新型超声前端IC为多通道车载及便携式超声成像设备提供突破性的_技术

新型超声前端IC为多通道车载及便携式超声成像设备提供突破性的性能

低功耗、高性能、8通道超声前端IC，带有可编程CWD

SUNNYVALE，CA。2009年7月15日。Maxim Integrated Products (NASDAQ：MXIM)推出全球功耗最低的8通道超声前端方案MAX2078，内置基于混频器的CWD (连续波多普勒)波束成型器。MAX2078展现了Maxim最新一代的高性能、低功耗超声内核，结合了公司业界领先的LNA、VGA和CWD技术。器件在一个完全集成的单片IC中包含了有源输入终端LNA、VGA、抗混叠滤波器和I/Q混频器CWD波束成型器。MAX2078针对多通道车载和便携式超声医学成像应用而设计，这类应用中尺寸和功耗受限且必须对性能进行优化。该款前端IC与其它同类低功耗、完全集成的超声前端相比，具有最低的噪声和最高的动态范围。另外，MAX2078采用Maxim拥有专利的基于混频器的CWD方案，与目前所有的超声波束成型专利兼容。

超声背景

在超声领域，增强的图像质量和灵敏度通常被认为是竞争系统之间的关键差异。在竞争激烈的小型车载和便携式成像系统中尤为如此，在此类系统中往往会牺牲性能，以满足苛刻的尺寸和功耗要求。图像质量和灵敏度直接受超声接收器的噪声系数、动态范围和图像分辨率的影响。

接收器的噪声系数决定了能够被成像系统检测到的最弱信号电平(如超声回波)。优异的噪声系数指标提高了系统对弱信号的灵敏度，从而能实现深度更大的成像以及检测更微弱的多普勒血液流动信号。

动态范围是衡量系统在高强度无关信号下检测这些重要弱信号的能力。极佳的动态范围对于二次谐波成像尤为关键，此类应用中基波成像频率处的高强度信号会干扰所期望的二次谐波频率处的微弱信号。优异的动态范围对于所有脉冲多普勒和连续波多普勒来说也是必须的，此类应用中固态反射器上较强的“杂散信号”会干扰较弱的多普勒信号，所期望的多普勒信号频率有时会小于1kHz。

最后一点，超声相控阵接收器中的图像分辨率与接收通道的数量密切相关。器件支持的通道数量越多，则可支持的接收孔径越大、图像分辨率和图像质量越高。足够多的通道数是支持较大孔径和提高图像分辨率所必需的，但却严重制约了小型车载和便携式超声系统接收器前端解决方案的成本、功耗和尺寸。

最佳的噪声性能和动态范围提高了接收器的整体灵敏度和成像质量

实现最优的超声接收器灵敏度是较为困难的，特别是在为获得最优的时域脉冲响应和极佳的成像质量而在输入阻抗相对较低的接收器连接一个传感器时尤为如此。MAX2078的独特之处在于它提供了一个超低噪声、可编程、有源输入阻抗LNA，能够在极低的功耗条件下优化各种最佳匹配的传感器端接输入阻抗对应的噪声系数。因此，该器件具有极佳的接收器噪声系数(200Ω输入端接阻抗时噪声系数仅为2.4dB)，并且每通道的功耗低于65mW。

如上所述，动态范围对于在所有成像条件下保持接收器灵敏度同样非常重要。因此，有人认为MAX2078的最大优势是其级联输出参考噪声性能(额定值极低，仅为23nV/)，该噪声指标是同类芯片组解决方案的一半。保持较低的输出参考噪声很重要，因为较大的输出噪声将超出后续ADC的噪底，并影响接收器的宽带SNR。这也是VGA成为制约超声接收器整体动态范围的因素以及多次改进ADC噪声性能却无效的原因所在。由于ADC的输入参考噪声通常小于同类竞争的超声接收器芯片组的输出参考噪声，因此VGA输出参考噪声较高的系统，其性能不甚理想。

脉冲多普勒成像模式中需要特别注意的是成像接收器阵列在载波附近的、大信号SNR性能。低速多普勒信号通常在1kHz以内，低于非常大的“杂散信号”或固态组织反射的强信号。因此，接收器在载波附近的大信号SNR性能是关键指标，它决定了接收器在较大的杂散信号下检测较弱的低速血流信号的能力。MAX2078经过特殊设计，能够检测这些信号。5MHz杂散信号、1kHz频偏时，器件具有极佳的140dBc/Hz大信号SNR。很多同类竞争器件甚至在其数据资料中都无法列出这一重要的性能参数。

优异的CWD混频器载波附近的大信号SNR性能和线性度指标提高了较弱的低速血流信号的检测能力

MAX2078工作于CWD模式期间，正交混频器阵列中的LO分相器可编程至16个正交相位中的任一相位，以实现最佳的波束成型方案。MAX2078提供了必要的载波附近的大信号动态范围以及噪声性能，用于检测最佳灵敏度下100kHz至1kHz以内频偏时的多普勒偏移范围。

混频器和LO发生器具有极低的载波附近的大信号SNR性能，200mVP-P、1.25MHz输入杂散信号、1kHz频偏时，该指标为-155dBc/Hz。这个极佳的SNR性能对于检测微弱的低速CW多普勒血流信号至关重要。CWD中由固态组织和骨头反射以及发送至接收间串扰产生的杂散信号非常大。接收器输入端常常出现高达200mVP-P的干扰信号。MAX2078依靠其出色的载波附近的SNR性能，能够很好地测量出这些难以检测的血流信号。

高集成度和极低的功耗允许增加通道密度和简化设计实施

超声系统设计不断向更高的成像分辨率方向发展，因此，要求具有更多的通道数量。MAX2078可通过两种主要方式实现更多的通道数。

首先，Maxim的MAX2078在单芯片内集成了8路通道，其LNA/VGA/AAF/CWD方案占用极小的电路板空间。几乎所有必要的电路均集成到了芯片内。

其次，高集成度可增加电路功能。很多超声系统利用多种传感器类型来支持多种成像模式。每种传感器将具有唯一的输出阻抗。类似地，多模式传感器具有针对每种工作模式定制的特定输出阻抗(例如，2D成像和导向CWD的对比)。为适应较宽范围的输出阻抗，MAX2078集成了一个独特的可切换的输入阻抗匹配网络。该单芯片可支持的阻抗值为50Ω、100Ω、200Ω和1000Ω。输入阻抗可进行切换，以优化系统在各种工作模式下的性能。

MAX2078采用64引脚TQFP无铅封装。MAX2077*与MAX2078的功能、参数相同，但不带CWD波束成型器，MAX2077采用引脚兼容的64引脚TQFP无铅封装以及节省空间的56引脚TQFN封装。MAX2078起价为$47.50，MAX2077起价为$34.30 (1000片起，美国离岸价)。