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模拟技术驱动的测试测量与医学成像集成趋势:挑战与突破
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更新于2024-09-01
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模拟技术在测试测量与医学成像领域的应用正经历着前所未有的变革和发展。随着电子市场的竞争加剧,系统集成和小型化成为关键。未来的趋势是通过集成现有分离式解决方案,提升产品的集成度,从而实现更小的体积、更多的功能、更低的功耗和成本,同时增强产品的性能和可靠性。 在这个过程中,制造商利用先进的工艺技术进行创新,例如在超声成像领域,通过优化信号处理和传感器技术,确保高精度的信号采集和分析。模拟电子技术在这个领域扮演着重要角色,尤其是在实时处理连续的物理信号,如声波和光线,以及通过数模转换器(DAC)和模数转换器(ADC)等混合信号组件,实现了模拟信号与数字信号的无缝转换和交互。 测试测量方面,模拟技术帮助实现对复杂信号的实时监测和分析,比如在超声波接收机中,通过钳位机制防止接收通道被高强度发送信号饱和,同时利用低噪声放大器(LNA)提升信号质量,减少噪声干扰。随着信号在人体内部传播,模拟技术能够有效地处理信号衰减问题,保证图像的清晰度和准确性。 然而,尽管数字电子技术在软件和固件控制方面占据主导,模拟技术的不可替代性依然明显。它在处理非线性信号、实现快速响应和精确度方面具有独特优势。未来的发展趋势可能包括对模拟技术的进一步优化,如采用更先进的模拟集成电路(AICs)和混合信号集成电路(HSICs),以提升性能、降低功耗,并与数字技术更加协同工作。 模拟技术在测试测量与医学成像领域的应用不仅面临挑战,也孕育着巨大的机遇。制造商需要不断创新,寻找模拟与数字技术的最佳结合点,以满足日益严格的性能要求和用户需求,推动这一领域持续前进。
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模拟技术中的测试测量与医学成像领域的模拟技术趋势模拟技术中的测试测量与医学成像领域的模拟技术趋势
架构领域的系统集成及发展是未来电子市场成功的关键。实现成功的主要目标包括:使产品外型更小、功能更
多、功耗更低,并且成本也更低。未来的集成解决方案将以当今的分离式解决方案为开发基础。制造商利用工
艺技术推动市场发展,向市场提供集成度更高的产品,在缩小尺寸、降低功耗及成本、提高可靠性的同时提高
性能。 成功的路上充满挑战,特别是在测试测量与医学成像应用领域尤其如此。上述领域涉及高精尖技术,因
此要求采用速度最快、分辨率最高的电子技术,才能设计出独树一帜的未来产品。数字电子技术的发展正在推
动相关领域的进步,而模拟电子技术也同样重要。 在测试测量与医学成像应用领域,数字电子技术通常在软件
和/或固件控制下执行
架构领域的系统集成及发展是未来电子市场成功的关键。实现成功的主要目标包括:使产品外型更小、功能更多、功耗更低,
并且成本也更低。未来的集成解决方案将以当今的分离式解决方案为开发基础。制造商利用工艺技术推动市场发展,向市场提
供集成度更高的产品,在缩小尺寸、降低功耗及成本、提高可靠性的同时提高性能。
成功的路上充满挑战,特别是在测试测量与医学成像应用领域尤其如此。上述领域涉及高精尖技术,因此要求采用速度最快、
分辨率最高的电子技术,才能设计出独树一帜的未来产品。数字电子技术的发展正在推动相关领域的进步,而模拟电子技术也
同样重要。
在测试测量与医学成像应用领域,数字电子技术通常在软件和/或固件控制下执行多种复杂功能。
现实世界的信号(如声和光等)是持续的,我们需采用模拟信号处理技术来应对" 真实"的环境。用模拟电子技术通过感应器进
行信号采样并带动传感器。
我们可将数模转换器 (DAC) 与模数转换器 (ADC) 等混合信号产品用于实现模拟和数字之间的连接。尽管这些器件搭建了数字
与模拟间的桥梁,但我们仍将其视为模拟元件。
本文将给出测试测量与医学成像应用领域的实例,并讨论未来的发展趋势。
医学成像:超声
图 1 给出了超声通道的结构图。通常来说,接收机与发送器共用同一变送器。发送器将向变送器发送高振幅脉冲。这时将开
关设置为接收机输入,以便检测回声或从病人处反回信号。
我们提供钳位,以确保接收通道不因发送器的高幅度信号而饱和。低噪声放大器(LNA) 用于放大返回信号,并设置接收机的噪
声系数。
随着信号深入人体组织,它会逐渐减弱,而返回信号则随着时间的流逝而要求更高的增益,以保持可接受的 ADC 水平。因
此,LNA 随后还要加上时间增益放大器,该放大器编程后可补偿信号的衰减。
信号的带宽受低通滤波器 (LPF) 限制,能够降低通道内噪声,并达到防止信号混淆的目的。由于大多数高速的高精度 ADC 都
使用差分输入,因此需将信号从单端 (SE) 转换为差分(Diff)。信号随后转换为数字形式,在数字域进行进一步处理。
在超声中形成的波束使用多个通道来构成图像。高性能系统中使用的通道超过 128个。新一代系统的通道数量还将继续增加,
达到 1024 个。
超声的未来趋势
为了降低超声设备的成本并提高性能,我们应当对其功能进行集成。通常集成的第一步就是将多种部件集成在一个封装中,并
借助先进的架构进行性能提升。因此,多通道系统不是用单个部件就可以实现的,而是通过多种部件的集成来实现,它们可使
尺寸更小、功耗及成本更低、可靠性更高。
以TI的VCA2611/6(图2)与ADS5271(图3)为例,将多个放大器与 ADC 封装在一起。这些元件可用于实施以上所示大多数模拟
信号的调节工作。
VCA2611/6 包含两个低噪声前置放大器 (LNP) 以及低噪声可变增益放大器 (VGA)。VCA2611 是 VCA2616 的升级版本,其
输入处可处理 -2.0V 负向输入峰值,在低噪声前置放大器之前实现较慢的廉价输入钳位二极管 (VCA2616 只能处理 -0.3V 的
峰值)。在某些设计中,我们甚至不需要输入钳位。
VCA2611/6 集成了有源终端 (AT) 作为其架构的一部分。通过有源终端可实现低输入阻抗,与传统的分路终端 (shunt
termination) 相比,改善了 4.6dB 的噪声指数。我们也可改变终结值以适应不同的信号源。有源终端结合最大增益选择 (MGS)
可为我们实现最佳的噪声性能。
低噪声前置放大器具备差分输入与输出功能,可设置实现 5dB、17dB、22dB 或25dB 的增益。低噪声前置放大器的输出可用
于外部信号处理,如低通滤波。
可变增益通过模拟电压进行控制,其增益可在 0dB 到最大增益选择寄存器设置的增益值之间变动。用户能够对可变增益进行
编程,使动态范围最优化。VCA 输入可从低噪声前置放大器转换到外接电路,以适应不同的应用。将低噪声、增益以及增益
范围的可编程性相结合,能够使 VCA2611/6 在许多应用中都成为一种功能丰富的构建块,因为对于这些应用来说噪声特性
至关重要。
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