利用高速信号链提高医学成像质量
就数据转换器而言，医疗产业是一个不断增长市场。在将温度、图像和声音转换成患者监控和诊断过程中处理和使用的数字信息时，我们就必须要使用高速数据转换器。特别是对于 10 比特及更精度的设备来说，医疗成像设备呈现出一个快速增长的市场机遇。三个主要细分市场包括超声波、磁共振成像 (MRI)，计算机断层扫描术 (CT)，以及正电子放射断层扫描术 (PET)。技术进步带来了更快、更高精度的成像，以及更高的患者安全性。
与所有非常依赖科技进步的行业一样，医学成像设备厂商不得不持续改进他们的产品——主要是改进系统的成像质量。无论是超声波反射声波、核磁共振成像 (MRI) 磁场扰动还是正电子发射断层成像 (PET) 的正电子发射，大多数医学成像技术均需要患者信号接收传感器阵列。提高成像质量的最直接方法就是扩大传感器阵列规模。但是由于为设备添加了更多的传感器，因此将信号传输至处理引擎的信号链就必须增加电子器件。与此同时，厂商还必须提高其系统标准，包括特定电子组件的尺寸、功耗以及成本。系统某一方面的性能提升也许会给其他方面带来挑战。仅仅增加传感器和信号链就可能会引发包括系统尺寸及功耗增大在内的不利影响，就更不要说额外增加多个芯片的更多成本了。但是，用于医学成像系统的最新 一代信号链组件使医疗系统设计人员既能改善信号链密度和功耗，同时又不影响动态性能——即系统同时实现更高的成像质量、更低 的功耗及更小的尺寸。
医学成像接收机的组成元件
对于大多数典型医学成像应用来说，传感器阵列的每个元件都需要其自己的信号链从而将传感器的小信号响应传送并转换成“1”以进行数字信号处理。因为成像应用传感器的信号响应性质不尽相同，因此信号转换过程中通常离不开三个主要有源组件。首先是低噪声放大器 (LNA)，其主要功能是将模拟系统的噪声系数 (NF) 尽可能地固定在一个较低水平。在 LNA 之后是对信 号进行增益的另一个放大级，以实现与末级(即模数转换器 (ADC))输入范围的最佳匹配。
诸如 MRI 的应用(其通常在信号振幅方面摆幅不大)可以使用固定增益级。但是，如果系统在信号强度(如超声波)方面存在很大差异，那么该系统则需要可变增益放大器 (VGA)，并且需要在 ADC 之前使用可编程增益放大器 (PGA)，以匹配 ADC 的满量程输入并最大化信噪比 (SNR)。经过 ADC 以后，模拟信号将被转换成数字信号并准备发送至系统的数字信号处理器 (DSP)，该过程一般通过现场可编程门阵列 (FPGA) 完成进入末级的信号处理和转换。对于 MRI 而言，在 LNA 和放大器之间也可能有一系列混频级，以将磁体射频 (RF) 能量转换成为低频能量。因为每个元件都需要三个或更多器件，传感器每增加一倍，仅接收信号链的模拟组件数量就可能需要增加到原来的 6 到 10 倍!另外，功耗要求的增加就更不用说了。难怪系统设计人员总是不断要求组件供应商对其新型集成电路 (IC) 设计进行创新，以解决尺寸相关的问题。集成：更多信号链、空间更小、功耗更低
一个主要的改进方面就是将越来越多的模拟有源器件集成在一个芯片上，进而减少系统所需的 IC 数量。就一个典型的超声波接收链而言，每个传感器可能都需要四个器件，其中三个为放大器。凭借现代设计与工艺，IC 供应商现在可提供将LNA、VCA 以及 PGA 集成在一个可变增益放大器的器件，与分立解决方案相比最终将芯片数量减少了三分之一。另外，当前的诸多设计都在单个芯片中集成了多个 VGA 通道，从而使设计更先进一步。TI 的新型 VCA8500 便是一个极好例子，在采用了 64 引脚 QFN 封装的单个 IC 中就集成了 8 个VGA 通道。通过紧挨 PGA 集成一个低通抗混淆滤波器，实现了无需额外无源或有源外部组件的情况下 VGA 输出可以直接进入 ADC 的输入，从而节省更多的板级空间。利用这种方法，该器件领先于其他同类产品。请注意，在图 1 中，如连续波 (CW) 开关矩阵和钳位电路等医疗成像系统所特有的其他功能模块也都集成到了该器件中。
图 1 VCA8500的功能模块图
