放大器AD604及其在醫(yī)用超聲系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、放大器ad604及其在醫(yī)用超聲系統(tǒng)中的應(yīng)用ad604是analog devices（ad公司）的產(chǎn)品。和同類產(chǎn)品相比，ad604具有超低噪聲、高精度、增益延續(xù)可調(diào)，且增益的分貝（db）數(shù)和增益的控制成正比的特點。而醫(yī)用超聲儀器的時光增益控制（tgc）要求其增益與控制電壓呈指數(shù)關(guān)系，也就是增益的分貝（db）數(shù)和控制電壓成線性關(guān)系。因此，在這方面， ad604是一個抱負(fù)的超聲tgc，它能有效減小送入ad轉(zhuǎn)換器的信號動態(tài)范圍。ad604的主要特點如下：·具有超低的輸入噪聲，在最大增益時，其電壓和噪聲分離為·帶寬為40mhz（3db）；·具有兩個自立的增益通道，并且增益的

2、分貝（db）數(shù)和增益控制電壓成正比；·每個通道的增益均可程控。在前置放大14 db時，增益可在048db之間調(diào)節(jié)；而在前置放大20db時，增益在654db之間可調(diào)；·具有300k輸入；·可變增益范圍為2040dbv；·在溫度和供電電壓發(fā)生變幻時，其增益十分穩(wěn)定；·可舉行單端單極性增益控制；·當(dāng)增益超出最低端極限時，電源會自動斷電；·可挺直驅(qū)動ad轉(zhuǎn)換器。1 引腳功能ad604采納24腳封裝，并有dip、ssop和soic三種封裝形式，其管腳羅列1所示。各引腳的功能解釋如下：pai1pai2：前置放大器正輸入；pao1pao2

3、：前置放大器輸出；fbk1fbk2：前置放大器反饋端；com1com2：信號地；當(dāng)其接正電源時，前置放大器通道被關(guān)閉；dsx1dsx2：微分衰減器信號輸入負(fù)端；dsx1dsx2：微分衰減器信號輸入正端；vgn1vgn2：增益控制輸入端以及電源關(guān)閉端。接地時，該衰減通道被關(guān)閉；否則隨著正電壓的增強(qiáng)，增益將逐漸增強(qiáng)；vref：兩個通道的增益控制檔。當(dāng)其電壓為25v時，增益為20dbv，而當(dāng)電壓為167v時，增益為30dbv；vocm：輸出信號的共模信號控制端。用以確定這部分電路中直流信號的中值電壓；out1out2：信號輸出端；vposvneg：接正負(fù)電源；gnd1gnd2：接地端。2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及

4、工作原理ad604是一個雙通道可變增益放大器。它的每一個通道都是由一個低噪聲前置放大器和一個可變增益放大器（xamp）組成。同時xamp又由一個高精度受控微分衰減器、一個增益控制單元、一個固定增益反饋放大器及一個由分立元件r3、 r4組成的vocm共模電壓控制單元組成。其原理2所示。ad604的每一個通道都可提供一個范圍為48db的可變增益。21 前置放大器ad604的每一個通道都有一個高性能的前置放大器，通過反饋回路上的一個外部電阻可將放大倍數(shù)控制在14db20db。前置放大器的內(nèi)部電路3所示。其中r5、r6、r7是前置放大器的增益控制電阻。詳細(xì)增益的大小可通過fbk1和pao1之間的電阻來

5、確定。22 微分梯形網(wǎng)絡(luò)（衰減器）前置放大的輸出可作為指數(shù)放大器的微分輸入以獲得分貝線性的增益。這個衰減器是由一個7階的r15r梯形網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的。每一階的衰減為6908db，因此最后總的衰減為48356db。23 增益控制ad604的線性增益控制是通過vgn端實現(xiàn)的。用戶可將自己需要的變幻電壓輸入給vgn以獲得一個變幻的增益。vgn端的輸入電阻是2m。為了適應(yīng)不同用戶對增益的需要，ad604還提供了一個增益控制檔。通過調(diào)整vref的輸入電壓可以調(diào)整增益的檔次：vref電壓從251 25v分離對應(yīng)2040dbv的增益檔。對于20dbv增益檔，vgn的調(diào)整范圍為0212v；而對于40dbv增益檔，v

6、gn的調(diào)整范圍為0424v。當(dāng)前置放大為14db時，可以按以下公式來計算增益數(shù)：24 固定增益放大器這一級放大事實上就是由一個組成的反饋電路。反饋放大器輸出中的一路可作為反饋輸入；另一路則作為微分器的輸入（參見圖2）。這部分放大器總的增益為：g總voutvatten（r1r2）r2gm1gm2。其中，vout是輸出電壓，vatten是衰減器的讀出信號，（r1r2）r242，gm1gm2125。因此，總的增益為525（即344db）。3 ad604在醫(yī)用超聲設(shè)備中的應(yīng)用當(dāng)醫(yī)用超聲儀器發(fā)出的超聲波在人體內(nèi)傳揚(yáng)時，其能量將被人體組織汲取。隨著探測深度的增強(qiáng)，超聲波的能量將逐漸衰減。為了使不同深度組織

7、界面的回波幅值相同，應(yīng)將不同深度下的回波信號舉行不同程度的衰減放大，以實現(xiàn)聲程補(bǔ)償，也就是需要接收機(jī)的增益隨掃描時光的增強(qiáng)而增強(qiáng)，由于從較深部位聲界面反射的回聲信號的放大倍數(shù)較大，而距換能器較近的反射信號，也就是在時光上較早到達(dá)的回波信號則放大倍數(shù)較小。在超聲波診斷類儀器中，普通用法tgc（time gain compensation）深度時光增益補(bǔ)償電路，即用一定的電壓曲線來控制放大器的增益，以使得不同深度下的超聲回波能夠獲得不同的放大倍數(shù)，從而起到補(bǔ)償作用。圖4所示是一個用ad604驅(qū)動ad9050（10bit，40msps的）的醫(yī)用超聲增益補(bǔ)償電路。當(dāng)ad7226 da轉(zhuǎn)換器與其它微處理器接口時，應(yīng)將讀入的放大倍數(shù)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，然后把這個模擬量作為ad604的增益控制信號輸入（即與其vgn端相連），從而實現(xiàn)增益的控制。經(jīng)過ad604衰減補(bǔ)償?shù)男盘?，再?jīng)過及ad9631（低畸變、低噪聲、高速運算放大器）后即可成為adc的有效輸入。運算放大器的輸出和adc的自偏輸入在舉行溝通耦合后，即可由ad9050 ad轉(zhuǎn)換器舉行采樣速率為40msps的模數(shù)轉(zhuǎn)換。該計劃解決了醫(yī)用超聲軟組織