结构紧凑的超声成像系统连续波多普勒(CWD)设计的挑战

基于混频器的CWD波束成型

为了获得更高性能，在CWD系统中引入一个CWD混频器/波束成型器，简化框图如图2所示。该架构中，每个通道都具有一个I/Q混频器，在基带端(而非RF端)进行波束成型求和；每路I/Q混频器的LO相位可以调节在n (n = 8至16相)个相位的其中之一。LO相位的变化将改变接收信号的相位，达到波束成型的目的。

图2. 低功耗双极型LNA和CWD混频器/波束成型电路能够简化高性能CWD接收机的设计。

由于混频器的实现基于每个通道，对每个通道混频器的要求可以降低到157dBc/Hz (1kHz频偏)。这一SNR指标虽然苛刻，但利用双极型混频器和标准逻辑器件可以实现。混频器输出为电流，而且在声波基带进行无源求和，可以满足CWD波束成型的SNR要求。

基于混频器的CWD波束成型方案

过去，由于缺乏适当的集成工艺，很难实现高性能的CWD波束成型架构。但目前这一问题已经得到解决，对于功耗不敏感的应用无需降低CWD和成像质量，可以使用带有可编程CWD混频器/波束成型器的集成双极型八通道VGA。图3给出了接收链路的MAX2038 VGA原理图。

图3. 由MAX2038和MAX2034构成的超声接收机的单通道简化框图。MAX2038集成了八路VGA和CWD I/Q混频器/波束成型器，MAX2034集成了四路LNA。

对于功耗和空间要求苛刻的高端应用，可以选择图4所示MAX2078新款、具有更高集成度、更低功耗的解决方案。该款完全集成的八通道接收器在单芯片双极型IC中包含了：LNA、VGA、抗混叠滤波器以及完全可编程的CWD混频器/波束成型器，这些器件使得各种超声系统不再受早期延时线CWD架构的制约，能够达到出色的CWD性能。

图4. MAX2078超低功耗、八通道超声接收器，带有CWD波束成型器，器件内部集成了八个高性能、低功耗超声接收通道，每个通道包括：LNA、VGA、抗混叠滤波器以及完全可编程的I/Q混频器/波束成型器。

构建CWD接收器的另外一个潜在问题是LNA放大器的SNR指标，为了降低功耗、减小尺寸，许多超声设计人员选择了CMOS LNA，这样的器件可能适合某些能够控制CWD性能的应用。利用几何尺寸低于0.35μm的CMOS工艺制作放大器时需要特别注意这个问题，在如此小尺寸 的制造工艺中生产出的电路往往具有较大的1/f噪声，1/f噪声会引起LNA增益的低频调制，这是一个极其负面的影响。

较强的RF CWD杂波通过这种LNA时将产生较大的低频调制噪声，从而降低SNR指标和CWD检测灵敏度。因此，为了满足高性能的应用需求，应选择类似于MAX2034 4通道超声LNA的低功耗双极型放大器。