超声接收器前端的制作方法
【专利摘要】本发明提供了用于接收一个或多个回声的系统。所述系统(400)包括第一衰减器(402)、第一放大器(404)和第二衰减器(406)。所述第一衰减器(402)被配置为接收一个或多个回声信号(202)，并且基于所述一个或多个回声信号的多个信号强度分别产生对应的一组第一衰减回声信号。所述第一放大器(404)被配置为接收和放大该组第一衰减回声信号，由此产生分别对应于所述一个或多个第一衰减回声信号的一组第一放大回声信号。所述第二衰减器(406)被配置为接收该组第一放大回声信号，并且分别基于该组第一放大回声信号的多个信号强度分别产生对应于该组第一放大回声信号的一组第二衰减回声信号。
【专利说明】超声接收器前端
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及超声系统，尤其涉及超声接收器前端。
【背景技术】
[0002]根据一个示例情境，各种系统利用先前发射的信号的回声来进行信息产生。例如，超声系统利用所发射的超声信号的回声以由此产生关于物体的视觉信息和/或其它信息的信息。根据一个示例情境，将超声信号从超声探针发射到对象(例如人体)，并且作为响应，声能的回声在身体内从各种声学阻抗不连续体反射。回声是通过集成在超声系统内的换能器接收的。回声(或反射的超声信号)被放大和数字化以产生对象的超声图像。
【发明内容】
[0003]在一个实施例中，一种用于接收回声信号的系统包括第一衰减器、第一放大器和第二衰减器。第一衰减器被配置为接收一个或多个回声信号并且分别基于一个或多个回声信号的多个信号强度产生分别对应于所述一个或多个回声信号的一组第一衰减回声信号。第一放大器被配置为接收和放大该组第一衰减回声信号，由此产生分别对应于一个或多个第一衰减回声信号的一组第一放大回声信号。第二衰减器被配置为接收该组第一放大回声信号，并且分别基于该组第一放大回声信号的多个信号强度产生分别对应于该组第一放大回声信号的一组第二衰减回声信号。
[0004]在一个实施例中，公开了一种用于接收一个或多个回声的接收器前端。该接收器前端包括第一衰减器、第一放大器、可变增益放大器(VGA)、滤波器和转换器。第一衰减器被配置为接收一个或多个回声信号并且分别基于一个或多个回声信号的多个信号强度产生分别对应于所述一个或多个回声信号的一组第一衰减回声信号。第一放大器被配置为接收和放大该组第一衰减回声信号，由此产生分别对应于一个或多个第一衰减回声信号的一组第一放大回声信号。VGA包括第二衰减器和第二放大器。第二衰减器被配置为接收该组第一放大回声信号，并且分别基于该组第一放大回声信号的多个信号强度产生分别对应于该组第一放大回声信号的一组第二衰减回声信号。第二放大器与第二衰减器耦合。第二放大器和第二衰减器共同被配置为基于时间增益补偿来均衡从第一放大器的输出端接收到的该组第一放大回声信号的电压电平。滤波器与第二放大器耦合并且被配置为从该组第二衰减回声信号中过滤包括在预定频率范围内的信号频率的多个回声信号，由此产生一个或多个滤波回声信号。转换器与滤波器耦合并且被配置为将一个或多个滤波回声信号转换为接收信号。
[0005]在一个实施例中，公开了一种超声系统，其包括发射器、至少一个换能器和接收器前端。该发射器被配置为产生并发射一个或多个激励信号。至少一个换能器与发射器耦合并被配置为基于一个或多个激励信号产生发射信号。该接收器前端包括第一衰减器、第一放大器、可变增益放大器(VGA)、滤波器和转换器。第一衰减器被配置为接收一个或多个回声信号并且分别基于一个或多个回声信号的多个信号强度产生分别对应于所述一个或多个回声信号的一组第一衰减回声信号。第一放大器被配置为接收和放大该组第一衰减回声信号，由此产生分别对应于一个或多个第一衰减回声信号的一组第一放大回声信号。VGA包括第二衰减器和第二放大器。第二衰减器被配置为接收该组第一放大回声信号，并且分别基于该组第一放大回声信号的多个信号强度产生分别对应于该组第一放大回声信号的一组第二衰减回声信号。第二放大器与第二衰减器耦合。第二放大器和第二衰减器共同被配置为基于时间增益补偿来均衡从第一放大器的输出端接收到的该组第一放大回声信号的电压电平。滤波器与第二放大器耦合并且被配置为从该组第二衰减回声信号中过滤包括在预定频率范围内的信号频率的多个回声信号，由此产生一个或多个滤波回声信号。转换器与滤波器耦合并且被配置为将一个或多个滤波回声信号转换为接收信号。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1不出根据一个不例实施例的超声系统的框图；
[0007]图2示出根据一个示例实施例的图1的超声系统的接收器前端的框图；
[0008]图3a和图3b是示出输入到图1和图2的超声系统的接收器模拟前端(AFE)的回声信号的分量的时序图，并且图3c和图3d是示出根据一个示例实施例的接收器AFE的所得输入和输出波形的时序图；
[0009]图4示出根据一个实施例的超声系统的接收器系统的框图；
[0010]图5是根据一个实施例用于图4的接收器AFE的第一衰减器的电路图；
[0011]图6是根据一个实施例用于图4的接收器AFE的第二衰减器的电路图；以及
[0012]图7示出根据一个实施例的超声系统的框图。
【具体实施方式】
[0013]依照一个示例情境，超声技术可以被用于各种应用中的定量测量，例如用于人类、动物、距离测量等。在一个示例情境中，超声成像系统包含一个或多个换能器元件，这些换能器元件发射超声信号到待检测的物体上，并且收回这些信号的回声，所述回声经处理以确定物体的图像。在图1中描述了超声系统的示例框图。
[0014]图1示出根据一个示例实施例的超声系统100的框图。超声系统100包含换能器102、发射器104、接收器模拟前端(AFE) 106、发射-接收(T/R)开关108和电缆110。
[0015]发射器104射出足够激发换能器102进行超声振荡的发射激励脉冲。换能器102包含压电材料(例如压电陶瓷)或者由压电材料构成。应当注意换能器102可以包含单个换能器或换能器阵列以便执行转换。例如，换能器102可以包含具有在空间中布置成预选图案的多个换能器的换能器阵列，例如，以线性方式布置，其中换能器在一条直线上并排布置。在一个实施例中，换能器阵列中的每个换能器可以通过从不同发射器产生的单独发射信号来激发。通过控制作为输入提供给每个换能器的发射信号的特性，可以使得换能器阵列在预选方向上或以预选角度发射一个脉冲(例如，一个发射信号)。
[0016]在一个实施例中，换能器102被配置为以发射模式以及接收模式进行操作。在发射模式中，换能器102将电信号转换为机械振动并且产生发射超声信号。当发射超声信号在介质(例如，受检者的身体或组织)中行进时，所述信号由于散射、吸收和其它传播效应而经历衰减。发射超声信号随后以接收超声信号的形式从介质中反射，并且通过换能器102来接收。在接收模式中，接收超声信号使换能器102的压电元件振动，并且换能器102将机械信号转换为电信号。
[0017]来自深层组织的接收超声信号与来自近场组织的接收信号相比衰减得更多。此夕卜，来自深层组织的反射信号与从近场组织反射的那些信号相比可能需要更长时间到达换能器。在下文中反射的或接收到的超声信号可以被称作回声或回声信号。
[0018]在一个实施例中，在通过发射器104传输发射超声信号期间，发射器104的输出在大约+/-100V下在轨到轨(rail to rail)之间切换，由此激发换能器102。在一个实施例中，T/R开关108被配置为保护接收器AFE免受从发射器104发射的高压超声信号的影响。在一个实施例中，T/R开关108可以实现为二极管桥。在一个实施例中，T/R开关108被实现为类似用于将发射器104的+/-100V输出箝位到+/-1V的电压箝位器，并且在信号低于+/-1V的情况下对信号进行复制。因此，接收器AFE 106在传输的同时看到+/-1V方波，随后是来自发射器104的小信号。
[0019]T/R开关108之后是接收器AFE 106，所述接收器AFE包含用于接收和处理所接收的信号的各种分量。例如，接收器AFE 106对反射信号执行操作(例如，衰减、放大、滤波和模/数转换)，并且将处理过的信息提供给接收波束成形器，所述接收波束成形器被配置为形成强化的接收波束。“接收器AFE”可被称为“接收器前端”，并且相应地术语“接收器前端”和“接收器AFE”将在通篇说明书中可互换地使用。在图2中示出超声系统100的接收器AFE的框图。
[0020]在一个实施例中，超声系统100包含终端，该终端被配置为避免在接收器AFE 106中引起的内部反射。此类反射是不期望的，因为它们在超声系统100中引起干扰。在一个实施例中，在接收器AFE 106的输入端处提供该终端以由此避免电缆110中的反射。在一个实施例中，该终端被设计成与系统输入阻抗匹配并且因此使信号反射最小化。在一个实施例中，该终端是有源终端。然而，该终端使接收器AFE 106的噪声基底退化。应注意术语“噪声基底(noise floor)”可以指接收器AFE 106的给定电路或系统有用时的最小噪声水平，并且相应地“噪声基底”的低值是期望的。
[0021]图2示出在一个示例实施例中的图1的超声系统100的接收器AFE 106的框图。接收器AFE 106包含接收器处理链，该接收器处理链具有表示由接收器AFE 106对反射信号(或回声)执行的各种操作(例如，衰减、放大、滤波和模/数转换等)的模块。在下文中，在接收器AFE 106中执行的各种操作可以被称为接收器处理链。图2的接收器AFE 106被显示为包含被配置为从换能器(例如，换能器102)接收输入信号的单个接收器处理链。然而，将理解接收器AFE 106可以包含多个接收器处理链，使得每个接收器处理链接收来自换能器阵列的一个换能器的输入。此外，由于接收器AFE 106包含用于处理反射信号(或回声)的接收器处理链，所以术语“接收器处理链”和“接收器AFE”将在通篇说明书中可互换地使用。
[0022]如图2所示，反射信号或一个或多个回声202在接收器AFE 106处被输入和处理以在接收器AFE 106的输出端处产生接收信号204。接收器AFE 106包含低噪声放大器(LNA) 206、电压控制衰减器(VCA) 208、固定增益放大器(FGA) 210、滤波器212和模/数转换器(ADC) 214。LNA 206对具有最小噪声添加的接收信号回声202提供放大。LNA 206的输入在高达2V的峰值到峰值(“p-p”)到低至接收器处理链的噪声基底之间变化。为了获得高于与ADC 214相关联的噪声基底的低输入信号，在LNA 206和FGA 210中提供增益。LNA206将放大信号转发到VCA 208。
[0023]在一个实施例中，由于回声是从身体部分的不同深度反射的，所以它们经历不同的衰减。为了补偿与回声信号相关联的信号强度的损失，接收回声信号通过时间增益补偿而经受可变增益(随着时间而变化)，由此使得所有接收回声被放大到基本类似的幅度。在一个实施例中，VCA 208与FGA 210耦合或者连接到FGA 210，并且VCA 208和FGA 210共同提供时间增益补偿以使得所有接收回声(对应于单个发射脉冲)被放大到相同的或基本类似的预选幅度水平。在一个实施例中，相同的或类似的预选幅度水平可以等于接收器处理链中的ADC 214的全标度范围(例如，ADC 210相对于图2所示的接收器处理链)。在一个实施例中，在高信号水平或强度下，使用VCA 208以获取其动态范围内的ADC 214输入。术语“动态范围”可以指被视为来自宽范围的可用回声信号的范围。例如，在最大输入下，VCA 208提供相对高的或最大的衰减，从而将ADC 214输入维持在预选幅度范围内。随着信号水平的降低，由VCA 208提供的衰减减小，从而防止ADC 214的输入的幅度减少(例如，通过将ADC 214的输入维持为尽可能的大)。
[0024]FGA 206的输出被提供给滤波器212。滤波器212从FGA 206的输出中移除那些高于预选频率的频率分量(例如，至少大于ADC 214的采样频率(或奈奎斯特频率)的一半)。ADC 214以对应的采样时间实例对从滤波器212的输出接收的经增益和抗混叠的滤波信号进行采样，以产生/输出对应的数字代码(例如，输出信号204)。ADC 214将数字代码转发到接收波束成形器，所述接收波束成形器随后可以产生强化的接收器信号或多个波束。接收器波束经处理以产生图像。
[0025]在一个实施例中，超声系统100的接收器处理链中的良好的噪声性能依赖于在接收器处理链(或接收器AFE 106)的开始处的LNA 206，其最小化或降低了随后的VCA 208中的噪声成分。参考图1，在一个实施例中，当T/R开关108连续地处于接收模式时，一个终端被包含在接收器AFE 106的输入端处(或者在LNA 206的输入端处)。因此，为了支持高达2V p-p的输入信号(其可以表示接收到的回声)，与LNA 206相关联的电源导轨为至少3V。此外，当输入摆幅接近2V p-p时，输入非线性(HD2和HD3)也降低。因此，根据一个示例情境，设置在LNA 206的输入端处的终端降低了接收器处理链的噪声性能，而根据一个实施例这种噪声性能将被消除。
[0026]在一个实施例中，噪声在接收器AFE的输出(例如，图像)中诱发质量恶化，并且提供对利用超声系统的应用(例如，临床诊断)的负面影响。在一个实施例中，接收器AFE106的降低的噪声基底可能引起接收器AFE (例如，接收器AFE 106)的饱和。例如，2V p-p信号可以使接收器AFE 106饱和并且引起过载条件。在一个实施例中，避免了接收器AFE106中的过载条件，并且接收器AFE 106尽快地从过载条件中恢复。然而，由于接收器AFE106中的低频时间常数，在接收器AFE 106中从过载条件恢复是有延迟的。应注意在下文中术语“从过载条件恢复”可以被称作“过载恢复”。因此，一个实施例提供输入信号(或回声)的低频分量被接收器AFE 106消除或移除。参考图3更详细地说明输入信号及其分量。
[0027]图3a和图3b是根据一个不例实施例图不说明回声信号(例如，回声信号202)的分量的时序图，所述回声信号的分量是接收器AFE的输入，例如，图1和图2的超声系统100的接收器AFE 106的输入。同样，图3c和图3d是示出AFE 106的所得输入和输出波形的时序图。
[0028]回声信号202被提供作为LNA的输入，例如，接收器AFE (例如，接收器AFE 106)的LNA 206的输入。在一个实施例中，回声信号202包含与各种频率相关联的多个分量。例如，如图3所示，回声信号202包含低频分量302和高频分量304。低频分量302由于T/R开关(例如，T/R开关108)的操作引入，而回声信号202的高频分量304是从换能器(例如，换能器102)产生的。应注意每个低频分量302和高频分量304可以是单个分量或分别是多个低频分量和多个高频分量的组合。
[0029]在一个实施例中，回声信号202的信号强度随着回声信号202从身体部分的不同深度反射而变化，由此经受不同的衰减水平。为了补偿与回声信号相关联的信号强度的损失，所接收的回声信号通过时间增益补偿而经受可变增益(随着时间而变化)，由此使所有接收到的回声能够被放大到基本相似的幅度。如图3所示，通过标记为204的信号波形示出时间增益补偿之后的接收器AFE 106的输出。
[0030]在一个实施例中，为了使接收器AFE 106正确地起作用，接收器AFE 106应该仅响应于高频分量，这是因为低频分量是与接收器噪声相关联的。此外，由于与回声信号相关联的较大信号摆幅，与LNA 206相关联的电源导轨需要为高电平，这引起接收器AFE 106中的较高的功率消耗。因此，通过LNA 206看到的信号摆幅以及接收器AFE 106中的功率消耗被预选为是较低的。
[0031]在一个实施例中，接收器AFE的VCA可以分为两个衰减器(例如，第一衰减器和第二衰减器)，使得衰减器中的一个(例如，第一衰减器)在接收器AFE中的LNA之前实施。第一衰减器和第二衰减器可以基于回声信号的强度而选择性地向回声信号提供衰减。例如，当回声信号的强度最高时，第一衰减器和第二衰减器都可以提供最大衰减。此外，当回声信号的强度降低时，第一衰减器提供的衰减也会降低。在一个实施例中，当回声信号的信号强度低于预定阈值时，衰减是由第二衰减器提供的，并且由第二衰减器提供的衰减是无效的。在一个实施例中，当回声信号主要包含低频分量时一个或多个回声信号的预定阈值可以与回声信号的强度相关联。参考图4描述了包括第一衰减器和第二衰减器的系统的一个实施方案。
[0032]图4示出根据一个实施例用于接收一个或多个回声的系统400的框图。在一个实施例中，系统400包含第一衰减器402、第一放大器404和第二衰减器406。在一个实施例中，第一衰减器402和第二衰减器406被配置为基于一个或多个回声信号的强度而选择性地衰减一个或多个回声信号。最初，当(具有一个或多个回声信号的)输入信号的强度较高时，第一衰减器402和第二衰减器406都提供最大衰减。随着输入信号的强度的降低，第一衰减器402提供的衰减减小。随着实现一个或多个回声信号的信号强度的降低，一旦第一衰减器404提供的衰减被最小化或消除，则第二衰减器406提供的衰减开始减少。
[0033]在一个实施例中，第一衰减器402被配置为接收一个或多个回声信号(例如，回声信号202),并且基于一个或多个回声信号202的多个信号强度产生分别对应于一个或多个回声信号的一组第一衰减回声信号。如图3中所描述，在一个实施例中，回声信号202可以包含高频分量(例如，高频分量304)和低频分量(例如，低频分量302)。在一个实施例中，第一衰减器402被配置为基于一个或多个回声信号中的信号的相应信号强度而产生一组第一衰减回声信号。在一个实施例中，该第一组回声信号与高频回声信号相关联。在一个实施例中，第一衰减器402被配置为响应于高频回声信号,而不是仅响应于低频回声信号和不响应于低频回声信号。
[0034]在一个实施例中，第一衰减器402是电压控制衰减器(VCA)。在一个实施例中，第一衰减器402是使用在第一放大器404的输入端处的第一电阻器网络实现的。具体而言，第一电阻器网络包括与可变电阻器-电容器装置耦合或连接的缓冲器。所述缓冲器与电容器一起被配置为向低频回声信号提供低通滤波器配置，并且因此对于低频输入信号来说，第一衰减器402的输出等于或实质上类似于输入。然而，所述高频回声信号是通过第一衰减器402衰减的。在一个实施例中，通过第一衰减器402进行的高频回声信号的衰减是基于输入电阻器和第一可变分流电阻器的阻抗值的阻抗比确定的。
[0035]在一个实施例中，当第一衰减器的输入信号较高时，第一可变电阻器506的值较低，由此提供更好的终端，并且当输入信号的幅度降低时，第一可变电阻器的值较高，由此提供更好的噪声水平。参考图5详细说明第一衰减器402的示例实施方案。
[0036]第一衰减器402与第一放大器404耦合或者连接。在一个实施例中，第一放大器是LNA，例如，LNA 206 (参考图2)。第一放大器404被配置为接收和放大从第一衰减器402接收到的一组第一衰减回声信号，由此产生分别对应于一个或多个第一衰减回声信号的一组第一放大回声信号。此外，第一放大器404被配置为将该组第一放大回声信号转发到第二衰减器406。第二衰减器406被配置为从第一放大器404接收该组第一放大回声信号，并且作为响应，分别基于该组第一放大回声信号的多个信号强度接收分别对应于该组第一放大回声信号的一组第二衰减回声信号。在一个实施例中，第一放大器404接收被第一放大器404的高通滤波特性拒绝的低频信号。
[0037]在一个实施例中，第二衰减器406是VCA。在一个实施例中，第二衰减器406是通过使用具有第二串联电阻和第二可变分流电阻的分压器网络实现的。在一个实施例中，通过第二衰减器406进行的回声信号的衰减是基于第二串联电阻和第二可变分流电阻确定的。参考图6详细说明第二衰减器406的示例实施方案。
[0038]在当前实施例中，第一放大器404是在第一衰减器402之后和第二衰减器406之前实施的。当回声信号202的信号强度最高时，由第一衰减器402提供的衰减处于最大水平，由此促使第一放大器404经历的信号摆幅降低。因此，第一放大器404的电源导轨可以降低电平，由此促使接收器AFE 400中的电力降低。在一个实施例中，输入非线性被减小。
[0039]在一个实施例中，接收器AFE 400进一步包含第二放大器408、滤波器410和转换器412。在一个实施例中，第二放大器408是固定增益放大器(FGA)。在一个实施例中，第二放大器408与第二衰减器406耦合或者连接。在一个实施例中，当回声信号202在介质中(例如，在身体中)行进时，回声信号202被以对数方式衰减，并且将针对提供给来自身体的不同部分的回声信号的信号衰减而进行补偿。在一个实施例中，第二放大器408和第二衰减器406被配置为基于时间增益补偿共同地均衡从第一放大器404的输出端接收到的该组第一放大回声信号的电压电平。在一个实施例中，第二放大器408和第二衰减器406以及第一放大器404和第一衰减器402配置可变增益放大器(VGA) 410以便基于时间增益补偿对接收到的回声信号的衰减(作为时间的函数)进行补偿。
[0040]滤波器412与第二放大器408耦合或者连接，并且被配置为从该组第二衰减回声信号中过滤包括预定频率范围内的信号频率的多个回声信号，由此产生一个或多个滤波回声信号。在一个实施例中，该预定频率范围可以指一频率范围，使得滤波器412被配置为对具有此范围之外的频率的多个回声信号进行过滤或阻断。在一个实施例中，滤波器412是抗混叠滤波器(AAF)。
[0041]转换器414与滤波器412耦合或者连接，并且被配置为将来自滤波器412的一个或多个滤波回声信号输出转换为接收信号，例如，接收信号416。在一个实施例中，转换器214是模/数转换器(ADC)。
[0042]系统400被包含在接收和处理回声的系统中。依照一个实施例，系统400体现在超声系统中。因此，接收器系统400被包含在接收器前端(或AFE)内。因此，在一个实施例中，系统400的框图还示出了接收器AFE，并且数字400可以可互换地用于指代接收器AFE、接收器前端和系统。此外，由于系统400被包含在回声接收和处理系统中，所以LNA 206、FGA 210、滤波器212和接收器AFE 106的ADC 214(参考图1)可以代替接收器系统400的第一放大器404、第二放大器408、滤波器412和转换器414来使用；而￥0々208由第一衰减器402和第二衰减器406替换。应注意，由于图4的第一放大器404、第二放大器408、滤波器412和转换器414类似于图2的相应组件，所以在此处为了简洁起见省略了其描述。
[0043]图5示出根据一个实施例的图4的接收器AFE 400的第一衰减器402的电路图。在一个实施例中，第一衰减器402以并不响应于低频分量的方式来实施。为了防止回声信号的低频分量(例如，低频分量302)在第一衰减器402的输入端处通过乘以第一衰减器402的衰减而转换为相应的高频信号，缓冲器和电容器被包含在第一衰减器402中。
[0044]在不限制本发明技术的范围的情况下，在一个实施例中，第一衰减器402包含缓冲器502、电容器504和可变分流电阻器506。缓冲器502包含第一输入终端508、第二输入终端510和输出终端512。缓冲器502的第一输入终端508与输入电阻器514耦合或者连接。在一个实施例中，输入电阻器514表不换能器的等效电阻器。在一个实施例中,输入电阻器514包含第一终端516和第二终端518，使得第一终端516被配置为接收一个或多个回声信号，例如回声信号202。输入电阻器514的第二终端518与缓冲器502的第一输入终端508耦合或者连接。缓冲器502的第二输入终端510与缓冲器502的输出终端512耦合或者连接。而且，缓冲器502的输出终端512与电容器504耦合。例如，如图4所示，缓冲器502的输出终端512与电容器504的第一终端耦合或者连接，而电容器504的输出终端与电压基准点520 (例如，接地平面)耦合或者连接。在一个实施例中，缓冲器502和电容器对低通滤波器进行配置。
[0045]在一个实施例中，由第一衰减器402提供的衰减是基于输入电阻器514和第一可变分流电阻器506的阻抗值的阻抗比确定的。例如，当信号强度较高时或者当回声信号包括高频信号时，第一可变电阻器506的值被设定成最小水平，由此允许实现接收到的回声信号的最大衰减。
[0046]在一个实施例中，当在接收器AFE (或第一衰减器402)的输入端处接收到包括高频分量和低频分量的回声信号时，缓冲器502和电容器504对输入回声信号进行滤波，并且将低频信号供给或引导到第一可变分流电阻器506的另一端。第一可变分流电阻器506充当无限电阻器并且不为回声信号的低频分量引入任何衰减。第一衰减器402提供的衰减可以由以下表达式来表示:
[0047]裳减(第一VCA1) = R分流/ (R分流+R源)，
[0048]其中，1^表示输入电阻器514的阻抗值(指示换能器电阻)，并且表示第一可变分流电阻器506的阻抗值。
[0049]在一个实施例中，1?^?还充当终端电阻，使得可以避免接收器AFE中的单独的终端。
[0050]图6示出根据一个实施例的图4的接收器AFE 400的第二衰减器406的电路图。在不限制本发明技术的范围的情况下，在一个实施例中，第二衰减器406包括可配置为提供阻抗比的第二串联电阻器602和第二可变分流电阻器604。在一个实施例中，由第二衰减器406提供的衰减是通过阻抗比确定的。例如，第二衰减器406提供的衰减可以由以下表达式来表示:
[0051]衰减(第二VCA) = R1/ (RJRin)，
[0052]其中，R1表示第二可变分流电阻器604的阻抗值，并且
[0053]Rin 表示
[0054]在一个实施例中，第二 VCA 406的输入与输出之间的关系由以下表达式来表示:
[0055]第二衰减器406 的输出 608 = Rl/Rl+Rin) X 第二 VCA 406 的输入 606。
[0056]图5和图6示出用于第一衰减器402和第二衰减器406的电路配置。然而，应注意本发明技术并不局限于图5和图6中示出的第一衰减器402和第二衰减器406的示例电路配置。实际上，第一衰减器402和第二衰减器406可以采用不同配置并且使用除此处呈现的那些之外的电路组件来实现。因此，本发明技术的各种实施例提供可以在各种应用中的接收器AFE中使用的装置和电路。例如，参考图4说明的接收器AFE 400以及接收器AFE400的其它变体可以用在医疗装置、超声装置等中。现将参考图7说明包括本文所公开的接收器AFE 400的示例超声装置。
[0057]图7是在一个实施例中包含图4的接收器AFE 400的超声系统700的框图。如图7所描绘，超声系统700包含发射器702、至少一个换能器(例如，换能器704)和接收器前端(例如，接收器AFE 400)。发射器702被配置为产生并发射一个或多个激励信号。在一个实施例中，用于激励至少一个换能器的一个或多个激励信号具有约为100伏特的高压幅值。所述至少一个换能器(例如，换能器704)通过电缆(例如，电缆706)与发射器702耦合或者连接，并且被配置为接收一个或多个激励信号，并且作为响应产生发射信号。T/R开关(例如T/R开关708)被配置为控制在接收器AFE 400处接收到的回声信号。在一个实施例中，发射器702、至少一个换能器704、电缆706和T/R开关708在功能和操作上是与对应的组件类似的，例如，分别是超声系统100 (参考图1说明)的发射器104、至少一个换能器102、电缆110、T/R开关108，并且因此在此处省略了其描述。
[0058]接收器前端(例如，接收器前端400)被配置为接收响应于发射信号产生的一个或多个回声信号。接收器前端400还被配置为通过对反射信号执行衰减、放大、滤波和模/数转换等而对一个或多个回声信号进行处理。已经参考图4说明了接收器前端400的各种示例组件及其功能性。
[0059]如上所述，本发明的系统、装置(例如，设备)和方法包含用于在各种应用(例如，超声系统)中执行接收器AFE的解决方案。因此，应注意本发明公开了能够以功率有效的方式进行接收器AFE的操作的若干特征。此外，所公开的技术有利于减少较低信号电平下的噪声。
[0060]各种公开的系统包含具有第一衰减器和第二衰减器的架构，其中第一衰减器被设置在放大器之前而第二衰减器被设置在放大器之后。在一个实施例中，当信号摆幅为最高时，第一衰减器中的衰减也处于最大水平。将第二衰减器设置在放大器之后降低了放大器所遇到的信号摆幅。这有助于功率降低，因为可以降低与放大器相关联的电源导轨。此外，输入非线性被降低。
[0061]在一个实施例中，在接收器AFE之前施加终端以便减少由于T/R开关的操作而产生的反射。然而，依照一个实施例，当T/R开关闭合时，信号摆幅处于最大水平，并且相应地由第一衰减器提供的衰减也处于最大水平。随着输入信号(或回声)的强度降低，信号摆幅也会降低。因此，由第一衰减器提供的衰减也会降低。确切地说，第一衰减器和第二衰减器选择性地控制在接收器AFE处接收到的回声信号的衰减。此外，第一衰减器的第一可变电阻充当终端电阻，由此排除独立的终端。而且，在一个实施例中，当信号摆幅降低时，第一衰减器的第一可变电阻展现或者第一可变电阻器的电阻值显著增大，由此减小较低信号电平下的噪声。
[0062]应注意在本说明书通篇中对特征、优点的参考或类似语言并不暗示所有特征和优点应该是或者是在任何单个的实施例中。实际上，提及这些特征和优点的语言可以理解为意味着结合一个实施例描述的具体特征、优点或特性是包含在本发明技术的至少一个实施例中的。因此，在本说明书通篇中对特征和优点的论述以及类似语言可以是(但不一定必须是)参考同一个实施例的。
[0063]如上文所论述，本发明的各种实施例可以按照不同次序的步骤和/或操作来实践，和/或通过不同于所公开的那些配置的硬件元件来实践。因此，虽然已经根据这些示例实施例描述了所述技术，但是应注意某些修改、变化和替代的构造可能是显而易见的并且很好地包含在所述技术的精神和范围内。
[0064]所属领域的技术人员将了解，在要求保护的本发明的范围内，许多其它实施例以及变化都是可能的。
【权利要求】
1.一种系统，其包括: 第一衰减器，其被配置为接收一个或多个回声信号并分别基于所述一个或多个回声信号的多个信号强度产生分别对应于所述一个或多个回声信号的一组第一衰减回声信号； 第一放大器，其被配置为接收和放大该组所述第一衰减回声信号，由此产生分别对应于所述一个或多个第一衰减回声信号的一组第一放大回声信号；以及 第二衰减器，其被配置为接收该组第一放大回声信号，并分别基于该组第一放大回声信号的多个信号强度产生分别对应于该组第一放大回声信号的一组第二衰减回声信号。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一衰减器包括: 缓冲器，其包括第一输入终端、第二输入终端和输出终端，所述第一输入终端与输入电阻器耦合并且所述第二输入终端与所述缓冲器的所述输出终端耦合，所述输入电阻器被配置为接收所述一个或多个回声信号； 电容器，其包括第一终端和第二终端，所述第一终端与所述缓冲器的所述输出终端耦合，并且所述第二终端与电压基准点耦合；以及 可变分流电阻器，其与所述电容器耦合； 其中所述缓冲器和所述电容器配置低通滤波器，并且所述第一可变分流电阻器的值基于所述一个或多个回声信号的所述多个信号强度而变化，由此改变由所述第一衰减器提供的衰减。
3.根据权利要求2所述的系统，其中由所述第一衰减器提供的所述衰减是基于所述输入电阻器和所述第一可变分流电阻器的阻抗值的阻抗比确定的。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述第二衰减器包括: 第二串联电阻器，其被配置为接收所述第一放大器的输出；以及 第二可变分流电阻器，其被配置为基于所述第二串联电阻器和所述第二可变分流电阻器的阻抗比提供所述第二衰减器的输出。
5.根据权利要求1所述的系统，其中当一个或多个回声信号的所述多个信号强度中的一个信号强度较高时，所述第一衰减器和所述第二衰减器被配置为提供最大衰减。
6.根据权利要求1所述的系统，其中当所述一个或多个回声信号的所述多个信号强度中的一个信号强度低于预定阈值时，所述衰减由所述第二衰减器提供，并且由所述第一衰减器提供的衰减是无效的。
7.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括: 第二放大器，其与所述第二衰减器耦合，所述第二放大器和所述第二衰减器共同被配置为基于时间增益补偿来均衡从所述第一放大器的输出端接收到的该组第一放大回声信号的电压电平； 滤波器，其与所述第二放大器耦合并且被配置为从该组第二衰减回声信号中过滤包括预定频率范围内的信号频率的多个回声信号，由此产生一个或多个滤波回声信号；以及 转换器，其与所述滤波器耦合并且被配置为将所述一个或多个滤波回声信号转换为接收信号。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一放大器是低噪声放大器即LNA，所述第二放大器是固定增益放大器即FGA，并且所述滤波器是抗混叠滤波器即AAF。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一衰减器和所述第二衰减器是电压控制衰减器即VCA。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统是用于超声系统的接收器前端系统。
11.一种用于超声系统的接收器前端系统，其包括: 可变增益放大器，其包括: 第一衰减器，其被配置为接收一个或多个回声信号并且分别基于所述一个或多个回声信号的多个信号强度产生分别对应于所述一个或多个回声信号的一组第一衰减回声信号; 第一放大器，其被配置为接收和放大该组第一衰减回声信号，由此产生分别对应于所述一个或多个第一衰减回声信号的一组第一放大回声信号； 第二衰减器，其被配置为接收该组第一放大回声信号，并且分别基于该组第一放大回声信号的多个信号强度产生分别对应于该组第一放大回声信号的一组第二衰减回声信号；以及 第二放大器，其与所述第二衰减器耦合，所述第二放大器和所述第二衰减器共同被配置为基于时间增益补偿来均衡从所述第一放大器的输出端接收到的该组第一放大回声信号的电压电平； 滤波器，其与所述第二放大器耦合并且被配置为从该组第二衰减回声信号中过滤包括预定频率范围内的信号频率的多个回声信号，由此产生一个或多个滤波回声信号；以及 转换器，其与所述滤波器耦合并且被配置为将所述一个或多个滤波回声信号转换为接收信号。
12.根据权利要求11所述的接收器前端系统，其中所述第一衰减器包括: 缓冲器，其包括第一输入终端、第二输入终端和输出终端，所述第一输入终端与输入电阻器耦合并且所述第二输入终端与所述缓冲器的所述输出终端耦合，所述输入电阻器被配置为接收所述一个或多个回声信号； 电容器，其包括第一终端和第二终端，所述第一终端与所述缓冲器的所述输出终端耦合，并且所述第二终端与电压基准点耦合；以及 可变分流电阻器，其与所述电容器耦合； 其中所述缓冲器和所述电容器配置低通滤波器，并且所述第一可变分流电阻器的值基于所述一个或多个回声信号的所述多个信号强度而变化，由此改变所述第一衰减器提供的衰减。
13.根据权利要求11所述的接收器前端系统，其中所述第二衰减器包括: 第二串联电阻器，其被配置为接收所述第一放大器的输出；以及 第二可变分流电阻器，其被配置为基于所述第二串联电阻器和所述第二可变分流电阻器的阻抗比提供所述第二衰减器的输出。
14.根据权利要求11所述的接收器前端系统，其中当所述一个或多个回声信号的所述多个信号强度中的一个信号强度较高时，所述第一衰减器和所述第二衰减器被配置为提供最大裳减。
15.根据权利要求11所述的接收器前端系统，其中当所述一个或多个回声信号的所述多个信号强度中的一个信号强度低于预定阈值时，所述衰减由所述第二衰减器提供，并且由所述第一衰减器提供的衰减是无效的。
16.根据权利要求11所述的接收器前端系统，其中所述接收器前端系统与超声系统相关联。
17.一种超声系统，其包括: 发射器，其被配置为产生并发射一个或多个激励信号； 至少一个换能器，其与所述发射器耦合并且被配置为基于所述一个或多个激励信号产生发射信号，所述换能器包括输入电阻器；以及 接收器前端，其与所述至少一个换能器耦合，并且被配置为响应于所述发射信号而接收一个或多个回声，所述接收器前端包括: 第一衰减器，其被配置为接收一个或多个回声信号并且分别基于所述一个或多个回声信号的多个信号强度产生分别对应于所述一个或多个回声信号的一组第一衰减回声信号; 第一放大器，其被配置为接收和放大该组第一衰减回声信号，由此产生分别对应于所述一个或多个第一衰减回声信号的一组第一放大回声信号； 第二衰减器，其被配置为接收该组第一放大回声信号，并且分别基于该组第一放大回声信号的多个信号强度分别产生对应于该组第一放大回声信号的一组第二衰减回声信号；以及 第二放大器，其与所述第二衰减器耦合，所述第二放大器和所述第二衰减器共同被配置为基于时间增益补偿来均衡从所述第一放大器的输出端接收到的该组第一放大回声信号的电压电平； 滤波器，其与所述第二放大器耦合并且被配置为从该组第二衰减回声信号中过滤包括预定频率范围内的信号频率的多个回声信号，由此产生一个或多个滤波回声信号；以及 转换器，其与所述滤波器耦合并且被配置为将所述一个或多个滤波回声信号转换为接收信号。
18.根据权利要求17所述的超声系统，其中所述第一衰减器包括: 缓冲器，其包括第一输入终端、第二输入终端和输出终端，所述第一输入终端与输入电阻器耦合并且所述第二输入终端与所述缓冲器的所述输出终端耦合，所述输入电阻器被配置为接收所述一个或多个回声信号； 电容器，其包括第一终端和第二终端，所述第一终端与所述缓冲器的所述输出终端耦合，并且所述第二终端与电压基准点耦合；以及 可变分流电阻器，其与所述电容器耦合； 其中所述缓冲器和所述电容器配置低通滤波器，并且所述第一可变分流电阻器的值基于所述一个或多个回声信号的所述信号强度而变化，由此改变所述第一衰减器提供的衰减。
19.根据权利要求17所述的超声系统，其中当所述一个或多个回声信号的所述多个信号强度中的所述信号强度较高时，所述第一衰减器和所述第二衰减器被配置为提供最大衰减。
20.根据权利要求17所述的超声系统，其中当所述一个或多个回声信号的所述多个信号强度中的一个信号强度低于预定阈值时，所述衰减由所述第二衰减器提供，并且由所述第一衰减器提供的衰减是无效的。
【文档编号】H04B1/18GK104247307SQ201380016487
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年3月27日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】S·A·瓦拉, S·杜萨德, S·奥斯瓦尔, V·诺曼 申请人:德克萨斯仪器股份有限公司