90年代初期，便攜式電話風靡一時。隨著膝上型計算機的體積縮小，它們也被稱為“背包電話”。目前，電子行業已經取得長足的發展，現今的手機可以發送電子郵件和短信，可以拍照、查詢股票價格、安排會議，當然，也可以同世界上任何地方的任何人通話。同樣在醫療領域中，以前所謂的便攜式超聲系統裝載在手推車上，并且可以拖拽，但是實際上它們是難于拖拽的。幸而超聲系統也在持續改進，并且被醫生們稱為“新型聽診器”。

　　本文將回顧經典的超聲信號鏈路，討論不同的系統劃分策略以及它們的優缺點，并且展示這些系統劃分策略在便攜式超聲應用中的意義。

　　超聲信號鏈路

　　圖1.典型的超聲信號鏈路

　　圖1所示的是超聲系統的簡化原理圖。系統的傳感器均位于相對較長的電纜末端，這些電纜約兩米長。這些電纜包含有至少8個至256個微型同軸電纜，是系統最昂貴的部件之一。幾乎在每個系統中，電纜由傳感器單元直接驅動。電纜的電容成為傳感器元件的負載，引起了很大的信號損耗，這對接收端提出了靈敏度的要求，以便保持動態范圍和實現最佳系統性能。

　　在發射端（Tx路徑），波束成形器確定了延遲模式和脈沖序列，其是專為所需的焦點而設定的。然后，驅動傳感器的高壓發射放大器將波束成形器的輸出放大。這些放大器可由數模轉換器（DAC）或者高壓FET開關陣列控制，將發射脈沖整形，以便較好的將能量傳遞到傳感器單元。而在接收端，發射/接收（T/R）開關（通常是二極管電橋）阻擋Tx高壓脈沖。在某些陣列中使用高壓（HV）多路復用器/多路分離器減少發射和接收硬件的復雜度，但是這犧牲了靈活性。

　　時間增益控制（TGC）路徑由一個低噪聲放大器（LNA）、一個可變增益放大器（VGA）和一個模數轉換器（ADC）構成。在操作人員的控制下，TGC路徑用于在掃描過程中保持圖像的均勻性。良好的噪聲性能取決于LNA，它可以減少后面的VGA對噪聲的貢獻。對于受益于輸入阻抗匹配的應用，有源阻抗控制可以優化噪聲性能。

　　通過VGA將寬動態范圍的輸入信號壓縮，以滿足ADC的輸入范圍要求。LNA的折算至輸入端的噪聲限制了可分辨的最小輸入信號，而折算至輸出端的噪聲主要取決于VGA，它限制了特定增益控制電壓下的最大瞬時動態范圍。該限制是根據量化的本底噪聲設定的，而量化本底噪聲由ADC的分辨率決定。

　　抗混疊濾波器（AAF）限制了信號帶寬，同時也限制了ADC之前的TGC路徑中的其它噪聲。

　　醫用超聲的波束成形被定義為信號的相位對準和求和，該信號由共同的源生成，但是由多元超聲傳感器在不同的時間點接收。在CWD路徑中，對接收器通道進行移相和求和，以提取一致的信息。波束成形具有兩個功能：一個是向傳感器指明方向，即提高其增益，另一個是定義人體內的焦點，由該焦點得到回波的位置。

　　對于波束成形，可以采用兩種截然不同的方法：模擬波束成形（ABF）和數字波束成形（DBF）。ABF和DBF系統之間的主要差別在于完成波束成形的方式；這兩種方法都需要良好的通道間匹配。在ABF中，使用模擬延遲線和求和。其中僅需要一個（分辨率非常高的）高速ADC。而另一方面，在DBF系統中，需要多個高速高分辨率ADC。有時候在ABF系統的ADC之前使用對數放大器壓縮動態范圍。而在DBF系統中，應盡可能接近傳感器單元來采集信號，然后將信號延遲并對其進行數字求和。在圖2和3中示出了這兩種類型的波束成形體系結構的簡化的原理圖。

　　圖2.ABF系統的簡化原理圖

　　圖3.DBF系統的簡化原理圖

　　由于DBF更加靈活，因此大部分現代圖像采集超聲系統常采用的這種方法，但是應當注意ABF和DBF之間優點和缺點是相對的。

　　DBF相對于ABF的優點：

　　模擬延遲線的通道之間的匹配性往往較差模擬延遲線中的延遲抽頭的數目受到限制，并且必須使用微調電路在采集數據之后，數字存儲和求和是“完美的”，因此通道間的匹配也是完美的通過對FIFO中不同位置的數據求和，可以容易地形成多個波束由于存儲器越來越便宜，因此可以使用容量更大的FIFO，以提供更加精細的延遲僅通過軟件即能夠使系統具有不同的功能數字IC的性能以非常高的速度持續提高

　　DBF相對于ABF的缺點：

　　需要多個高速高分辨率ADC（脈寬多普勒需要約60dB的動態范圍，而這至少需要10bit的ADC）由于使用多個ADC和數字波束成形ASIC，因此功耗較高ADC的采樣速率直接影響分辨率和通道間的相位延遲調節的準確度；采樣速率越高，相位延遲就越精細。