入，并為顯示器、數(shù)字處理器和模擬電路提供負(fù)載點(diǎn)（POL）電源。此外，超聲成像系統(tǒng)可能非常容易受噪聲干擾，因?yàn)樗哂忻舾械母呔饶M電路，并需要清晰的顯示圖像。帶有頻率同步功能的Dc/dc開關(guān)穩(wěn)壓器可以由主時(shí)鐘頻率驅(qū)動(dòng)，以消除那些可能會(huì)干擾模擬和視頻信號(hào)的拍頻。

　　處理器電源

　　超聲成像系統(tǒng)結(jié)合使用FPGA，DSP和微控制器來實(shí)現(xiàn)波束形成發(fā)送和接收功能，多普勒處理以及圖形處理。為處理器供電是簡單的。

　　但是，高性能處理器的供電必須考慮一些重要的因素。處理器廠商可能會(huì)指定最小和最大的電壓斜升時(shí)間，而許多DC/DC穩(wěn)壓器都提供了可調(diào)節(jié)軟啟動(dòng)引腳，以便編程實(shí)現(xiàn)電壓斜升時(shí)間。如果沒有可用的軟啟動(dòng)引腳，請(qǐng)選擇帶有合適的預(yù)設(shè)軟啟動(dòng)時(shí)間的DC/DC穩(wěn)壓器。