結構緊湊的超聲成像系統連續波多普勒(CWD)設計的挑戰

作者：時(shí)間：2013-11-27 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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NT: 14px/25px 宋體, arial; WHITE-SPACE: normal; ORPHANS: 2; LETTER-SPACING: normal; COLOR: rgb(0,0,0); WORD-SPACING: 0px; -webkit-text-size-adjust: auto; -webkit-text-stroke-width: 0px">圖1. 基于CWD延時(shí)線(xiàn)的接收機簡(jiǎn)化電路

這種架構很容易集成，因為它所需要的電壓-電流轉換器、模擬開(kāi)關(guān)、無(wú)源延時(shí)線(xiàn)以及單路I/Q混頻器很容易集成。通過(guò)配置交叉開(kāi)關(guān)求和，適當的延時(shí)線(xiàn)抽頭切換信號，達到每個(gè)接收器的延時(shí)要求。

波束成型后的RF CWD信號混頻后得到基帶I、Q音頻信號，這兩路信號經(jīng)過(guò)帶通濾波后由高分辨率ADC進(jìn)行數字轉換，用于數字頻譜分析。RF至基帶的混頻處理通常是接收鏈路保證SNR的瓶頸，這個(gè)處理過(guò)程對CWD的性能影響較大，以64通道設計為例，I/Q RF混頻器需要在處理波束成型信號時(shí)具有175dBc/Hz (1kHz頻偏)的動(dòng)態(tài)范圍。

很難找到或設計能夠達到這一指標的混頻器，此外，本振驅動(dòng)信號還必須保持極低的抖動(dòng)。遺憾的是很難從市場(chǎng)上獲得能夠達到這樣指標的邏輯器件。雖然CWD延時(shí)線(xiàn)波束成型器能夠滿(mǎn)足結構緊湊的超聲系統的最低要求，上述性能的局限性也是亟待解決的問(wèn)題。

基于混頻器的CWD波束成型

為了獲得更高性能，在CWD系統中引入一個(gè)CWD混頻器/波束成型器，簡(jiǎn)化框圖如圖2所示。該架構中，每個(gè)通道都具有一個(gè)I/Q混頻器，在基帶端(而非RF端)進(jìn)行波束成型求和；每路I/Q混頻器的LO相位可以調節在n (n = 8至16相)個(gè)相位的其中之一。LO相位的變化將改變接收信號的相位，達到波束成型的目的。

結構緊湊的超聲成像系統連續波多普勒(CWD)設計的挑戰

圖2. 低功耗雙極型LNA和CWD混頻器/波束成型電路能夠簡(jiǎn)化高性能CWD接收機的設計

由于混頻器的實(shí)現基于每個(gè)通道，對每個(gè)通道混頻器的要求可以降低到157dBc/Hz (1kHz頻偏)。這一SNR指標雖然苛刻，但利用雙極型混頻器和標準邏輯器件可以實(shí)現?；祛l器輸出為電流，而且在聲波基帶進(jìn)行無(wú)源求和，可以滿(mǎn)足CWD波束成型的SNR要求。

基于混頻器的CWD波束成型方案

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結構緊湊的超聲成像系統連續波多普勒(CWD)設計的挑戰

基于混頻器的CWD波束成型

基于混頻器的CWD波束成型方案

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