醫用超聲成像供電技術

醫用超聲成像能夠用於顯現內臟，它無須像內視鏡、X線電子計算機斷層掃描（CT）或X射線成像等一些其他成像系統那樣穿透皮膚或給人體帶來輻射。此外，超聲成像要比非侵入式的核磁共振成像（MRI）的成本更低且更易於移動。超聲技術使用的增長將是未來數年內的重要趨勢。

　　超聲系統（見圖）通常包含若干關鍵基本模塊，後者會增加供電需求。超聲探針包含了多達數百個壓電換能器。這些壓電換能器能夠將輸出的電信號轉換為聲波，或者將輸入的聲波轉換成電信號。

　　為了產生將輸入給換能器的電信號，需要用到發射波束形成裝置。發射波束形成器通常由FPGA或DSP實現的。發射波束形成器產生電脈衝，後者經過定時和調整，照射到人體內的特定部位。

　　

　　圖 超聲系統的重要部件

　　這些來自發射波束形成器的電信號經過高壓脈衝發生器或高壓D/A轉換器（DAC），所產生的能量用於激發換能器元件。在脈衝發生器或DAC之間有一個發送/接收開關。在發送期間，它確保低電壓接收電路免受高壓損壞，這是因為接收回路也需要連接到換能器。

　　壓電換能器元件將這些電信號轉換成能穿透人體的聲波信號。這些聲波信號在各種內臟邊緣會被反射，並返回換能器。

　　這些返回的聲波一經過換能器，就轉化為電信號。這些較低電壓的接收信號需要進行放大、濾波並轉換為數字格式，從而生成圖像。得益於半導體行業的發展，所有這些工作都可以在一個器件內完成：模擬前端（AFE）。

　　數字輸出將加載到接收波束形成器，後者將對數據進行重建。在圖像完成重建之後，便可以對其進行一些視頻後處理並形成一種可輸出給顯示器的格式，以便技術人員查看結果。

　　負載點電源

　　超聲成像系統需要考慮提供多種電源電壓，在設計階段早些了解電源需求可以節省構建電源架構的時間。在確定系統總線電壓時，最好知道所需要的最高電壓。超聲發送脈衝發生器可能需要系統中的最高電壓，它需要數安培的電流來驅動換能器。

　　12V是最受歡迎的一種中級總線電壓選擇。可能需要實施另一套電源來生成更高的正向和負向電壓，以便為脈衝發生器供電。如果超聲具有備用電池特性，可能就需要更高的電壓為鉛酸或串/並聯鋰離子（Li離子）電池充電，那麼28～30V的中級總線電壓就是一種很好的選擇。

　　市面上有許多易於使用的DC/DC開關穩壓器能夠接受這種電壓作為輸入，並為顯示器、數字處理器和模擬電路提供負載點（POL）電源。此外，超聲成像系統可能非常容易受噪聲幹擾，因為它具有敏感的高精度模擬電路，並需要清晰的顯示圖像。帶有頻率同步功能的Dc/dc開關穩壓器可以由主時鐘頻率驅動，以消除那些可能會干擾模擬和視頻信號的拍頻。

　　處理器電源

　　超聲成像系統結合使用FPGA，DSP和微控制器來實現波束形成發送和接收功能，都卜勒處理以及圖形處理。為處理器供電是簡單的。

　　但是，高性能處理器的供電必須考慮一些重要的因素。處理器廠商可能會指定最小和最大的電壓斜升時間，而許多DC/DC穩壓器都提供了可調節軟啟動引腳，以便編程實現電壓斜升時間。如果沒有可用的軟啟動引腳，請選擇帶有合適的預設軟啟動時間的DC/DC穩壓器。