医学成像范畴正极大地获益于运用物理和电子学的研讨和开展，特别是在比如外表设备、印象收集和建模等范畴。因为具有彻底无创伤性，超声波在各种成像办法中占有特别的方位，其为内脏器官研讨供给了一种牢靠的办法。超声波技能用于医疗意图已有半个多世纪。但是，这种必需的设备体积巨大且价格昂贵，直到最近才专门运用一些分立器材来制作。
因为半导体工艺技能的前进，这种趋势正在发生变化。现在，能够彻底运用半导体IC来制作超声波收发器。更低电压的IC技能现在让具有明显高增益和低噪声功用的超声波接纳机芯片成为实际。相同地，在更高电压端，人们日益重视驱动超声波变送器的发送器IC的制作。本文概述了超声波发送器芯片规划的一些开展及其存在的许多应战。
超声波体系概述：发送和接纳功用
简而言之，超声波体系的作业原理是发生用于患者身上的声波，然后接纳并处理反射信号来构成患者身体的印象。发送至身体内的原始声波由一个变送器发生，其一般由发送器发生的电脉冲激起。相似地，反射声波由变送器接纳，然后转化回电办法，终究对得到的信号进行处理，以确认相关身体部位的内部结构。
图1显现了一个完好医疗超声波体系的典型结构。发送途径的完成能够有几种不同的办法。该途径或许由一个波束构成器以及许多电平转化器、栅极驱动器和高压开关组成，其输出被发送给超声波变送器。一般来说，变送器由压电资料制作，其将高压电信号转化为声波，即体系的终究输出。
图1完好医疗超声波体系的典型结构图
一些体系中，在经过数字逻辑驱动输出级的发送途径中，从始至终都得到坚持信号的数字特点。但是，您也能够以一种模仿办法创立并发送信号到变送器。其触及一个将波束构成器输出转化为模仿格局的数模转化器（DAC）。然后，在将其发送到变送器曾经，模仿扩大被用于发生的信号。
超声波体系的接纳途径方面，运用了一种模仿办法。因为接纳信号的振幅远低于发送信号，因而前端包含一个低噪声扩大器，其后为某种增益操控模块。滤出非相关高频部分今后，得到的信号经过一个模数转化器（ADC）转化为数字办法，而该模数转化器的输出则由波束构成器来处理。
超声波收发器体系的其他重要部分包含一个对多个通道活动进行交互的多路复用器，以及一个操控变送器和收发器电子元件之间信号流量的收/发开关。收/发开关的一个要害功用是在发送事情期间维护接纳机，因为发送事情触及过高的发送线路电压，其远高出接纳机模块的接受能力。
超声波体系要求：发送途径应战电压规模和作业频率
到现在为止所描绘的超声波体系能够发生各种信号图画来满意不同成像办法的要求。在极点规模下，您能够获得B型显现和谐波成像运用要求的高压（60～100V）、低占空比（0.5～2.0%）信号。在另一种极点状况下，能够获得接连波（CW）多普勒型成像办法要求的低压（3～10V）、100%占空比信号。
这就是说，在1～20MHz基频规模时，相应占空比条件下，要求超声波体系的发送器电路发生±3V?±100V的输出电压。
很明显，发送器输出的±100V需求一些高压开关。当发送器包含一个IC时，这种要求转变为高压晶体管，并对其优化以接受大电场。相同，它们在低压（＜10V）下体现欠安，而这种低压一般用于CW运转。规划一个发送器来满意电压规模极远端的产品标准依然，存在一个严峻的应战。
输出电压的宽规模并非是制作超声波发送器器材方面的仅有难题，还有更多的应战。
转化速率
依据从前提及的电压摆幅和作业频率规模，发送器或许有必要发生高达8V/ns的转化速率。结合代表变送器的100Ω和300pF典型并行负载，可知发送器在最为严苛的状况下会供给挨近3A的瞬态电流（见图2）。
图2 ±100V电源时典型的超声波发送器输出，以及流入100Ω和300pF并行负载的相应瞬时电流
谐波失真
超声波发送器的抱负输出是一种正弦信号，其满意了最高电压振幅和作业频率要求。您能够生成一个矩形脉冲，而非创立这种难以生成的模仿信号。受限于变送器的低通滤波特性今后，这种脉冲被下降至仅其谐波的前几个。其他偶次谐波中，第二个谐波一般为元凶巨恶。因而，第二谐波的按捺量成为超声波发送器的首要品质因数。
脉冲对称性和归零
咱们能够直观地了解超声波发送器输出的对称性要求。但是，这儿需求深化了解的是输出信号不用为一个长脉冲群。它或许包含一个单正极和负极脉冲对，脉冲对的前后均为0V。相同，信号归至0V的质量变得至关重要。有时，它被称为“阻尼”函数（见图3），并对一些超声波办法发生巨大的影响，例如，人体非线性为首要信息源的谐波成像等。
图3 快速归零（阻尼）函数
因而，由正脉冲归至0V与由负脉冲归至0V的对称性以及它们发生速度的快慢成为决议输出信号线性质量的要素。
导通电阻
导通状态下输出晶体管的电阻对超声波发送器的运转至关重要。首要，导通电阻与负载一同决议了输出信号的升降时刻，其设定可到达的输出频率。其次，它直接影响功耗。依据前面说到的电压和电流规模，在超声波发送事情期间，会呈现很多的功耗。这种功耗的程度取决于 B 办法显现或谐波成像等状况的高压和低占空比与CW多普勒型成像办法的低压和继续作业之间的相互作用。
超声波发送器体系的其他重要功用参数还包含输出信号颤动和相位噪声，以及通道之间的推迟匹配。
半导体的呈现
曩昔几十年，半导体技能一向都是通讯和计算机职业前进的根底。现在，它们即将给医疗技能带来相似的打破，特别是在成像运用中。超声波也不破例，它见证了从习气运用的分立体系转至彻底集成的半导体芯片型解决方案这样一场正在进行的运动。因为其固有的高速、低功耗和小体积等优势，半导体IC能够协助医学成像厂商缩短其产品上市时刻、完成终端设备的便携性、前进产品牢靠性和功用，一起坚持本钱的可控性。
现在，能够经过单片IC解决方案来完成收/发以及收/发开关功用。现在可用的一些IC发送器均能够发生高达8V/ns转化速率的±100V输出电压，以及低于40dBc的第二谐波失真。经过有源阻尼架构，能够完成脉冲对称性和快速归零。例如，TI的TX734是一款±90V、±2A、3级、4通道、具有有源阻尼功用的集成发送器。该集成超声波脉冲发生器与AFE5851（一款16通道模仿前端芯片）和TX810（一款8通道收/发开关）均为超声波体系IC解决方案的比如。
定论
曩昔几十年，医学成像范畴取得了许多严重前进。超声波技能在这些前进中扮演一种特别的人物，经证明其为许多运用的一种通用确诊东西。这些运用规模广泛，从产科学到血管成像，到一些程序中的针头引导，乃至包含某些良性和恶性肿瘤的医治。半导体IC技能正以一种越来越快的脚步支撑这种开展。因为各种%&&&&&%的呈现，完成了超声波体系的一切首要功用，然后让广阔临床医师和其他用户都能够享受到便携性、高图画分辨率和高产品牢靠性等重要技能前进。
