超聲成像系統(tǒng)通常使用一個(gè)大規(guī)模的adc(模數(shù)轉(zhuǎn)換器) 系統(tǒng)。這些系統(tǒng)不僅需要精密的通道間匹配，而且還需要準(zhǔn)確設(shè)計(jì)adc的供電電壓基準(zhǔn)系統(tǒng)，以保持足夠的動(dòng)態(tài)特性。

問題的由來

　　超聲成像系統(tǒng)通常使用一個(gè)大規(guī)模的adc(模數(shù)轉(zhuǎn)換器) 系統(tǒng)，這些adc的基準(zhǔn)電壓系統(tǒng)通常是為大規(guī)模的模數(shù)轉(zhuǎn)換器組提供既精密又是低噪聲的基準(zhǔn)電壓。為進(jìn)一步保證精確性和穩(wěn)定性，應(yīng)該對(duì)adc基準(zhǔn)電壓系統(tǒng)的輸入進(jìn)行緩沖，從而最大限度降低基準(zhǔn)電壓系統(tǒng)的負(fù)載效應(yīng)。為滿足這些要求，必須將高速adc設(shè)計(jì)成既帶有內(nèi)部精密基準(zhǔn)電壓源亦可使用外部精密基準(zhǔn)電壓源的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。為說明這一點(diǎn)，不妨舉如下實(shí)例:在醫(yī)療超聲成像系統(tǒng)中通常要在其接收器的波束成形　　電路中使用大量的adc(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)，而通常以16個(gè)、24個(gè)、32個(gè)等為一組。要得到最高的波束精度，就必須最大限度減小波束成形通道的誤差。而導(dǎo)致誤差的主要來源歸結(jié)為噪聲和施加到每個(gè)獨(dú)立adc的實(shí)際基準(zhǔn)電壓.當(dāng)然，還包括連接到基準(zhǔn)電壓源的分布式負(fù)載等其它誤差來源.然而在一個(gè)特定的系統(tǒng)中，連接到基準(zhǔn)電壓源的負(fù)載，卻只是許多獨(dú)立的阻性和容性負(fù)載。

當(dāng)今，有多種設(shè)計(jì)方案可為這種大規(guī)模的adc陣列提供基準(zhǔn)電壓， 值此介紹以下3種：

　　* 獨(dú)立的片上基準(zhǔn)。這種方式可為每個(gè)adc提供了非常方便的基準(zhǔn)電壓連接，但模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間的配度較較差。

　　* 一個(gè)單一的外部基準(zhǔn)電壓能給adc大規(guī)模陣列中的每一個(gè)（組），提供的基準(zhǔn)電壓輸入。這種結(jié)構(gòu)允許用戶設(shè)計(jì)一個(gè)隨意精確度的外部基準(zhǔn)，但卻存在由于階梯電阻中的微小變化所產(chǎn)生的誤差(這里每個(gè)adc內(nèi)置只有 —·個(gè)階梯)。

　　* 一個(gè)外部基準(zhǔn)直接驅(qū)動(dòng)adc的基準(zhǔn)電壓階梯抽頭。這種方式由于直接控制供給每個(gè)adc階梯的基準(zhǔn)電壓，因而具有最高的增益精度。 但需要驅(qū)動(dòng)較低的階梯電阻時(shí)，則很多adc不允許接人到內(nèi)部偏置點(diǎn)。

adc基準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)思想

　　要確定adc基準(zhǔn)電壓的設(shè)計(jì)思想首先要了介關(guān)于adc精確度方面的問題在許多應(yīng)用中，增益和噪聲電平是影響adc精度的主要因素。

　　眾所周知，adc的增益是可用傳輸函數(shù)的斜率來表示，該斜率表示模擬輸入時(shí)與所相對(duì)應(yīng)的數(shù)字輸出之間的關(guān)系。目前，一種評(píng)估增益的方法是測(cè)量滿量程(fs)輸入范圍，而它直接受基準(zhǔn)電壓的控制。對(duì)于醫(yī)療超聲成像系統(tǒng)來說，adc滿量程輸入范圍的變化會(huì)導(dǎo)致波束成形誤差，該誤差它還會(huì)改變adc的鉗位點(diǎn)，而鉗位點(diǎn)是影響某些信號(hào)解調(diào)電路的重要因素。

　　adc的噪聲電平確定了可利用的動(dòng)態(tài)范圍，一般情況下應(yīng)該盡量提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍。adc噪聲中的基準(zhǔn)電壓噪聲成分可以是加法性噪聲或乘積性噪聲，利用每個(gè)adc的本地旁路電容可以很容易地濾除加法性噪聲，這種方式已在大多數(shù)設(shè)計(jì)中用來優(yōu)化adc的動(dòng)態(tài)特性。另一方面，乘積性噪聲更為隱蔽。對(duì)于醫(yī)療超聲成像系統(tǒng)應(yīng)用中，音頻段中的基準(zhǔn)電壓噪聲會(huì)調(diào)制射頻段的強(qiáng)“靜止”信號(hào)，這種強(qiáng)“靜止”信號(hào)由超聲目標(biāo)中的靜止組織產(chǎn)生。而音頻調(diào)制在射頻信號(hào)上產(chǎn)生的邊帶均被多普勒探測(cè)器解調(diào)，在檢波后的多普勒輸出信號(hào)中產(chǎn)生出音頻干擾。

　　那如何估算醫(yī)療超聲成像系統(tǒng)應(yīng)用中所允許的音頻噪聲？應(yīng)假定將一個(gè)接近滿量程(fs)的射頻信號(hào)施加到一個(gè)10位adc器件上，如maxl448。該器件的動(dòng)態(tài)范圍(接近60db)預(yù)示-60db fs的噪聲基底，將該噪聲電平折合到1hz帶寬。對(duì)于80mhz的采樣速率，奈奎斯特頻寬為40mhz。修正因子為 ，這使adc的噪聲基底成為-60dbfs-76dbfs=-136db fs。故設(shè)計(jì)要求基準(zhǔn)電壓噪聲至少低出20db(即為-156db fs)，這樣，一個(gè)2.0v的基準(zhǔn)電壓需低至33nvp_p。

　　由此可見，adc精確度主要受adc基準(zhǔn)電壓噪聲影響很大，為此在考慮多adc基準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)方案時(shí)必須有低頻噪聲濾波器和抑制高頻噪聲的措施。

　　應(yīng)該說，多adc陣列(或大規(guī)模的adc 陣列)所需基準(zhǔn)電壓的精度可能高于各個(gè)adc(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)的內(nèi)部基準(zhǔn)(例如，maxl444-max1448的內(nèi)部基準(zhǔn)精度為±1%)。值此介紹的以下兩個(gè)方案電路是適用于大規(guī)模adc 陣列基準(zhǔn)電壓的設(shè)計(jì)。它們都帶有一路公用的低頻噪聲濾波器，并利用各個(gè)adc的本地退耦電容改善高頻噪聲抑制。

多adc系統(tǒng)的基準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)方案

單一外部基準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)電路