Ultraschallempfänger
Einblick auf acht Kanälen
Ein neues Ultraschallempfänger-IC mit einem 14-Bit-A/D-Wandler, dessen Signal-Rauschabstand (SNR) 75 dB beträgt, soll eine Qualitätssteigerung bei Ultraschallbildern ermöglichen.
Der achtkanalige Ultraschallempfänger »AD9670« mit integriertem digitalem I/Q-Demodulator und Dezimationsfilter von Analog Devices kann acht Datenkanäle von HF auf eine Basisbandfrequenz umsetzen und aufbereiten. Die Auslastung des System-FPGAs wird hierdurch, so der Hersteller, deutlich verringert. In den Chip integriert sind ferner ein Low-Noise-Amplifier (LNA), ein Variable-Gain-Amplifier (VGA), ein Anti-Aliasing-Filter und ein 14-Bit-A/D-Wandler. Letzterer bietet mit 125 MSample/s eine recht hohe Abtastrate, sondern weist mit 75 dB auch den besten Signal-Rauschabstand (SNR) auf, was sich durch eine Qualitätssteigerung bei den Ultraschallbildern äußert. Sein Anwendungsgebiet sind portable und fahrbare Ultraschallsysteme der mittleren bis oberen Leistungsklasse.
Durch die Integration eines digitalen I/Q-Modulators, eines programmierbaren Oszillators und eines 16-stufigen FIR-Dezimationsfilters (Finite-Impulse Response) in den AD9670 reduzieren sich die Anforderungen an die Daten-Bandbreite des FPGA. Designer können deshalb entweder preisgünstigere Prozessoren verwenden oder die frei werdende Prozessorbandbreite für andere Systemfunktionen nutzen. Der neue Empfänger verfügt ferner über einen Dauerstrich-Verarbeitungspfad mit einem analogen I/Q-Demodulator, der Oberwellen bis zu 13. Ordnung unterdrückt. Designer kommen dadurch mit weniger Filterkomponenten aus und können die Systemkosten senken, die Designkomplexität reduzieren und die Signalempfindlichkeit erhöhen. Der Dynamikbereich des Dauerstrich-Ausgangs ist größer als 160 dBc/√Hz je Kanal.
Weitere Merkmale des 14bit A/D-Wandlers sind ein programmierbarer Takt, Daten-Alignment und eine programmierbare digitale Prüfmuster-Generierung. Eingebaut ist außerdem die Erzeugung fixer oder pseudo-zufälliger Prüfmuster sowie individueller, vom Anwender generierter Prüfmuster, die über einen seriellen Port eingegeben werden. Die Gesamtleistung beträgt 130 mW pro Kanal, wobei ein achtkanaliger LNA das eingangsbezogene Rauschen auf typisch 0,78 nV/√Hz bei 5 MHz reduziert (Verstärkung = 21,3 dB).
»Mit der Einführung des ersten achtkanaligen Ultraschallempfängers mit digitaler Demodulation und Dezimationsfilter sind wir in der Lage, das Aufkommen an Ein‑ und Ausgabedaten und die Durchsatzraten zu minimieren und die Anforderungen an den Systemprozessor zu entschärfen«, sagt Pat O’Doherty, Vice President, Healthcare Segment bei Analog Devices. »Mit dem erweiterten Frequenzbereich des Anti-Aliasing-Filters und der Beibehaltung einer hohen ADC-Abtastrate helfen wir den Herstellern von Ultraschall-Equipment für medizinische und industrielle Anwendungen, dem Trend zu Ultraschallköpfen mit immer höheren Frequenzen und zu immer höheren Bildqualitäten gerecht zu werden.«
Der achtkanalige Empfänger mit integrierter digitaler Demodulation und Dezimationsfilter besitzt eine ähnliche Anschlussbelegung wie die ebenfalls achtkanaligen Empfängerbausteine »AD9278« und »AD9279«. Designer haben damit die Möglichkeit zum Upgrade fahrbarer und portabler Ultraschallsysteme unter Verwendung eines einheitlichen Leiterplatten-Layouts. Ab Oktober 2012 soll der Baustein in Stückzahlen verfügbar sein, der 1000er-Stückpreis liegt bei 69 US-$.
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