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美国美信集成电路产品公司中国区市场传播及应用支持经理 魏智
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超声系统中要求最苛刻的临床诊断工具是连续波多普勒(CWD)接收器。对小尺寸、低成本的要求使设备不得不牺牲CWD系统的性能。“波束成型”CWD接收的信号是由固态组织反射的强信号以及流动的血液反射回来的较弱的多普勒信号。每个相控阵接收通道输入端的典型杂波可能高达100mVp-p。为了优化接收性能，需要每通道的SNR达到155dBc/Hz。
对于一个64通道的CWD接收机，考虑到求和增益，求和后的“波束成型”信号需要额外的18dB动态范围，整体信噪比SNR的要求会达到173dBc/Hz。更加困难的是，低速多普勒信号的频率会在1kHz以内或低于杂波信号。由此可见超声检测设备面临巨大的设计挑战。
目前，超声系统大多采用模拟延时线接收器实现CWD信号检测，来自超声接收单元的输入信号经过缓冲、放大，低噪声放大器提供大约20dB的增益。LNA输出被转换成电流信号，随后通过交叉开关和模拟延时线进行波束成型。波束成型后的RFCWD信号混频后得到基带I、Q信号，这两路信号经过带通滤波后进行数字转换。RF至基带的混频处理通常是接收链路保证SNR的瓶颈，这个处理过程对CWD的性能影响较大，对于64通道设计示例，I、QRF混频器需要在处理波束成型信号时具有173dBc/Hz(1kHz频偏)的动态范围。能够达到这一指标的混频器很难实现，此外，本振驱动信号还必须保持极低的抖动。遗憾的是很难从市场上获得能够达到这样指标的逻辑器件———虽然CWD延时线能够满足结构紧凑的超声系统的最低要求。因此，上述性能的局限性是亟待解决的问题。
过去，由于缺乏适当的集成工艺，很难实现高性能的波束成型架构。但目前这一问题已经得到解决，Maxim提供的完全集成的8通道VGA和8通道CWDI/Q混频器MAX2038以及配套的可编程LO驱动器已经开始供货。采用这种架构可以使超声系统达到优异的CWD性能，不存在上述延时线CWD架构的局限性。
构建CWD接收器的另外一个潜在问题是LNA放大器的SNR指标，为了降低功耗、减小尺寸，许多超声设计人员选择了CMOSLNA，这样的器件可能适合某些能够控制CWD性能的应用。利用几何尺寸低于0.35μm的CMOS工艺制作放大器时，1/f噪声很大。这种噪声会引起LNA增益的低频调制。较强的RFCWD杂波通过这种LNA时将产生较大的低频调制噪声，从而降低SNR指标和CWD检测灵敏度。因此，为了满足高性能的应用需求，应选择类似于MAX20344通道超声LNA的双极型低噪声放大器。
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