图1. 在不同系统通道数下的图像仿真。
在64 通道仿真中使用5MHz 传感器阵
列和40MSPS 数字转换器
图2. 在不同系统通道数下的图像仿真。
在32 通道仿真中使用5MHz 传感器阵
列和40MSPS 数字转换器
图3. 在不同系统通道数下的图像仿真。
在16 通道仿真中使用5MHz 传感器阵
列和40MSPS 数字转换系统
早期的手持式系统需要在功耗、尺寸和成本之间做出权衡。工程师设计出不同架构，实现了基于8 至16 通
道数字转换器的所需性能。图4 显示了将16 个AFE 通道或16 个TX 通道扩展到传感器阵列所需要的物理
通道所用的高电压多路开关。图5 所示为具有两级波束形成器的系统。第一级是低功耗模拟波束形成器，将
通道数减少为原来的八分之一到四分之一。第二级是数字波束形成器，位于8 至16 通道数字转换器或模拟
前端之后。图5. 具有微型波束形成器的16 通道系统
基于高压多路开关的架构每次限于8 至16 通道的有源AFE/TX。将16 通道扩展到32 或更多通道可实现多
次发送和接收。然而，扩展通道会降低帧速率。这一过程会限制心血管类应用，因为此类应用需要高帧速率
来捕获器官的实时变化。另外，高压多路开关的Ron 为10Ω 至20Ω，这种方式会引入信号链插入损耗，或
降低了信噪比。因此，基于高压多路开关的架构只适用于不需要高性能的场景。
两级波束形成器架构使用了低功耗模拟波束形成器来满足手持式应用的严格功耗要求。这在早些时候尤其必
要，因为那时的数字转换器或AFE 功耗和成本都很高。然而，模拟波束形成器与主流的数字波束形成器相
比，灵活性和性能均有所下降，而且在模拟波束形成器级丢失的信息无法恢复。另外，该结构很难重复使用
大部分在大型系统上开发的现代算法来支持全数字的波束形成器。因此，需要通过大量系统开发和优化，来
跟上智能超声波探头的快速发展步伐。
因此最理想情况是智能探头设计人员可实现64+ 通道信号链并使用主流大型系统类似的全数字波束形成器。
这需要超低功耗和高通道数的模拟前端和发射芯片。图6 显示了智能超声波探头的原理框图：
• 具有发射电路
• 接收电路数字波束形成器
• 数据通信
• 电池电源管理
图7 所示为基于AFE5832LP 和TX7332 的架构。此配置包括64 通道接收电路和128 通道发射电路。发射
电路通道数可通过调整来支持包含64 至256 个元件的不同传感器。在图8 和图9 中，每个传感器元件都有
一个专用的发射电路通道。对于线性阵列传感器，AFE 和TX 通道比通常为N:1。TX7332 (TRSW) 的发送
和接收开关利用了此比值和独特的多路开关的特性。低电压TRSW 输出可设置为高阻抗。因此，可将多个
TRSW 输出短接在一起，形成有效的低压多路开关。系统电源分析
智能探头设计的主要挑战是如何实现功耗和性能的平衡。AFE5832LP 在20MSPS 下可实现每通道18.5mW
和4nV/rtHz，TX7332 在±70V和0.1% 的运行和休眠比情况下可实现每通道16mW 。两种芯片均通过灵
活、快速的上电和断电管理来降低平均功耗和延长电池寿命。