Maxim推出新型超聲前端IC為多通道車載及便攜式超聲成像設備提供突破性的性能

Maxim Integrated Products (NASDAQ：MXIM)推出全球功耗較低的8通道超聲前端方案MAX2078，內置基于混頻器的CWD (連續波多普勒)波束成型器。MAX2078展現了Maxim較新一代的高性能、低功耗超聲內核，結合了公司業界領先的LNA、VGA和CWD技術。器件在一個完全集成的單片IC中包含了有源輸入終端LNA、VGA、抗混疊濾波器和I/Q混頻器CWD波束成型器。MAX2078針對多通道車載和便攜式超聲醫學成像應用而設計，這類應用中尺寸和功耗受限且必須對性能進行優化。該款前端IC與其它同類低功耗、完全集成的超聲前端相比，具有較低的噪聲和較高的動態范圍。另外，MAX2078采用Maxim擁有專利的基于混頻器的CWD方案，兼容于當前任何超聲波束成型專利技術。

超聲背景

在超聲領域，改善圖像質量、提高靈敏度通常是系統競爭的關鍵因素，特別是對于競爭激烈的小型車載和便攜式成像系統，此類系統為了滿足苛刻的尺寸和功耗要求往往會犧牲系統性能。圖像質量和靈敏度直接受超聲接收機的噪聲系數、動態范圍和圖像分辨率的影響。

接收機噪聲系數決定了成像系統能夠檢測到的較小信號電平(如超聲回波)。優異的噪聲系數指標有助于提高系統對弱信號檢測的靈敏度，從而實現深度成像或檢測流動血液反射的及其微弱的多普勒信號。

動態范圍是衡量系統在高強度非相干信號下檢測重要的弱信號的能力。較寬的動態范圍對于二次諧波成像系統同樣關鍵，此類應用中基波成像頻率的高強度信號會干擾所需要的二次諧波頻率的微弱信號。優異的動態范圍對于任何脈沖多普勒和連續波多普勒應用都是必須的，此類應用中固態反射信號中的強“雜波”會干擾較弱的多普勒信號，所期望的多普勒信號頻率有時會低于1kHz。

較后，超聲相控陣接收機中，圖像分辨率與接收通道數密切相關。器件支持的通道數越多，所支持的接收孔徑越大，圖像分辨率和圖像質量越高。足夠多的通道數是支持較大孔徑、提高圖像分辨率的關鍵，但卻嚴重制約了小型車載和便攜式超聲系統接收前端方案的成本、功耗和尺寸。

較佳的噪聲性能和動態范圍有效提高接收機的整體靈敏度和成像質量

實現較優的超聲接收靈敏度比較困難，特別是為了獲得優化時域脈沖響應、獲得較高的成像質量對于輸入阻抗較低的接收機進行傳感器端接匹配時。MAX2078采用獨特技術，提供超低噪聲、可編程有源輸入阻抗的LNA，能夠在極低功耗下針對各種匹配的傳感器端接輸入阻抗優化噪聲系數。因此，該器件具有極佳的接收噪聲系數(200Ω輸入端接阻抗時噪聲系數僅為2.4dB)，每通道功耗低于65mW。

如上所述，動態范圍對于在任何成像條件下保持接收靈敏度非常重要。因此，MAX2078較具競爭力的優勢在于其串聯輸出參考噪聲，額定值達到了難以置信的水平，僅為23nV/，該噪聲指標只有同類芯片組解決方案的一半。保持較低的輸出參考噪聲非常重要，因為較大的輸出噪聲將超出后續ADC的噪底，并影響寬帶接收機的SNR。這也是VGA制約超聲接收機整體動態范圍而且多次改進ADC噪聲性能無效的原因所在。由于ADC輸入參考噪聲通常小于超聲接收機芯片組競爭方案的輸出參考噪聲，從而導致VGA輸出參考噪聲較高的系統性能不甚理想。

脈沖多普勒成像模式中需要特別注意成像接收陣列在載波附近的大信號SNR性能。低速多普勒信號通常在1kHz以內，信號遠遠低于強“雜波”或固態組織的反射信號。因此，接收機在載波附近的大信號SNR性能非常關鍵，它決定了接收器在強雜波信號下檢測低速血液流動弱信號的能力。MAX2078經過特殊設計能夠檢測這些信號。5MHz雜波、1kHz頻偏下，器件能夠提供140dBc/Hz極佳的大信號SNR。很多同類競爭器件甚至無法在其數據資料中列出這一重要參數。

CWD混頻器在載波附近提供優異的大信號SNR和線性指標，有效改善低速血液流動弱信號的檢測能力

MAX2078工作在CWD模式期間，正交混頻器陣列的LO分相器可編程至16個正交相位中的任一相位，以實現較佳的波束成型方案。MAX2078提供所要求的近載波大信號動態范圍以及噪聲性能，能夠以較佳靈敏度檢測100kHz至1kHz頻偏的多普勒信號。

混頻器和LO發生器具有極低的近載波大信號SNR，200mVP-P、1.25MHz輸入雜波、1kHz頻偏時，該指標為-155dBc/Hz。極佳的SNR性能對于檢測流動血液產生的微弱的低速CW多普勒信號至關重要。CWD信號包括固態組織、骨頭反射信號以及發送與接收之間串擾產生的強雜波信號。接收機輸入端常常出現高達200mVP-P的干擾信號。MAX2078依靠其出色的近載波SNR，能夠很好地測量出這些難以檢測的血液反射信號。

高集成度和低功耗允許提高通道密度、簡化設計

超聲系統設計不斷向更高的成像分辨率發展，這就要求更多的通道數。MAX2078可通過兩種方式實現更多通道數。

首先，Maxim的MAX2078在單芯片內集成了8個通道，其LNA/VGA/AAF/CWD方案占用極小的電路板空間。幾乎所有必要的電路均集成在芯片內。

其次，高集成度增強了電路功能。很多超聲系統利用多種傳感器支持不同的成像模式。每種傳感器具有獨特的輸出阻抗。同樣，多模傳感器具有針對每種工作模式具有特定的輸出阻抗(例如，2D成像與可操控CWD)。為適應較寬范圍的輸出阻抗，MAX2078集成了獨特的可切換輸入阻抗匹配網絡。單一芯片能夠支持的阻抗為：50Ω、100Ω、200Ω和1000Ω。可通過切換輸入阻抗優化系統在不同工作模式下的性能。

MAX2078采用64引腳TQFP無鉛封裝。MAX2077*與MAX2078的功能、參數相同，但不帶CWD波束成型器，MAX2077采用引腳兼容的64引腳TQFP無鉛封裝以及節省空間的56引腳TQFN封裝。MAX2078起價為$47.50，MAX2077起價為$34.30 (1000片起，美國離岸價)，更多信息，請訪問：www.maxim-ic.com.cn/Ultrasound-Front-End。

Maxim Integrated Products是一家設計、生產、銷售高性能半導體產品的上市公司。2008財政年度的收入超過20億美元。Maxim成立25年來不斷創新，始終致力于為客戶提供具有高產品附加值的模擬和混合信號設計方案。迄今為止，公司的產品總數超過6000種，廣泛應用于工業、通信、消費類電子以及計算處理等領域。欲獲取更多信息，請訪問www.maxim-ic.com.cn。

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