超声系统的信号链设计注意事项

图17.CW的简化框图

下述图解和方程式描述了混频器操作的原理。

图18.混频器操作的框图

方程式中，Vi(t)、Vo(t) 和LO(t)分别是混频器的输入、输出和本地振荡器信号。Vi(t)包括高次谐波；LO(t)代表方波，其包含奇数谐波分量，如下式所示：

根据方程式，来自LO(t) 的3阶和5阶谐波可与Vi(t)中这些频带中的3阶和5阶谐波或宽频噪声相调制。因此，混频器的噪声性能会降低。为了避免这种不良影响，在LNA输出或混频器时钟输入上都需要谐波抑制电路，以实现更佳的噪声系数。根据以上方程式，混频器的转换损耗约为20log2/π 也就是-4dB左右。

优于-46dBc镜像频率抑制是CW成像中的期望参数。CW I/Q通道匹配也可有助于镜像频率分量。文献表明，0.25°的I/Q相位误差可得到-53dBc抑制；且0.05dB的I/Q增益误差可得出-50dBc抑制。它们是CW路径的设计目标。因此，CW I/Q路径需要严格的增益和相位匹配。低容差电阻（0.1%）通常用于基于运算放大器的有源滤波器。  

典型的CW多普勒移频处在100Hz到20KHz之间。由于混频特性，CW信号路径的相位噪声主导低血流速度。因此，大多数AFE以载波频偏为1KHz时的CW相位噪声作为主要性能指标。

最后，CW路径的动态范围基于输入参考噪声和最大输入信号：

为实现良好的CW性能，需要>160dBFS/Hz的发射器和接收器电路动态范围。

8.总结

超声成像是一种安全的医学成像模式，具有很大潜力，。越来越多就地检查的床旁应用需要低功耗、低噪声和紧凑的系统。为了充分发挥超声信号的优点，必须选择合适的工艺以实现低功耗、低噪声和小尺寸的目的。BiCMOS工艺适用于低噪声放大器设计，具有超低1/f噪声、宽带宽和良好的功耗/噪声效率；而CMOS工艺在低功耗下实现了高数字密度。两者结合使用先进的封装技术，可提供最先进的模拟前端解决方案。为达到所需的超声波参数，如快速一致的过载恢复、低IMD3和PSMR、精确的I/Q匹配、连续波多普勒混频器中奇次谐波抑制等，需要考虑芯片中的各个参数已到达设计的综合优化。