醫(yī)療成像系統(tǒng)快速樣機制造指南

一旦 Diagnostic Sonar 公司決定利用使用 NI FlexRIO 的現(xiàn)成模塊化 FPGA 構(gòu)架來制造其系統(tǒng)樣機，下一步便是定義系統(tǒng)的 I/O。NI FlexRIO 平臺擁有各種模擬和數(shù)字適配器組件，可以滿足許多應(yīng)用需求，但是它也允許系統(tǒng)開發(fā)人員設(shè)計其自己的定制 I/O，使用適配器組件開發(fā)工具包 (MDK) 連接至 FPGA。Diagnostic Sonar 公司已經(jīng)具備了設(shè)計超聲波前端的經(jīng)驗。但是，他們意識到要想達到最佳系統(tǒng)性能的通道密度要求，他們必需使用專門為超聲波應(yīng)用設(shè)計的全集成 AFE。

利用集成 AFE 開發(fā)更高性能系統(tǒng)

超聲波系統(tǒng)性能會受到其模擬電路的極大影響。因此，AFE 的每一個特性對所有超聲波系統(tǒng)設(shè)計都至關(guān)重要。

超聲波系統(tǒng)的 AFE 由一個低噪放大器 (LNA)、壓控衰減器 (VCA)、可編程增益放大器 (PGA)、圖形保真濾波器 (AAF) 和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 組成。LNA 提供獲得良好靈敏度所需的低噪放大。VCA 和 PGA 是時間增益控制 (TGC) 模塊的組成部分，可改善系統(tǒng)的動態(tài)范圍。另外，它們還允許增益隨時間而增加，目的是在信號通過人體時對增大的信號衰減進行補償。之后，對經(jīng)過放大處理的信號進行濾波，以改善其信噪比 (SNR)。然后，通過一個 ADC 將所得到的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，并利用接收波束生成器對其進行處理。AFE 的性能極大地推動著超聲波系統(tǒng)特性的演變，讓它的體積更小、重量更輕、電池壽命更長和圖像質(zhì)量更高。

在開始 IC 設(shè)計以前，工藝選擇是半導(dǎo)體制造廠商的一個關(guān)鍵考慮因素。工藝選擇必須平衡性能、功耗、成本和升級可行性等方面。

不管設(shè)計的對象是高端汽車還是一個手持便攜式系統(tǒng)，AFE 通道整合都很重要。便攜式系統(tǒng)開發(fā)人員必須盡可能多地節(jié)省其電路板空間，并且高端系統(tǒng)必須針對高通道數(shù)目進行優(yōu)化。過去五年，AFE 迅猛發(fā)展。2004 年，使用離散方法設(shè)計一個 16 通道的 AFE 需要超過 40 個組件?，F(xiàn)在，只需要 2 個！

半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展讓我們能夠縮小尺寸、降低功耗和提高總性能。今天的一些AFE，例如：TI 的 AFE5808，性能提高了一倍，電路板空間減小了 94%，功耗降低了 67%。AFE　器件中更高的通道集成度讓尺寸大大減小，更少的組件數(shù)目節(jié)省了成本，而其布局也更加簡單—所有這些，最終讓系統(tǒng)擁有更高成本效益和更短產(chǎn)品上市時間成為現(xiàn)實。

圖 3 過去幾年面向具體應(yīng)用的模擬前端極大地提高了集成度和性能