超聲接收機ＶＧＡ輸出參考噪聲和增益的優化

摘要：本文分析了VGA的輸出參考噪聲和增益對超聲脈沖多普勒儀的動態范圍和靈敏度的影響，同時還分析了如何利用MAX2037八通道超聲VGA對這些參數進行優化，從而使典型接收機系統的總體性能達到最佳。

關鍵詞：VGA；TGC；醫療產品；多普勒；MAX2037

相控陣接收機概述

我們在分析關鍵的VGA(可變增益放大器)參數對多普勒儀性能的影響之前，首先回顧一下典型相控陣超聲接收通道的基本組成單元及其工作原理。典型的接收機包括LNA、VGA、抗混疊濾波器和ADC(如圖1所示)。LNA放大來自傳感器的1MHz至15MHz的單端輸入信號，LNA具有大約19dB的增益以及50歐姆至1k歐姆的有源輸入阻抗，可以優化選擇使其與傳感器實現匹配，并保持超低噪聲系數。

緊隨發射脈沖之后的接收周期開始階段，LNA輸入端的信號幅值可能達到0.5V_p-pa在整個接收過程中，該信號的強度會逐漸衰減，最終下降至接收機的噪底以下。已知人體內聲波能量衰減率約為0.7dB／cm-MHz(往返為1.4dB／cm-MHz)，聲波在人體內的傳播速度為1540m／s(往返為13μs)，因此可計算出衰減值。在整個接收周期內，處理該信號所需的動態范圍約為110dB，遠遠超出了實際ADC轉換器的動態范圍。因此，在接收周期內采用VGA(下面稱為“時間增益控制”)動態增加接收機增益，使該信號能夠適應ADC的輸入動態范圍。如果要使接收信號能夠適應12位ADC的70dB動態范圍，要求VGA的增益范圍大約為40dB。在圖1接收鏈路中，三極點抗混疊濾波器可避免ADC受到15MHz最大成像頻率以上的高頻噪聲及其它信號的影響。通常采用12位ADC，其工作頻率介于40Msps至60Msps之間。……