医用超声成像供电技术

医用超声成像能够用于显现内脏，它无须像内视镜、X线电子计算机断层扫描（CT）或X射线成像等一些其他成像系统那样穿透皮肤或给人体带来辐射。此外，超声成像要比非侵入式的核磁共振成像（MRI）的成本更低且更易于移动。超声技术使用的增长将是未来数年内的重要趋势。

　　超声系统（见图）通常包含若干关键基本模块，后者会增加供电需求。超声探针包含了多达数百个压电换能器。这些压电换能器能够将输出的电信号转换为声波，或者将输入的声波转换成电信号。

　　为了产生将输入给换能器的电信号，需要用到发射波束形成装置。发射波束形成器通常由FPGA或DSP实现的。发射波束形成器产生电脉冲，后者经过定时和调整，照射到人体内的特定部位。

　　图 超声系统的重要部件

　　这些来自发射波束形成器的电信号经过高压脉冲发生器或高压D/A转换器（DAC），所产生的能量用于激发换能器元件。在脉冲发生器或DAC之间有一个发送/接收开关。在发送期间，它确保低电压接收电路免受高压损坏，这是因为接收回路也需要连接到换能器。

　　压电换能器元件将这些电信号转换成能穿透人体的声波信号。这些声波信号在各种内脏边缘会被反射，并返回换能器。

　　这些返回的声波一经过换能器，就转化为电信号。这些较低电压的接收信号需要进行放大、滤波并转换为数字格式，从而生成图像。得益于半导体行业的发展，所有这些工作都可以在一个器件内完成：模拟前端（AFE）。

　　数字输出将加载到接收波束形成器，后者将对数据进行重建。在图像完成重建之后，便可以对其进行一些视频后处理并形成一种可输出给显示器的格式，以便技术人员查看结果。

　　负载点电源

　　超声成像系统需要考虑提供多种电源电压，在设计阶段早些了解电源需求可以节省构建电源架构的时间。在确定系统总线电压时，最好知道所需要的最高电压。超声发送脉冲发生器可能需要系统中的最高电压，它需要数安培的电流来驱动换能器。

　　12V是最受欢迎的一种中级总线电压选择。可能需要实施另一套电源来生成更高的正向和负向电压，以便为脉冲发生器供电。如果超声具有备用电池特性，可能就需要更高的电压为铅酸或串/并联锂离子（Li离子）电池充电，那么28～30V的中级总线电压就是一种很好的选择。

　　市面上有许多易于使用的DC/DC开关稳压器能够接受这种电压作为输入，并为显示器、数字处理器和模拟电路提供负载点（POL）电源。此外，超声成像系统可能非常容易受噪声干扰，因为它具有敏感的高精度模拟电路，并需要清晰的显示图像。带有频率同步功能的Dc/dc开关稳压器可以由主时钟频率驱动，以消除那些可能会干扰模拟和视频信号的拍频。

　　处理器电源

　　超声成像系统结合使用FPGA，DSP和微控制器来实现波束形成发送和接收功能，多普勒处理以及图形处理。为处理器供电是简单的。

　　但是，高性能处理器的供电必须考虑一些重要的因素。处理器厂商可能会指定最小和最大的电压斜升时间，而许多DC/DC稳压器都提供了可调节软启动引脚，以便编程实现电压斜升时间。如果没有可用的软启动引脚，请选择带有合适的预设软启动时间的DC/DC稳压器。