解析美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體推出首款超聲芯片組

“在醫(yī)療電子系統(tǒng)中，一個(gè)運(yùn)放或者一個(gè)ADC已經(jīng)很難滿足市場(chǎng)需求了，因此美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體此次開發(fā)的是一整套便攜式超聲波系統(tǒng)的8通道發(fā)射/接收芯片組。”美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體亞太區(qū)市場(chǎng)總監(jiān)吳渭強(qiáng)表示，該系統(tǒng)適用于便攜式超聲儀，并且可以實(shí)現(xiàn)彩超功能。

該芯片組主要包括接收系統(tǒng)模擬前端電路LM96511(http://www.national.com/mpf/LM/LM96511.html)、發(fā)射/接受系統(tǒng)開關(guān)LM96530（http://www.national.com/pf/LM/LM96530.html#Overview）、發(fā)射系統(tǒng)脈沖發(fā)生器LM96550(http://www.national.com/pf/LM/LM96550.html#Overview)及發(fā)射系統(tǒng)波束成型器LM96570（http://www.national.com/pf/LM/LM96570.html#Overview）。

吳渭強(qiáng)說：“目前，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體是唯一能夠提供全信號(hào)通路產(chǎn)品的供應(yīng)商，每個(gè)芯片連接都已經(jīng)做了優(yōu)化，因此可以更好的降低系統(tǒng)功耗和成本，并且加快了產(chǎn)品的上市周期。”

值得注意的是，該芯片組每個(gè)芯片也可選擇與其他產(chǎn)品搭配，增加了用戶的自由度。

產(chǎn)品詳解

接收系統(tǒng)模擬前端電路LM96511

采用數(shù)字可變?cè)鲆娣糯蠹夹g(shù)，不同增益只相差+-0.06。吳渭強(qiáng)解釋：“如果采用模擬可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑挘瑫?huì)出現(xiàn)交流電紋波，各通道的增益很難相互對(duì)準(zhǔn)，并且需要另外添加數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算放大器及濾波器等元件。”

采用低功耗連續(xù)時(shí)間Sigma-Delta模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，相比較流水線模式，動(dòng)態(tài)范圍更大，功耗更低。并且內(nèi)置磚墻式濾波器，可無需外置濾波器或進(jìn)行過采樣，內(nèi)置抖動(dòng)濾除電路，并可實(shí)現(xiàn)快速的過載恢復(fù)。

模擬與數(shù)字相比，輸出差距很明顯。

該芯片同時(shí)內(nèi)置連續(xù)波多普勒波束成形器，在連續(xù)波模式中，相位噪聲為-144dBc/Hz(偏移5KHz)，相位偏差率為+-0.35度，而在B模式中，每通道功耗為110mW，總RTI為0.9nV/Hz，低噪聲放大器的最大輸入值為380mW。

發(fā)射接收系統(tǒng)開關(guān)LM96530

該產(chǎn)品帶二極管橋接器的高壓發(fā)射接收系統(tǒng)開關(guān)，支持可編程的偏置電流，并且內(nèi)置鉗位二極管，擁有確保每一通道可獨(dú)立開關(guān)的控制功能。

芯片頻譜噪聲密度是0.5nV/Hz，導(dǎo)通電阻為16歐，最高電壓達(dá)60V，工作頻率則為15MHz。

LM96530原理圖

發(fā)射系統(tǒng)脈沖發(fā)生器LM96550

該產(chǎn)品支持B及連續(xù)波兩種操作模式，具有高壓脈沖生成功能，內(nèi)置二極管的有源鉗位電路。

B模式下支持+-50V，工作頻率20MHz，連續(xù)波模式時(shí)，+-10V，第2次諧波-40dBc，上升下降延遲時(shí)間對(duì)準(zhǔn)在2.5ns內(nèi)。

可配置發(fā)射系統(tǒng)波束成形器LM96570

每通道均可生成獨(dú)立編程的脈沖波形，可實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)功能，利用SPI接口編程，只需一個(gè)觸發(fā)信號(hào)，并且保證與脈沖發(fā)生器輸入端無縫連接。

該產(chǎn)品最高脈沖發(fā)射率是80MHz，延遲分辨率在1/1280us，延遲范圍100us，最高脈沖波形長(zhǎng)度至64個(gè)，而功率僅為63mW。

目前，LM96511模擬前端電路的演示系統(tǒng)和評(píng)估套件均已上市。

LM96511演示系統(tǒng)