TI 低噪声模拟前端 (AFE) 具有时间增益控制 (TGC) 功能,该功能有助于面向超声应用实现出色信噪比 (SNR)。本应用手册介绍了一种电路的规格和设计注意事项,该电路用于生成时变 VCNTL 来驱动多个 AFE 接收器芯片。本文档讨论了实现噪声性能的三种不同建议。此外,还包括电路的详细说明以及如何使用 PSPICE 仿真进行噪声分析。
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超声成像基于脉冲回波法,具体原理是向成像物体发送超声并接收回波信号。另外,众所周知,发射的超声波波幅会随着波穿透物体组织而变小,这种现象称为衰减。传输后立即反射的信号非常强,因为信号是靠近物体表面反射的;在发射脉冲之后很长时间发生的反射则非常弱,因为这些信号是从物体内部反射的。如果超声图像直接由原始返回回波形成,则图像在浅表层中更亮,在深层中更暗。克服超声衰减的一种方法是时间增益控制或补偿 (TGC),在这种方法中,信号增益随着发射波脉冲的时间逐渐增加。这种校正使等回声组织看起来相同,即使组织位于不同深度。TI 的低噪声模拟前端 (AFE) 具有 TGC 功能,可支持超声应用,因为 AFE 会随时间改变接收器增益。入射到接收器上的超声信号的振幅随着传输时间的增长而减小,并且 TGC 有助于实现更佳信噪比 (SNR),即使信号振幅不断减小也是如此。
本应用手册介绍了用于生成时变控制电压以驱动多个 AFE 接收器芯片的三种建议电路的规格和设计注意事项。图 1-1 显示了 AFE58JD48 模拟前端的信号链。TGC 功能是集成的,并使用可通过控制电压 VCNTL 进行控制的衰减器来实现。由数模转换器 (DAC) 和运算放大器组成的外部电路会生成控制信号。DAC 的输入信号是来自现场可编程门阵列 (FPGA) 的时变数字控制,也可以处理超声应用中所需的波束形成操作。
AFE 的 VCNTL 属性在下文中介绍。
如前所述,模拟 TGC (ATGC) 电路的设计需要满足各种要求,例如噪声性能、电平要求、控制精度要求等。因此,为了满足客户的不同需求并帮助他们完成设计,TI 提供了三种不同的 TGC 设计,工程师可以根据通道数量、噪声性能要求和自己产品的成本对其进行全面评估,然后根据需要选择合适的 ATGC 驱动器电路。TGC 控制电路有多种基于 DAC 类型的方法。
DAC8830 是一款单路 16 位电压输出 DAC,可由 2.7V 至 5.5V 单电源供电运行。该器件可在 –40°C 至 +85°C 的额定温度范围内提供出色的线性度 (1LSB INL)、低干扰、低噪声和快速稳定(1.0μs 至 1/2 LSB 满量程输出)。输出未经缓冲,这降低了功耗和缓冲器引入的误差。输出为 0V 至 VREF。DAC 具有 1μs 稳定时间和 10nV/√Hz 输出点噪声。