放大器AD604及其在医用超声系统中的应用

1、放大器ad604及其在医用超声系统中的应用ad604是analog devices（ad公司）的产品。和同类产品相比，ad604具有超低噪声、高精度、增益延续可调，且增益的分贝（db）数和增益的控制成正比的特点。而医用超声仪器的时光增益控制（tgc）要求其增益与控制电压呈指数关系，也就是增益的分贝（db）数和控制电压成线性关系。因此，在这方面， ad604是一个抱负的超声tgc，它能有效减小送入ad转换器的信号动态范围。ad604的主要特点如下：·具有超低的输入噪声，在最大增益时，其电压和噪声分离为·带宽为40mhz（3db）；·具有两个自立的增益通道，并且增益的

2、分贝（db）数和增益控制电压成正比；·每个通道的增益均可程控。在前置放大14 db时，增益可在048db之间调节；而在前置放大20db时，增益在654db之间可调；·具有300k输入；·可变增益范围为2040dbv；·在温度和供电电压发生变幻时，其增益十分稳定；·可举行单端单极性增益控制；·当增益超出最低端极限时，电源会自动断电；·可挺直驱动ad转换器。1 引脚功能ad604采纳24脚封装，并有dip、ssop和soic三种封装形式，其管脚罗列1所示。各引脚的功能解释如下：pai1pai2：前置放大器正输入；pao1pao2

3、：前置放大器输出；fbk1fbk2：前置放大器反馈端；com1com2：信号地；当其接正电源时，前置放大器通道被关闭；dsx1dsx2：微分衰减器信号输入负端；dsx1dsx2：微分衰减器信号输入正端；vgn1vgn2：增益控制输入端以及电源关闭端。接地时，该衰减通道被关闭；否则随着正电压的增强，增益将逐渐增强；vref：两个通道的增益控制档。当其电压为25v时，增益为20dbv，而当电压为167v时，增益为30dbv；vocm：输出信号的共模信号控制端。用以确定这部分电路中直流信号的中值电压；out1out2：信号输出端；vposvneg：接正负电源；gnd1gnd2：接地端。2 内部结构及

4、工作原理ad604是一个双通道可变增益放大器。它的每一个通道都是由一个低噪声前置放大器和一个可变增益放大器（xamp）组成。同时xamp又由一个高精度受控微分衰减器、一个增益控制单元、一个固定增益反馈放大器及一个由分立元件r3、 r4组成的vocm共模电压控制单元组成。其原理2所示。ad604的每一个通道都可提供一个范围为48db的可变增益。21 前置放大器ad604的每一个通道都有一个高性能的前置放大器，通过反馈回路上的一个外部电阻可将放大倍数控制在14db20db。前置放大器的内部电路3所示。其中r5、r6、r7是前置放大器的增益控制电阻。详细增益的大小可通过fbk1和pao1之间的电阻来

5、确定。22 微分梯形网络（衰减器）前置放大的输出可作为指数放大器的微分输入以获得分贝线性的增益。这个衰减器是由一个7阶的r15r梯形网络实现的。每一阶的衰减为6908db，因此最后总的衰减为48356db。23 增益控制ad604的线性增益控制是通过vgn端实现的。用户可将自己需要的变幻电压输入给vgn以获得一个变幻的增益。vgn端的输入电阻是2m。为了适应不同用户对增益的需要，ad604还提供了一个增益控制档。通过调整vref的输入电压可以调整增益的档次：vref电压从251 25v分离对应2040dbv的增益档。对于20dbv增益档，vgn的调整范围为0212v；而对于40dbv增益档，v

6、gn的调整范围为0424v。当前置放大为14db时，可以按以下公式来计算增益数：24 固定增益放大器这一级放大事实上就是由一个组成的反馈电路。反馈放大器输出中的一路可作为反馈输入；另一路则作为微分器的输入（参见图2）。这部分放大器总的增益为：g总voutvatten（r1r2）r2gm1gm2。其中，vout是输出电压，vatten是衰减器的读出信号，（r1r2）r242，gm1gm2125。因此，总的增益为525（即344db）。3 ad604在医用超声设备中的应用当医用超声仪器发出的超声波在人体内传扬时，其能量将被人体组织汲取。随着探测深度的增强，超声波的能量将逐渐衰减。为了使不同深度组织

7、界面的回波幅值相同，应将不同深度下的回波信号举行不同程度的衰减放大，以实现声程补偿，也就是需要接收机的增益随扫描时光的增强而增强，由于从较深部位声界面反射的回声信号的放大倍数较大，而距换能器较近的反射信号，也就是在时光上较早到达的回波信号则放大倍数较小。在超声波诊断类仪器中，普通用法tgc（time gain compensation）深度时光增益补偿电路，即用一定的电压曲线来控制放大器的增益，以使得不同深度下的超声回波能够获得不同的放大倍数，从而起到补偿作用。图4所示是一个用ad604驱动ad9050（10bit，40msps的）的医用超声增益补偿电路。当ad7226 da转换器与其它微处理器接口时，应将读入的放大倍数数字量转换为模拟量，然后把这个模拟量作为ad604的增益控制信号输入（即与其vgn端相连），从而实现增益的控制。经过ad604衰减补偿的信号，再经过及ad9631（低畸变、低噪声、高速运算放大器）后即可成为adc的有效输入。运算放大器的输出和adc的自偏输入在举行沟通耦合后，即可由ad9050 ad转换器举行采样速率为40msps的模数转换。该计划解决了医用超声软组织