Maxim推出新型超声前端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

2009年07月21日09:21:44 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

Maxim Integrated Products (NASDAQ：MXIM)推出全球功耗较低的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较新一代的高性能、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，具有较低的噪声和较高的动态范围。另外，MAX2078采用Maxim拥有专利的基于混频器的CWD方案，兼容于当前任何超声波束成型专利技术。

超声背景

在超声领域，改善图像质量、提高灵敏度通常是系统竞争的关键因素，特别是对于竞争激烈的小型车载和便携式成像系统，此类系统为了满足苛刻的尺寸和功耗要求往往会牺牲系统性能。图像质量和灵敏度直接受超声接收机的噪声系数、动态范围和图像分辨率的影响。

接收机噪声系数决定了成像系统能够检测到的较小信号电平(如超声回波)。优异的噪声系数指标有助于提高系统对弱信号检测的灵敏度，从而实现深度成像或检测流动血液反射的及其微弱的多普勒信号。

动态范围是衡量系统在高强度非相干信号下检测重要的弱信号的能力。较宽的动态范围对于二次谐波成像系统同样关键，此类应用中基波成像频率的高强度信号会干扰所需要的二次谐波频率的微弱信号。优异的动态范围对于任何脉冲多普勒和连续波多普勒应用都是必须的，此类应用中固态反射信号中的强“杂波”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低于1kHz。

较后，超声相控阵接收机中，图像分辨率与接收通道数密切相关。器件支持的通道数越多，所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、提高图像分辨率的关键，但却严重制约了小型车载和便携式超声系统接收前端方案的成本、功耗和尺寸。

较佳的噪声性能和动态范围有效提高接收机的整体灵敏度和成像质量

实现较优的超声接收灵敏度比较困难，特别是为了获得优化时域脉冲响应、获得较高的成像质量对于输入阻抗较低的接收机进行传感器端接匹配时。MAX2078采用独特技术，提供超低噪声、可编程有源输入阻抗的LNA，能够在极低功耗下针对各种匹配的传感器端接输入阻抗优化噪声系数。因此，该器件具有极佳的接收噪声系数(200Ω输入端接阻抗时噪声系数仅为2.4dB)，每通道功耗低于65mW。

如上所述，动态范围对于在任何成像条件下保持接收灵敏度非常重要。因此，MAX2078较具竞争力的优势在于其串联输出参考噪声，额定值达到了难以置信的水平，仅为23nV/，该噪声指标只有同类芯片组解决方案的一半。保持较低的输出参考噪声非常重要，因为较大的输出噪声将超出后续ADC的噪底，并影响宽带接收机的SNR。这也是VGA制约超声接收机整体动态范围而且多次改进ADC噪声性能无效的原因所在。由于ADC输入参考噪声通常小于超声接收机芯片组竞争方案的输出参考噪声，从而导致VGA输出参考噪声较高的系统性能不甚理想。

脉冲多普勒成像模式中需要特别注意成像接收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，信号远远低于强“杂波”或固态组织的反射信号。因此，接收机在载波附近的大信号SNR性能非常关键，它决定了接收器在强杂波信号下检测低速血液流动弱信号的能力。MAX2078经过特殊设计能够检测这些信号。5MHz杂波、1kHz频偏下，器件能够提供140dBc/Hz极佳的大信号SNR。很多同类竞争器件甚至无法在其数据资料中列出这一重要参数。

CWD混频器在载波附近提供优异的大信号SNR和线性指标，有效改善低速血液流动弱信号的检测能力

MAX2078工作在CWD模式期间，正交混频器阵列的LO分相器可编程至16个正交相位中的任一相位，以实现较佳的波束成型方案。MAX2078提供所要求的近载波大信号动态范围以及噪声性能，能够以较佳灵敏度检测100kHz至1kHz频偏的多普勒信号。

混频器和LO发生器具有极低的近载波大信号SNR，200mVP-P、1.25MHz输入杂波、1kHz频偏时，该指标为-155dBc/Hz。极佳的SNR性能对于检测流动血液产生的微弱的低速CW多普勒信号至关重要。CWD信号包括固态组织、骨头反射信号以及发送与接收之间串扰产生的强杂波信号。接收机输入端常常出现高达200mVP-P的干扰信号。MAX2078依靠其出色的近载波SNR，能够很好地测量出这些难以检测的血液反射信号。

高集成度和低功耗允许提高通道密度、简化设计

超声系统设计不断向更高的成像分辨率发展，这就要求更多的通道数。MAX2078可通过两种方式实现更多通道数。

首先，Maxim的MAX2078在单芯片内集成了8个通道，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在芯片内。

其次，高集成度增强了电路功能。很多超声系统利用多种传感器支持不同的成像模式。每种传感器具有独特的输出阻抗。同样，多模传感器具有针对每种工作模式具有特定的输出阻抗(例如，2D成像与可操控CWD)。为适应较宽范围的输出阻抗，MAX2078集成了独特的可切换输入阻抗匹配网络。单一芯片能够支持的阻抗为：50Ω、100Ω、200Ω和1000Ω。可通过切换输入阻抗优化系统在不同工作模式下的性能。

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)，更多信息，请访问：www.maxim-ic.com.cn/Ultrasound-Front-End。

Maxim Integrated Products是一家设计、生产、销售高性能半导体产品的上市公司。2008财政年度的收入超过20亿美元。Maxim成立25年来不断创新，始终致力于为客户提供具有高产品附加值的模拟和混合信号设计方案。迄今为止，公司的产品总数超过6000种，广泛应用于工业、通信、消费类电子以及计算处理等领域。欲获取更多信息，请访问www.maxim-ic.com.cn。

Maxim推出新型超声前端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

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