1、 一、概述一、概述 接收系統(tǒng)的主要作用接收系統(tǒng)的主要作用 （1 1）換能器接收靈敏度范圍的控制）換能器接收靈敏度范圍的控制 接收陣元接收陣元( (位置位置) )轉接轉接( (線陣中線陣中) )；接收方向控制；接收方向控制 （相控陣中（相控陣中) )；接收孔徑變換；接收聚焦。；接收孔徑變換；接收聚焦。 （2 2）回波信號預處理）回波信號預處理 前置放大，前置放大，TGCTGC放大，動態(tài)濾波，對數(shù)放大，檢波，放大，動態(tài)濾波，對數(shù)放大，檢波， 邊緣增強等。邊緣增強等。 接收系統(tǒng)的位置及特點接收系統(tǒng)的位置及特點 信號通道的前段信號通道的前段接收系統(tǒng)接收系統(tǒng)模擬處理。模擬處理。 信號通道中后段信號通道中

2、后段數(shù)字掃描變換器數(shù)字掃描變換器數(shù)字處理。數(shù)字處理。信號通道：信號經過的從換能器至顯示器的所有電路。信號通道：信號經過的從換能器至顯示器的所有電路。 接收系統(tǒng)典型結構框圖（接收系統(tǒng)典型結構框圖（EUB-240EUB-240型線掃式型線掃式B B超）超）（雙線箭頭（雙線箭頭多路信號；單線箭頭多路信號；單線箭頭單路信號）單路信號）二、各部分的簡要工作原理二、各部分的簡要工作原理 探頭探頭作用：聲電換能。發(fā)射接收兩用。作用：聲電換能。發(fā)射接收兩用。結構：結構：8080陣元線陣，陣元線陣，二極管開關二極管開關, , 以減少連線和前置放大器。以減少連線和前置放大器。 前置放大器前置放大器作用：放大微弱的

3、接收信號，以利傳輸，提高信噪比。作用：放大微弱的接收信號，以利傳輸，提高信噪比。要求：外部干擾小，內部噪聲低，靈敏度高，頻帶寬。要求：外部干擾小，內部噪聲低，靈敏度高，頻帶寬。數(shù)量：前置放大器有數(shù)量：前置放大器有1616路。路。 接收多路轉換開關接收多路轉換開關作用：選擇作用：選擇1616路前置放大器輸出中的路前置放大器輸出中的1111路路掃查。掃查。并合成為并合成為6 6個信號個信號F0-F5F0-F5。控制：控制：RQA/RQA/RQE/RQE/碼。碼。 可變孔徑電路可變孔徑電路作用：實現(xiàn)可變孔徑接收。作用：實現(xiàn)可變孔徑接收。具體：近距離具體：近距離( (近場近場) )回波，用小孔徑接收，

4、波束窄。回波，用小孔徑接收，波束窄。 遠距離遠距離( (遠場遠場) )回波，用大孔徑接收，以利聚焦。回波，用大孔徑接收，以利聚焦。方法：隨時間逐次開通孔徑邊緣信號方法：隨時間逐次開通孔徑邊緣信號F2F2、F1F1、F0F0。控制：控制：AP0/AP0/AP2/AP2/信號。信號。 相位調整（接收聚焦電路）相位調整（接收聚焦電路）作用：接收靈敏范圍的聚焦作用：接收靈敏范圍的聚焦。方法：對方法：對F0F0F5F5各信號按二次曲線變化延遲，再相加。各信號按二次曲線變化延遲，再相加。控制：控制：FCN0FCN0FCN2FCN2碼，控制延遲變化的二次曲線曲率，碼，控制延遲變化的二次曲線曲率， 也即控制聚

5、焦焦距。也即控制聚焦焦距。 增益控制和動態(tài)濾波增益控制和動態(tài)濾波 （1 1）TGCTGC電路電路時間增益控制技術時間增益控制技術 作用：補償回波因深度增加而造成的衰減：作用：補償回波因深度增加而造成的衰減：I=II=I0 0e e-2-2x x 方法：由方法：由TGCTGC控制電壓，控制壓控放大器的增益，隨接控制電壓，控制壓控放大器的增益，隨接 收深度而上升。收深度而上升。 結果：使近區(qū)增益適當小，遠區(qū)增益逐漸增大。結果：使近區(qū)增益適當小，遠區(qū)增益逐漸增大。 （2 2）DFDF動態(tài)濾波技術動態(tài)濾波技術 作用：濾除近場過強的低頻，和深部的高頻雜波干擾。作用：濾除近場過強的低頻，和深部的高頻雜波干

6、擾。 方法：由方法：由DFDF控制電壓，控制壓控帶通濾波器的通帶中控制電壓，控制壓控帶通濾波器的通帶中 心頻率，隨接收深度而下降。心頻率，隨接收深度而下降。 結果：近場濾除低頻，提高分辨力；結果：近場濾除低頻，提高分辨力； 遠場濾除高頻，提高信噪比。遠場濾除高頻，提高信噪比。 對數(shù)放大器對數(shù)放大器作用：壓縮信號的動態(tài)范圍，適配顯像管的動態(tài)范圍，作用：壓縮信號的動態(tài)范圍，適配顯像管的動態(tài)范圍， 防止有用信息的丟失。防止有用信息的丟失。動態(tài)范圍：信號動態(tài)范圍：信號100dB100dB，顯像管，顯像管約約30dB30dB，特點：信號越大，增益越小。特點：信號越大，增益越小。 檢波器檢波器作用：檢出調

7、制信號。射頻信號作用：檢出調制信號。射頻信號視頻信號視頻信號回波調制：超聲振蕩受矩形脈沖幅度調制。回波調制：超聲振蕩受矩形脈沖幅度調制。 勾邊電路（邊緣增強電路）勾邊電路（邊緣增強電路）作用：增強視頻信號的邊緣，突出圖像的輪廓，使之作用：增強視頻信號的邊緣，突出圖像的輪廓，使之 便于識別和測量。便于識別和測量。控制：控制：ENHENH信號，控制增強效果。信號，控制增強效果。一、基本要求一、基本要求原因：陣元獲取信號原因：陣元獲取信號10-30V10-30Vp-pp-p，合成電路本身噪音合成電路本身噪音30V30Vp-pp-p，故需加前置放大器，以提高信噪比。故需加前置放大器，以提高信噪比。路數(shù)

8、：線陣路數(shù)：線陣B B超，前置放大常為多路，各機型有所差異。超，前置放大常為多路，各機型有所差異。EUB-240EUB-240型型B B超有超有1616路，路，EUB-40EUB-40型型B B超有超有2424路。路。基本要求：基本要求：（1 1）與探頭饋線匹配良好。）與探頭饋線匹配良好。饋線特性阻抗前放輸入阻抗。饋線特性阻抗前放輸入阻抗。否則：否則： 信號被反射入饋線，信號減弱。信號被反射入饋線，信號減弱。 多重反射，造成圖象重影。多重反射，造成圖象重影。 （2 2）動態(tài)范圍大）動態(tài)范圍大前放動態(tài)范圍信號動態(tài)范圍前放動態(tài)范圍信號動態(tài)范圍100dB100dB，不丟失有價值的信息。不丟失有價值的

9、信息。（3 3）功率增益）功率增益(P)(P)大大 P= 10lgKP= 10lgKP P (dB) (dB) 其中，其中，K KP P放大器功率放大倍數(shù)放大器功率放大倍數(shù) P P大，則極限靈敏度高，信噪比高。大，則極限靈敏度高，信噪比高。 日立日立EUBEUB系列系列B B超，前放超，前放 P P24dB24dB。（4 4）噪聲系數(shù)）噪聲系數(shù)(F)(F)小小 F F輸入端信噪比輸入端信噪比/ /輸出端信噪比輸出端信噪比11 理想：理想：F F1 1，即放大器無附加噪聲。，即放大器無附加噪聲。 實際：實際：F F1 1，晶體管、電阻等總有噪聲。，晶體管、電阻等總有噪聲。 F F小，有限噪聲靈敏

10、度高，放大器動態(tài)范圍大。小，有限噪聲靈敏度高，放大器動態(tài)范圍大。二、前置放大器電路二、前置放大器電路1. 1. 前置放大器之一前置放大器之一東芝東芝SALSAL系列線掃系列線掃B B超的前置放大器超的前置放大器特點分析特點分析由三級直接耦合放大器組成。由三級直接耦合放大器組成。A A7 7（17dB17dB） TR20 TR20為射隨器，使之與延時線負載阻抗匹配。為射隨器，使之與延時線負載阻抗匹配。 R R6262引入深度負反饋，展寬頻帶，提高穩(wěn)定性。引入深度負反饋，展寬頻帶，提高穩(wěn)定性。 D D3333,D,D3434組成雙向限幅器，防止大信號阻塞放大器。組成雙向限幅器，防止大信號阻塞放大器

11、。 15V15V，5V5V供電，使輸出信號動態(tài)范圍達供電，使輸出信號動態(tài)范圍達15V15V以上。以上。 各級射極直流負反饋，穩(wěn)定工作點，最小可辨信號小。各級射極直流負反饋，穩(wěn)定工作點，最小可辨信號小。 L L2020，C C3131，C C3232電源濾波，減小噪聲。電源濾波，減小噪聲。 C C2525高頻補償，高頻補償，C C1818耦合電容。耦合電容。2. 2. 前置放大器之二前置放大器之二日立公司日立公司B B超常用的前置放大器。超常用的前置放大器。EUB-240EUB-240型也用此。型也用此。特點：特點： IC1 IC1是大動態(tài)、高穩(wěn)定的集成運算放大器是大動態(tài)、高穩(wěn)定的集成運算放大器

12、H724B01H724B01。 D D1 1，D D1717組成雙向限幅器，防止大信號造成放大器阻塞。組成雙向限幅器，防止大信號造成放大器阻塞。 L L1 1，R R1 1，C C1 1為高通濾波器。為高通濾波器。 C C1717，C C3333，C C148148，C C149149電源退耦電容。電源退耦電容。 VR1 VR1電位器可調節(jié)增益，設計增益電位器可調節(jié)增益，設計增益24dB24dB。C33一、回波合成法一、回波合成法1. 1. 直接合成法直接合成法 方法：各陣元信號方法：各陣元信號孔徑控制孔徑控制聚焦延遲聚焦延遲相加合成。相加合成。 優(yōu)點：可不對稱延遲，進行微角掃查。優(yōu)點：可不對

13、稱延遲，進行微角掃查。 缺點：路數(shù)多，設備量大。缺點：路數(shù)多，設備量大。 實例：實例：Aloka SSD-256Aloka SSD-256型型B B超儀用之。超儀用之。 2. 2. 二步合成法二步合成法方法：各陣元信號方法：各陣元信號對稱合成對稱合成孔徑控制孔徑控制聚焦延遲聚焦延遲 相加合成。相加合成。條件：具有對稱延遲特性（無偏向）。條件：具有對稱延遲特性（無偏向）。優(yōu)點：孔徑控制電路、聚焦電路減少一半。優(yōu)點：孔徑控制電路、聚焦電路減少一半。實例：日立實例：日立EUBEUB系列系列B B超（如超（如EUB-240EUB-240）采用此法。）采用此法。二、接收多路轉換開關二、接收多路轉換開關（

14、1 1）組成）組成ICIC1717ICIC3838：8 8選選1 1轉接開關轉接開關TRTR2 2TRTR6 6：倒相驅動管。：倒相驅動管。（2 2）信號）信號輸入：輸入：CHCH1 1CHCH1616：前放輸出：前放輸出, ,輸出：輸出：F F0 0F F5 5：轉接合成輸出，：轉接合成輸出，控制：控制：RQA/RQA/RQE/RQE/碼碼（3 3）功能）功能 從從1616路前置放大器輸出中，路前置放大器輸出中，每次選通每次選通1111路，并對稱合成為路，并對稱合成為F F0 0F F5 5的的6 6個信號。個信號。控制碼變化，選擇通路變化，控制碼變化，選擇通路變化，實現(xiàn)切換掃查。實現(xiàn)切換掃

15、查。（4 4）電路分析）電路分析轉接開關的使能端與轉接開關的使能端與RQE,RQDRQE,RQD的連接，簡化為圖的連接，簡化為圖5-7.5-7.RQE,RQDRQE,RQD1,01,0或或0,10,1，有輸出的芯片編號，如圖，有輸出的芯片編號，如圖5 58 8。前置放大輸出的轉接合成關系前置放大輸出的轉接合成關系(HP(HPi i=CH=CHi i) )例如：例如： RQE/ RQE/RQA/RQA/0111101111，經，經TR2TR2TR6TR6倒相，為倒相，為1000010000，則，則 F F0 0CH1+CH11, FCH1+CH11, F1 1CH2+CH10, FCH2+CH1

16、0, F2 2CH3+CH9,CH3+CH9, F F3 3CH4+CH8, FCH4+CH8, F4 4CH5+CH7, FCH5+CH7, F5 5CH6CH6 RQE/ RQE/RQA/RQA/0111001110，經，經TR2TR2TR6TR6倒相，為倒相，為1000110001，則，則 F F0 0CH2+CH12, FCH2+CH12, F1 1CH3+CH11, FCH3+CH11, F2 2CH4+CH10,CH4+CH10, F F3 3CH5+CH9, FCH5+CH9, F4 4CH6+CH8, FCH6+CH8, F5 5CH7CH7三、可變孔徑電路三、可變孔徑電路 可

17、變孔徑的提出及其實現(xiàn)方法可變孔徑的提出及其實現(xiàn)方法（1 1）接收靈敏范圍與孔徑的關系）接收靈敏范圍與孔徑的關系根據(jù)：發(fā)射與接收的互易性；發(fā)射超聲場的結論。根據(jù)：發(fā)射與接收的互易性；發(fā)射超聲場的結論。 非聚焦：非聚焦：近場：孔徑越小，靈敏范圍越小；近場：孔徑越小，靈敏范圍越小；遠場：孔徑越大，靈敏范圍擴散角越小。遠場：孔徑越大，靈敏范圍擴散角越小。 聚焦：聚焦： 焦點處直徑：焦點處直徑： d df f2.44F/D D2.44F/D D接收孔徑接收孔徑 即：為使即：為使d df f小，當小，當F F增大時，增大時，D D也應增大。也應增大。（2 2）方法）方法 近場用小孔徑，遠場用大孔徑近場用小

18、孔徑，遠場用大孔徑可變孔徑技術。可變孔徑技術。（3 3）意義）意義近場、遠場靈敏范圍近場、遠場靈敏范圍( (波束波束) )均較窄，橫向分辨力好。均較窄，橫向分辨力好。 可變孔徑電路可變孔徑電路（1 1）組成及作用）組成及作用MXICMXIC：模擬調制分離器：模擬調制分離器 A=“0”,XX0,A=“0”,XX0, A=“1”,XX1, A=“1”,XX1, X X端端RCRC：低通濾波器；：低通濾波器； C C：隔低頻，通高頻信號；：隔低頻，通高頻信號； L L：隔高頻，通低頻信號。：隔高頻，通低頻信號。 D D：二極管開關；：二極管開關；（2 2）信號）信號 F F0-50-5： 回波信號回

19、波信號( (高頻高頻) ) AP AP0-20-2：門控信號：門控信號( (低頻低頻) )（3 3）單路工作原理）單路工作原理 因因D D負極經負極經L L，低頻接地，低頻接地 APAP“1”1”：X X-8V-8V，D D截止截止 APAP“0”0”：X X+8V+8V，D D導通導通（4 4）組合工作過程）組合工作過程由于，各陣元接收的回波信號對應為：由于，各陣元接收的回波信號對應為：F0F0F5F5周邊中心周邊中心因此，切斷因此，切斷F0F0，F(xiàn)1F1，F(xiàn)2F2等信號進入回波合成電路，等信號進入回波合成電路，使周邊陣元接收信號無效，即縮小了接收孔徑。使周邊陣元接收信號無效，即縮小了接收孔

20、徑。（5 5）時間段計算舉例）時間段計算舉例將探測深度分四段：近場，中場，遠場將探測深度分四段：近場，中場，遠場，遠場，遠場。分界距離：分界距離：S S1 120mm20mm，S S2 250mm50mm，S S3 390mm90mm。由式：由式： t tKiKiS Si i /V/VD D2S2Si i/c/c可算得各段時間：可算得各段時間： t tK0K0117s117s，t tK1K165s65s，t tK2K226s26s四、接收相位調整電路（接收聚焦電路）四、接收相位調整電路（接收聚焦電路） 作用作用對各陣元接收的回波信號進行延遲調整（二次曲線對各陣元接收的回波信號進行延遲調整（二次

21、曲線變化），使焦點處回波達到同相位疊加。變化），使焦點處回波達到同相位疊加。 其實質是換能器空間靈敏范圍的聚焦。其實質是換能器空間靈敏范圍的聚焦。 分段聚焦的類型分段聚焦的類型 非實時分段動態(tài)聚焦：非實時分段動態(tài)聚焦： 多次發(fā)射，多次接收。發(fā)射與接收同焦距，每次固定。多次發(fā)射，多次接收。發(fā)射與接收同焦距，每次固定。 實時分段動態(tài)聚焦：實時分段動態(tài)聚焦：一次發(fā)射，一次接收。發(fā)射固定焦距，接收動態(tài)焦距。一次發(fā)射，一次接收。發(fā)射固定焦距，接收動態(tài)焦距。 實時分段動態(tài)聚焦原理實時分段動態(tài)聚焦原理（1 1）簡述：以超聲探查速度，同步分段地移動焦點。）簡述：以超聲探查速度，同步分段地移動焦點。（2 2）例

22、）例接收實時接收實時4 4段動態(tài)聚焦：段動態(tài)聚焦： 若對應距離若對應距離z1,z2,z3z1,z2,z3，回波所需時間為，回波所需時間為t1,t2,t3t1,t2,t3。則：。則： 回波接收過程：回波接收過程： 0 0t1t1時間：時間： 接收接收0 0z1z1內回波，用內回波，用4 48 8陣元，焦點陣元，焦點N N，波束如，波束如()()。 t1 t1t2t2時間：時間： 接收接收z1z1z2z2內回波內回波, ,用用3 39 9陣元，焦點陣元，焦點M M，波束如，波束如()()。 t2 t2t3t3時間：時間： 接收接收z2z2z3z3內回波內回波, ,用用2 21010陣元，焦點陣元，

23、焦點F1F1，波束如，波束如()()。 t3 t3以后時間：以后時間： 接收接收z3z3以外回波，用以外回波，用1 11111陣元，焦點陣元，焦點F2F2，波束如，波束如()()。可見：有效接收范圍如圖中粗線所圍區(qū)域，有四個焦點。可見：有效接收范圍如圖中粗線所圍區(qū)域，有四個焦點。 接收聚焦電路接收聚焦電路 （EUB-240EUB-240型型B B超所用）超所用）（1 1）電路組成）電路組成 DLDL1 1DLDL5 5：模擬延時線。：模擬延時線。 ICIC3939ICIC4343：多路轉接開關。：多路轉接開關。（2 2）信號）信號 輸入：接收回波信號輸入：接收回波信號F F0 0F F5 5。

24、 輸出：合成信號。輸出：合成信號。 控制：聚焦碼控制：聚焦碼FCNFCN0-20-2/ /。（3 3）功能）功能 對各陣元接收回波信號經對各陣元接收回波信號經 二次曲線變化延遲，相加合二次曲線變化延遲，相加合 成為一個信號。成為一個信號。 聚焦碼控制二次曲線曲率，聚焦碼控制二次曲線曲率， 即焦距。與可變孔徑電路，即焦距。與可變孔徑電路， 協(xié)同完成接收動態(tài)聚焦。協(xié)同完成接收動態(tài)聚焦。（4 4）各控制狀態(tài)下的延時關系）各控制狀態(tài)下的延時關系有兩種頻率有兩種頻率(3.5MHz(3.5MHz，5MHz)5MHz)，各，各4 4個焦點，共個焦點，共8 8個焦點。個焦點。( (書中數(shù)值有誤書中數(shù)值有誤)

25、)一、時間增益補償（一、時間增益補償（TGCTGC）電路）電路 實現(xiàn)時間增益補償?shù)囊饬x及方法實現(xiàn)時間增益補償?shù)囊饬x及方法（1 1）補償?shù)囊饬x）補償?shù)囊饬x 由于超聲波隨傳播距離（時間）的衰減，使相同反由于超聲波隨傳播距離（時間）的衰減，使相同反射系數(shù)的界面近距離反射強，遠距離反射弱，若不給射系數(shù)的界面近距離反射強，遠距離反射弱，若不給予補償，則圖像將隨深度（時間）而逐漸變暗。予補償，則圖像將隨深度（時間）而逐漸變暗。 時間增益補償：控制放大器增益隨探測深度（時間）時間增益補償：控制放大器增益隨探測深度（時間）的增加而加大，以補償超聲隨傳播距離的衰減。的增加而加大，以補償超聲隨傳播距離的衰減。（2

26、 2）各種名稱）各種名稱時間增益補償時間增益補償 (Time Gain CompensationTGC)(Time Gain CompensationTGC)深度增益補償深度增益補償 (Depth Gain CompensationDGC)(Depth Gain CompensationDGC)靈敏度時間控制靈敏度時間控制(Sensitivity Time ControlSTC)(Sensitivity Time ControlSTC) （3 3）補償原理）補償原理 聲傳播強度與時間聲傳播強度與時間( (距離距離) )的關系：的關系： I II I0 0e e-2-2x xI I0 0e e-

27、2-2ct ct 時間負指數(shù)關系。時間負指數(shù)關系。 聲聲- -電轉換、前置放大等電轉換、前置放大等時間線性關系。時間線性關系。 經聲經聲- -電轉換、前置放大等處理，回波信號仍是：電轉換、前置放大等處理，回波信號仍是： 時間負指數(shù)關系。時間負指數(shù)關系。 可用時間正指數(shù)放大補償。可用時間正指數(shù)放大補償。（4 4）實際情況及措施）實際情況及措施 上述分析忽略了多種因素，僅為大致的補償關系。上述分析忽略了多種因素，僅為大致的補償關系。.實際情況的復雜性實際情況的復雜性 受超聲工作頻率的影響受超聲工作頻率的影響 ff，ff，頻率高，衰減快。，頻率高，衰減快。 多重界面反射的影響多重界面反射的影響 實際

28、常有多重界面，回波穿過界面越多，強度越弱。實際常有多重界面，回波穿過界面越多，強度越弱。 臨床診斷感興趣深度的不同臨床診斷感興趣深度的不同 臨床對同一患者不同部位，或同一部位不同患者，臨床對同一患者不同部位，或同一部位不同患者， 成像時關注深度往往有所不同。成像時關注深度往往有所不同。.對策對策 TGCTGC控制波形指數(shù)波形控制波形指數(shù)波形( (可變速率可變速率) )修正波形修正波形操作者可調節(jié)：指數(shù)波形速率，修正波形形狀操作者可調節(jié)：指數(shù)波形速率，修正波形形狀根據(jù)實際情況，通過面板按鈕、電位器操作。根據(jù)實際情況，通過面板按鈕、電位器操作。TGCGainDynamic RangeFocusDe

29、pth（5 5）電路框圖）電路框圖 TGC TGC電壓發(fā)生器電壓發(fā)生器 產生一個隨接收時間（深度）而變的產生一個隨接收時間（深度）而變的TGCTGC控制電壓，控制電壓， 用以控制可變增益放大器的增益變化。用以控制可變增益放大器的增益變化。 操作者由面板輸入調節(jié)量，可調整操作者由面板輸入調節(jié)量，可調整TGCTGC電壓的波形，電壓的波形， 實現(xiàn)臨床干預實現(xiàn)臨床干預TGCTGC過程。過程。 可變增益放大器可變增益放大器 在在TGCTGC電壓控制下，放大器增益可變，對不同時間電壓控制下，放大器增益可變，對不同時間 （深度）的回波信號有不同的放大量。（深度）的回波信號有不同的放大量。 TGC TGC電壓

30、產生電路電壓產生電路 通常：通常：TGCTGC電壓波形指數(shù)電壓波形可調電壓波形電壓波形指數(shù)電壓波形可調電壓波形（1 1）可調電壓波形受調節(jié)的型式：）可調電壓波形受調節(jié)的型式： 斜率控制型斜率控制型 可調電壓的大致形狀不變，但參數(shù)可由面板調節(jié)。可調電壓的大致形狀不變，但參數(shù)可由面板調節(jié)。 其中增益其中增益“臺柱臺柱”用來增強特定深度的回波。用來增強特定深度的回波。 距離增量控制型距離增量控制型整個探測深度分成整個探測深度分成n n段段( (如如n=8)n=8)，每段一個控制點，每段一個控制點， 由面板上的滑桿電位器調節(jié)。調節(jié)值連線，即是可由面板上的滑桿電位器調節(jié)。調節(jié)值連線，即是可 調電壓波形。

31、見書調電壓波形。見書P277P277。（2） TGCTGC電壓產生電路電壓產生電路 有多種型式。數(shù)字合成式函數(shù)發(fā)生器適用性強，目前較多。有多種型式。數(shù)字合成式函數(shù)發(fā)生器適用性強，目前較多。 基本原理基本原理 ROMROM中存中存TGCTGC電壓函數(shù)值，在回波接收過程中：電壓函數(shù)值，在回波接收過程中： 逐一讀出函數(shù)值逐一讀出函數(shù)值D/AD/A各點電壓連接各點電壓連接TGCTGC電壓波形電壓波形 函數(shù)值尋址地址函數(shù)值尋址地址A0A0A9A9，由加法計數(shù)器計數(shù)產生。，由加法計數(shù)器計數(shù)產生。 TGC TGC波形的改變調整手段波形的改變調整手段a)a)制造時預先設計在制造時預先設計在ROMROM中中 在

32、在ROMROM的不同區(qū)域，預先存入不同的波形函數(shù)值，的不同區(qū)域，預先存入不同的波形函數(shù)值， 工作時根據(jù)情況選擇。有八種工作時根據(jù)情況選擇。有八種TGCTGC曲線供選擇。曲線供選擇。 A A1212FCNFCN2 20 0（3.5MHz3.5MHz探頭），探頭）， 1 1（5MHz5MHz探頭）探頭） A A1111ZOOMZOOM0 0（電子放大率（電子放大率1 1），），1 1（電子放大率（電子放大率2 2） A A1010FAR FAR 0 0（近程），（近程）， 1 1（遠程）（遠程）b)b)操作時隨機調節(jié)操作時隨機調節(jié) 調節(jié)附加在調節(jié)附加在ROMROM中讀出的固定函數(shù)曲線之上。中讀出的

33、固定函數(shù)曲線之上。 調節(jié)輸入：操作者調節(jié)輸入：操作者面板（滑桿電位器）面板（滑桿電位器） 儀器產生：修正數(shù)據(jù)儀器產生：修正數(shù)據(jù)GAINGAIN0-70-7, , 修正方法：修正方法：TGCTGC波形波形ROMROM數(shù)據(jù)修正數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)修正數(shù)據(jù)GAINGAIN0-70-7 波形波形可調可調 增益控制電路（可變增益放大器）增益控制電路（可變增益放大器）（1 1）控制放大器增益的方法）控制放大器增益的方法 改變放大器的偏置改變放大器的偏置 右圖因晶體管右圖因晶體管( (一定范圍內一定范圍內) )： IIb b從而：從而： TGCTGC電壓電壓IIb bAA 改變放大器的反饋改變放大器的反饋 右圖由于晶體

34、管：右圖由于晶體管： R Rcece1/I1/Ib b 而：而：A AR Rcece/R/R， 從而：從而： TGCTGC電壓電壓IIb bRRceceAA R 串入電控衰減器串入電控衰減器右圖電路的總增益為：右圖電路的總增益為： A AG G1 1 G G2 2其中：其中： G G1 111放大器放大器 G G2 211衰減器。衰減器。若若TGCTGC電壓控制下，電壓控制下，G G2 2可變，可變，即能起即能起TGCTGC作用。作用。a)a)衰減器基本結構衰減器基本結構( (右圖右圖) ) U Uo o(R(R2 2/(R/(R1 1+R+R2 2)U)Ui i G GU Uo o/U/Ui

35、 i R R2 2/(R/(R1 1+R+R2 2) ) 1 1b)b)電控變阻元件電控變阻元件 )二極管二極管 I II Is s(e(eVq/KTVq/KT-1)-1) 其中：其中： I Is s反向飽和電流，反向飽和電流， KK波爾茲曼常數(shù)波爾茲曼常數(shù) qq電子的電荷量，電子的電荷量， TT絕對溫度絕對溫度 V V(KT/q)ln(I+I(KT/q)ln(I+Is s) ) R RD DdV/dIdV/dI (KT/q)/(I+I(KT/q)/(I+Is s) ) (KT/q)/I (II (KT/q)/I (IIs s) ) R RD D1/I1/I)晶體管晶體管 R Rcece1/I

36、1/Ib b ) )場效應管場效應管 R RDSDS1/V1/VGSGSc)c)電控衰減器舉例電控衰減器舉例以上：以上：(a)(a)串聯(lián)二極管型，串聯(lián)二極管型，(b)(b)并聯(lián)二極管型，并聯(lián)二極管型，(c)(c)并聯(lián)場效應管型并聯(lián)場效應管型說明：說明：由于：回波信號由于：回波信號高頻，高頻， 控制信號控制信號低頻低頻利用：利用：LL隔高頻通低頻、隔高頻通低頻、CC隔低頻通高頻，隔低頻通高頻，可防止：回波信號控制信號可防止：回波信號控制信號相互干擾。相互干擾。（2 2）可變增益放大器實例）可變增益放大器實例 TR19 TR19第一級放大第一級放大 TR20 TR20，TR21TR21具正向壓控增

37、益特性的雙柵極場效應管放大器。具正向壓控增益特性的雙柵極場效應管放大器。 控制控制G1G1、G2G2電位可控制場效應管的跨導，從而改變放大器增益。電位可控制場效應管的跨導，從而改變放大器增益。 VR17VR17調節(jié)調節(jié)G1G1電位電位靜態(tài)增益調節(jié)。靜態(tài)增益調節(jié)。 TGCTGC電壓控制電壓控制G2G2電位電位TGCTGC控制。控制。 TR22 TR22，TR23TR23為為射極跟隨器。射極跟隨器。 TGC TGC作用下的場效應管特性曲線作用下的場效應管特性曲線TGC控制電壓控制電壓工作點工作點Q沿沿IDVG曲線曲線斜率斜率增益增益如：近場如：近場(t1t2)，回波強，回波強(Vi1，Vi2)，但

38、增益小，信號壓縮。，但增益小，信號壓縮。 遠場遠場(t3t4)，回波弱，回波弱(Vi3，Vi4)，但增益大，信號放大。，但增益大，信號放大。二、動態(tài)濾波（二、動態(tài)濾波（Dynamic FilterDynamic Filter：DFDF）電路）電路 動態(tài)濾波的意義動態(tài)濾波的意義 （1 1）原因）原因 超聲傳播時：超聲傳播時： I=II=I0 0e e- -22x x, =f, =f 所以：高頻所以：高頻快，低頻快，低頻慢，慢， 造成：探測距離造成：探測距離信號信號f f0 0(f(f0 0 頻譜中心頻率頻譜中心頻率) ) （2 2）接收頻帶范圍固定的不利）接收頻帶范圍固定的不利 接收電路接收電路

39、f f0 0信號信號f f0 0高頻損失高頻損失分辨力分辨力 接收電路接收電路f f0 0信號信號f f0 0噪聲增加噪聲增加信噪比信噪比 （3 3）動態(tài)濾波的過程和意義）動態(tài)濾波的過程和意義 隨探測距離隨探測距離接收電路的接收電路的f f0 0， 近區(qū)：選通高頻，抑制低頻近區(qū)：選通高頻，抑制低頻分辨力分辨力； 遠區(qū)：選通低頻，抑制高頻遠區(qū)：選通低頻，抑制高頻信噪比信噪比。 動態(tài)濾波動態(tài)濾波(DF)(DF)電路電路 動態(tài)濾波，也就是通頻帶可變的帶通動態(tài)濾波，也就是通頻帶可變的帶通濾波器。濾波器。（1 1）電路結構及特性）電路結構及特性 如圖：如圖：D Dc c為變容二極管，為變容二極管，L L

40、、C C1 1、D Dc c構構成成LCLC并聯(lián)回路。并聯(lián)回路。 當信號頻率當信號頻率f f等于回路諧振頻率等于回路諧振頻率f f0 0時，時，回路阻抗回路阻抗Z Z0 0最大。最大。 此時電路（可看成此時電路（可看成R R與與Z Z0 0構成的衰減器）構成的衰減器）對信號的衰減最小，輸出對信號的衰減最小，輸出U Uo o最大。當最大。當ffff0 0時，輸出時，輸出U Uo o減小。減小。 f f0 0 也稱為濾波器通帶中心頻率。也稱為濾波器通帶中心頻率。CRLZ001011,2DDCCfCCCLC（2 2）DFDF工作過程工作過程由于變容二極管的反偏結電容由于變容二極管的反偏結電容C CD

41、 D電壓特性：電壓特性： ECECD D所以在回波信號接收過程中：所以在回波信號接收過程中：DDFDDF電壓電壓CCD DC=CC=C1 1C CD D/(C/(C1 1+C+CD D)濾波器濾波器f f0 0EDc（3）動態(tài)濾波電路實例動態(tài)濾波電路實例如圖為如圖為EUB-27EUB-27所用帶通濾波器。所用帶通濾波器。V V1 1、V V2 2變容二極管變容二極管 并聯(lián)目的：增大電容變化量并聯(lián)目的：增大電容變化量增大頻率控制范圍。增大頻率控制范圍。 反偏結電容變化范圍：反偏結電容變化范圍：30PF(9V)30PF(9V)400PF(1V)400PF(1V) L L、C C1 1和和V V1

42、1、V V2 2組成組成LCLC選頻網絡。選頻網絡。 DF DF電壓發(fā)生器電壓發(fā)生器（1 1）DFDF電壓的取值范圍和變化規(guī)律電壓的取值范圍和變化規(guī)律 由以下因素確定由以下因素確定 變容二極管的變容特性。變容二極管的變容特性。 被探測介質（人體）對超聲衰減的頻率特性。被探測介質（人體）對超聲衰減的頻率特性。 探頭工作頻率（頻譜中最強分量頻率）的變化。探頭工作頻率（頻譜中最強分量頻率）的變化。 觀察視野的移動。觀察視野的移動。 圖像電子放大與否。圖像電子放大與否。 可見，后三種因素是不確定的，由操作者決定。可見，后三種因素是不確定的，由操作者決定。 故故DFDF電壓也應是可變的，由操作者臨時確定

43、。電壓也應是可變的，由操作者臨時確定。（2 2）DFDF電壓發(fā)生器電路形式電壓發(fā)生器電路形式 可有多種形式，由于波形的可變性，在微機化可有多種形式，由于波形的可變性，在微機化B B超超 中，用數(shù)字函數(shù)發(fā)生器獲取中，用數(shù)字函數(shù)發(fā)生器獲取DFDF函數(shù)電壓比較方便。函數(shù)電壓比較方便。（3）DFDF電壓發(fā)生器實例電壓發(fā)生器實例(EUB-240B(EUB-240B超用超用) ) 電路組成電路組成 ICIC4242：驅動器，：驅動器，74HC24474HC244。 ICIC4444：D/AD/A轉換器。轉換器。DAC-08CNDAC-08CN。 ICIC4646：流壓變換器，：流壓變換器，TL081TL0

44、81，有濾波回路。，有濾波回路。 R R150150、L L2 2、C C156156：低通濾波器，平滑輸出波形。：低通濾波器，平滑輸出波形。 工作過程工作過程 CPUCPU以一定速率送出數(shù)據(jù)以一定速率送出數(shù)據(jù)DDFDDF0-40-4(5(5位位) )，經驅動器后，經驅動器后， 由由D/AD/A轉換成模擬電流輸出，再流壓變換成電壓。轉換成模擬電流輸出，再流壓變換成電壓。 各數(shù)據(jù)電壓相連，經濾波光滑，形成各數(shù)據(jù)電壓相連，經濾波光滑，形成DFDF電壓波形。電壓波形。 CPUCPU送出不同數(shù)據(jù)可得不同波形。送出不同數(shù)據(jù)可得不同波形。 波形圖波形圖 接收期，接收期，DFDF電壓以近似指數(shù)規(guī)律下降。周期

45、性變化。電壓以近似指數(shù)規(guī)律下降。周期性變化。 TGC TGC和和DFDF綜合實例（綜合實例（EUB-240EUB-240中用）中用）動態(tài)濾波電路設置在兩個虛線框內。動態(tài)濾波電路設置在兩個虛線框內。L L2020、C C212212、C C136136和變容二極管和變容二極管D D3737、D D3838組成選頻槽路。組成選頻槽路。L L2121、C C213213、C C150150和變容二極管和變容二極管D D3939、D D4040組成選頻槽路。組成選頻槽路。三、對數(shù)放大器三、對數(shù)放大器 1. 1. 對數(shù)放大的意義對數(shù)放大的意義（1 1）原因）原因回波信號動態(tài)范圍：回波信號動態(tài)范圍： L

46、LD D100 dB100 dB 顯像亮度動態(tài)范圍：顯像亮度動態(tài)范圍： L LD D202030dB30dB 若直接顯示：若直接顯示： 強信號圖像一片模糊強信號圖像一片模糊 弱信號圖像星星點點弱信號圖像星星點點 如同膠片曝光太過和曝光不足。如同膠片曝光太過和曝光不足。 需要壓縮信號動態(tài)范圍：需要壓縮信號動態(tài)范圍： 100dB20100dB2030dB30dB 同時，并不丟失亮度信息。同時，并不丟失亮度信息。 對數(shù)放大器能起到這樣的作用。對數(shù)放大器能起到這樣的作用。信息淹沒、丟失信息淹沒、丟失（）對數(shù)放大器的特性（）對數(shù)放大器的特性 輸入、輸出關系輸入、輸出關系 u uo oK K1 1lg(K

47、lg(K2 2u ui i) )K K1 1lgKlgK2 2+(K+(K1 1/20)(20lgu/20)(20lgui i) ) 其中：其中：K K1 1斜率，斜率， K K2 2對數(shù)偏差。對數(shù)偏差。 輸入、輸出關系曲線輸入、輸出關系曲線 均勻座標系中：斜率遞減、數(shù)值遞增曲線。均勻座標系中：斜率遞減、數(shù)值遞增曲線。 輸入對數(shù)座標輸出均勻座標系中：遞增直線。輸入對數(shù)座標輸出均勻座標系中：遞增直線。 對數(shù)放大器參數(shù)的外部調整原理對數(shù)放大器參數(shù)的外部調整原理對于對數(shù)放大器：對于對數(shù)放大器： VoK1lg(K2Vi)經如上前后線性放大后，輸入輸出關系：經如上前后線性放大后，輸入輸出關系： uoG2

48、K1lg(K2G1ui)其中：其中：G1，G2線性放大器增益線性放大器增益令：令： K1G2K1 K2G1K2則：則： uoK1lg(K2ui)故可：改變故可：改變G1、G2改變改變K1、K2Vo=K1lg(K2Vi)G1G2uiuoG1uiK1lg(K2G1ui)G2K1lg(K2G1ui) 小信號放大特性的修正小信號放大特性的修正 當當u ui i0 0時：時： u uo oK K1 1lg(Klg(K2 2u ui i) )- - 不可實現(xiàn)不可實現(xiàn) 實際的對數(shù)放大器，小信號時：實際的對數(shù)放大器，小信號時： u u0 0K K3 3u ui i 線性放大線性放大 動態(tài)范圍壓縮特性動態(tài)范圍壓

49、縮特性 當線性當線性- -對數(shù)放大特性平滑過渡時，可推得：對數(shù)放大特性平滑過渡時，可推得： L LDoDo1+lnL1+lnLDiDi 其中：其中：L LDiDiu uimaximax/u/uimin imin 輸入信號動態(tài)范圍輸入信號動態(tài)范圍 L LDoDou uomaxomax/u/uomin omin 輸出信號動態(tài)范圍輸出信號動態(tài)范圍 一般：一般：L LDiDi1 1， 右圖可見：右圖可見： L LDoDoL LDiDi 即：可壓縮信號即：可壓縮信號 的動態(tài)范圍。的動態(tài)范圍。L LDoDo1+lnL1+lnLDiDiL LDoDoL LDiDi110L LDoDoL LDiDi2. 2.

50、 對數(shù)放大和對數(shù)放大和TGCTGC放大的比較和關系放大的比較和關系（）動態(tài)壓縮比較（）動態(tài)壓縮比較 TGC TGC放大放大 淺部信號淺部信號( (含含U Umaxmax) )增益小：增益小：U UOmaxOmaxA A1 1U Uimax imax ，A A1 1小小 深部信號深部信號( (含含U Uminmin) )增益大：增益大：U UOminOminA A2 2U Uimin imin ，A A2 2大大 U UOmaxOmax/U/UOminOminA A1 1U Uimaximax/A/A2 2U UiminiminU Uimaximax/U/Uimin imin 也有壓縮信號動態(tài)范

51、圍的作用。也有壓縮信號動態(tài)范圍的作用。 但中間信號并不按比例壓縮。但中間信號并不按比例壓縮。 總動態(tài)范圍壓縮。總動態(tài)范圍壓縮。 對數(shù)放大對數(shù)放大 增益只與增益只與U Ui i有關，與時間無關。有關，與時間無關。 信號全部按一定規(guī)律壓縮。信號全部按一定規(guī)律壓縮。 瞬時動態(tài)范圍和總動態(tài)范圍全面壓縮。瞬時動態(tài)范圍和總動態(tài)范圍全面壓縮。（）位置安排的影響（）位置安排的影響 先先TGCTGC放大，再對數(shù)放大放大，再對數(shù)放大 TGCTGC放大壓縮信號動態(tài)范圍：放大壓縮信號動態(tài)范圍：100dB60dB100dB60dB 要求對數(shù)放大器：要求對數(shù)放大器：L LDiDi60dB60dB，電路可簡化。，電路可簡化

52、。 先對數(shù)放大，再先對數(shù)放大，再TGCTGC放大放大 要求對數(shù)放大器：要求對數(shù)放大器：L LDiDi100dB100dB。 輸入信號伴有隨傳播距離輸入信號伴有隨傳播距離( (時間時間) )的指數(shù)衰減：的指數(shù)衰減： I II I0 0e e-2-2x x I I0 0e e-2-2ctct 經線性聲經線性聲- -電變換和放大得：電變換和放大得： V VV V0 0e e-2-2ctct時間指數(shù)衰減時間指數(shù)衰減 經對數(shù)放大：經對數(shù)放大： U UK K1 1lg(Klg(K2 2V V0 0e e-2-2ctct) ) K K1 1lg(Klg(K2 2V V0 0)-2K)-2K1 1ctlgec

53、tlge時間線性衰減時間線性衰減 這使這使TGCTGC簡化簡化線性補償，線性補償，TGCTGC電壓產生電路簡化。電壓產生電路簡化。3. 3. 基本對數(shù)放大器電路原理基本對數(shù)放大器電路原理（）二極管特性（）二極管特性 I II Is s(e(eVq/KTVq/KT-1)-1) 室溫下（室溫下（2020），），KT/q26mVKT/q26mV 當當V VKT/qKT/q時，可有：時，可有： IIIIs se eVq/KTVq/KT 或：或：V(KT/q)ln(I/IV(KT/q)ln(I/Is s) )（）基本對數(shù)放大器（）基本對數(shù)放大器( (如圖如圖) ) I IU Ui i/R/RI ID D

54、 U UO O-V-VD D -(KT/q)ln(I/I-(KT/q)ln(I/Is s) ) -(KT/q)ln(U-(KT/q)ln(Ui i/I/Is sR)R) 但是，二極管對數(shù)工作的動態(tài)范圍很窄，但是，二極管對數(shù)工作的動態(tài)范圍很窄， 溫度穩(wěn)定性，頻率穩(wěn)定性，也不理想。溫度穩(wěn)定性，頻率穩(wěn)定性，也不理想。4. 4. 寬輸入動態(tài)范圍對數(shù)放大器的結構寬輸入動態(tài)范圍對數(shù)放大器的結構（一）概述（一）概述 （）特性要求（）特性要求 作用：壓縮寬廣的信號動態(tài)范圍作用：壓縮寬廣的信號動態(tài)范圍 要求：有寬廣的輸入動態(tài)范圍。要求：有寬廣的輸入動態(tài)范圍。 （）名稱及含義（）名稱及含義 名稱：似對數(shù)放大器名稱

55、：似對數(shù)放大器 含義：以多段直線或曲線相加含義：以多段直線或曲線相加近似對數(shù)函數(shù)。近似對數(shù)函數(shù)。 它與真正的對數(shù)放大之間有一定誤差。它與真正的對數(shù)放大之間有一定誤差。 （）結構和類型（）結構和類型 以多級限幅放大器構成：以多級限幅放大器構成： 線性限幅放大器線性限幅放大器 串聯(lián)相加串聯(lián)相加 非線性限幅放大器非線性限幅放大器 并聯(lián)相加并聯(lián)相加（二）串聯(lián)相加型對數(shù)放大器（二）串聯(lián)相加型對數(shù)放大器（）單級限幅放大器特性（）單級限幅放大器特性 圖中：圖中：L L1 1，L L2 2，L LN N限幅放大器，特性相同。限幅放大器，特性相同。 若放大區(qū)為線性，則可寫為：若放大區(qū)為線性，則可寫為： 0 0

56、， V Vi i0 0 截止區(qū)截止區(qū) V Vo o KVKVi i ， 0V0Vi iV VT T 線性放大區(qū)線性放大區(qū) V Vm m ， V Vi iVVT T 限幅區(qū)限幅區(qū) 其中：其中：K K1 1（放大），（放大），V Vm mKVKVT T（）電路總體（）電路總體輸入輸出關系輸入輸出關系 分析分析 KK1 1，故限幅放大器放大區(qū)有：，故限幅放大器放大區(qū)有： V Vo oV Vi i 則當信號很小，各級限幅放大器都在放大區(qū)時：則當信號很小，各級限幅放大器都在放大區(qū)時： V VopopV Vipip， P P1,2,3,N1,2,3,N 當信號由小變大時，總是最后一級先進入限幅區(qū)，當信號由

57、小變大時，總是最后一級先進入限幅區(qū)， 并向前依次逐級進入限幅區(qū)。并向前依次逐級進入限幅區(qū)。 每增加一級限幅，每增加一級限幅，u uo o的增益減小的增益減小K KN-PN-P，數(shù)值增加，數(shù)值增加V Vm m。 電路總體電路總體輸入輸出關系式輸入輸出關系式o ou u0 0N N0 0j jj ji iK Ku um m1 1N N0 0j jj ji iV VK Ku um m2 2N N0 0j jj ji i2 2V VK Ku um mP PN N0 0j jj ji iP PV VK Ku um m1 10 0j jj ji iV V1 1) )( (N NK Ku um mi iN

58、NV Vu u0 0u ui i1 1N NT Ti iK KV Vu u0 02 2N NT Ti i1 1N NT TK KV Vu uK KV V3 3N NT Ti i2 2N NT TK KV Vu uK KV V1 1) )( (P PN NT Ti iP PN NT TK KV Vu uK KV VT Ti iT TV Vu uK KV VT Ti iV Vu uN N2 21 10 0P P， 電路總體電路總體輸入輸出關系曲線輸入輸出關系曲線上式表明：上式表明： 此放大器輸入輸出關系呈多段折線。此放大器輸入輸出關系呈多段折線。 輸入信號越大，對應直線斜率越小。（如圖）輸入信號越

59、大，對應直線斜率越小。（如圖）（）誤差分析（）誤差分析 分析此函數(shù)與標準對數(shù)函數(shù)間的誤差。分析此函數(shù)與標準對數(shù)函數(shù)間的誤差。 標準對數(shù)函數(shù)的特征標準對數(shù)函數(shù)的特征 對于對數(shù)函數(shù)對于對數(shù)函數(shù): u uo oK K1 1lg(Klg(K2 2u ui i) ) 如輸入一組公比為如輸入一組公比為R的等比量：的等比量： u uiPiPu uiP-1iP-1R R， P P1,2N1,2N 則輸出：則輸出： u uoPoPu uoPoP-1-1K K1 1lg(Klg(K2 2u uiPiP) )K K1 1lg(Klg(K2 2u uiP-1iP-1) ) K K1 1lg(ulg(uiPiP/u/u

60、iP-1iP-1) ) K K1 1lgRlgR 為一組公差為為一組公差為K K1 1lgRlgR的等差量。的等差量。 與標準與標準對數(shù)函數(shù)之間的誤差對數(shù)函數(shù)之間的誤差令函數(shù)折線各拐點對應的輸入和輸出為：令函數(shù)折線各拐點對應的輸入和輸出為： u uipip, u, uopop, P, P1,2N1,2N則：則：等比量等比量當時，曲線各拐點在對數(shù)曲線上。當時，曲線各拐點在對數(shù)曲線上。K KK KV VK KV Vu uu u1 1) )( (P PN NT TP PN NT T1 1i ip pi ip p1 1) )- -( (P PN N0 0j jm mj j1 1) )- -( (P P