超声回波的接收和预处理.ppt

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1、 一、概述一、概述 接收系统的主要作用接收系统的主要作用 （1 1）换能器接收灵敏度范围的控制）换能器接收灵敏度范围的控制 接收阵元接收阵元( (位置位置) )转接转接( (线阵中线阵中) )；接收方向控制；接收方向控制 （相控阵中（相控阵中) )；接收孔径变换；接收聚焦。；接收孔径变换；接收聚焦。 （2 2）回波信号预处理）回波信号预处理 前置放大，前置放大，TGCTGC放大，动态滤波，对数放大，检波，放大，动态滤波，对数放大，检波， 边缘增强等。边缘增强等。第五章第五章超声回波的接收和预处理超声回波的接收和预处理 第一节第一节 超声接收系统概况超声接收系统概况 接收系统的位置及特点接收系统

2、的位置及特点 信号通道的前段信号通道的前段接收系统接收系统模拟处理。模拟处理。 信号通道中后段信号通道中后段数字扫描变换器数字扫描变换器数字处理。数字处理。信号通道：信号经过的从换能器至显示器的所有电路。信号通道：信号经过的从换能器至显示器的所有电路。 接收系统典型结构框图（接收系统典型结构框图（EUB-240EUB-240型线扫式型线扫式B B超）超）（双线箭头（双线箭头多路信号；单线箭头多路信号；单线箭头单路信号）单路信号）二、各部分的简要工作原理二、各部分的简要工作原理 探头探头作用：声电换能。发射接收两用。作用：声电换能。发射接收两用。结构：结构：8080阵元线阵，阵元线阵，二极管开关

3、二极管开关, , 以减少连线和前置放大器。以减少连线和前置放大器。 前置放大器前置放大器作用：放大微弱的接收信号，以利传输，提高信噪比。作用：放大微弱的接收信号，以利传输，提高信噪比。要求：外部干扰小，内部噪声低，灵敏度高，频带宽。要求：外部干扰小，内部噪声低，灵敏度高，频带宽。数量：前置放大器有数量：前置放大器有1616路。路。 接收多路转换开关接收多路转换开关作用：选择作用：选择1616路前置放大器输出中的路前置放大器输出中的1111路路扫查。扫查。并合成为并合成为6 6个信号个信号F0-F5F0-F5。控制：控制：RQA/RQA/RQE/RQE/码。码。 可变孔径电路可变孔径电路作用：实

4、现可变孔径接收。作用：实现可变孔径接收。具体：近距离具体：近距离( (近场近场) )回波，用小孔径接收，波束窄。回波，用小孔径接收，波束窄。 远距离远距离( (远场远场) )回波，用大孔径接收，以利聚焦。回波，用大孔径接收，以利聚焦。方法：随时间逐次开通孔径边缘信号方法：随时间逐次开通孔径边缘信号F2F2、F1F1、F0F0。控制：控制：AP0/AP0/AP2/AP2/信号信号。 相位调整（接收聚焦电路）相位调整（接收聚焦电路）作用：接收灵敏范围的聚焦作用：接收灵敏范围的聚焦。方法：对方法：对F0F0F5F5各信号按二次曲线变化延迟，再相加。各信号按二次曲线变化延迟，再相加。控制：控制：FCN

5、0FCN0FCN2FCN2码，控制延迟变化的二次曲线曲率，码，控制延迟变化的二次曲线曲率， 也即控制聚焦焦距。也即控制聚焦焦距。 增益控制和动态滤波增益控制和动态滤波 （1 1）TGCTGC电路电路时间增益控制技术时间增益控制技术 作用：补偿回波因深度增加而造成的衰减：作用：补偿回波因深度增加而造成的衰减：I=II=I0 0e e-2-2x x 方法：由方法：由TGCTGC控制电压，控制压控放大器的增益，随接控制电压，控制压控放大器的增益，随接 收深度而上升。收深度而上升。 结果：使近区增益适当小，远区增益逐渐增大。结果：使近区增益适当小，远区增益逐渐增大。 （2 2）DFDF动态滤波技术动态

6、滤波技术 作用：滤除近场过强的低频，和深部的高频杂波干扰。作用：滤除近场过强的低频，和深部的高频杂波干扰。 方法：由方法：由DFDF控制电压，控制压控带通滤波器的通带中控制电压，控制压控带通滤波器的通带中 心频率，随接收深度而下降。心频率，随接收深度而下降。 结果：近场滤除低频，提高分辨力；结果：近场滤除低频，提高分辨力； 远场滤除高频，提高信噪比。远场滤除高频，提高信噪比。 对数放大器对数放大器作用：压缩信号的动态范围，适配显像管的动态范围，作用：压缩信号的动态范围，适配显像管的动态范围， 防止有用信息的丢失。防止有用信息的丢失。动态范围：信号动态范围：信号100dB100dB，显像管显像管

7、约约30dB30dB，特点：信号越大，增益越小。特点：信号越大，增益越小。 检波器检波器作用：检出调制信号。射频信号作用：检出调制信号。射频信号视频信号视频信号回波调制：超声振荡受矩形脉冲幅度调制。回波调制：超声振荡受矩形脉冲幅度调制。 勾边电路（边缘增强电路）勾边电路（边缘增强电路）作用：增强视频信号的边缘，突出图像的轮廓，使之作用：增强视频信号的边缘，突出图像的轮廓，使之 便于识别和测量。便于识别和测量。控制：控制：ENHENH信号信号，控制增强效果。控制增强效果。一、基本要求一、基本要求原因：阵元获取信号原因：阵元获取信号10-30V10-30Vp-pp-p，合成电路本身噪音合成电路本身

8、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。路数：线阵路数：线阵B B超，前置放大常为多路，各机型有所差异。超，前置放大常为多路，各机型有所差异。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）与探头馈线匹配良好。）与探头馈线匹配良好。馈线特性阻抗前放输入阻抗。馈线特性阻抗前放输入阻抗。否则：否则： 信号被反射入馈线，信号减弱。信号被反射入馈线，信号减弱。 多重反射，造成图象重影。多重反射，造成图象重影。第二节第二节 前置信号放大前置信号放大

9、（2 2）动态范围大）动态范围大前放动态范围信号动态范围前放动态范围信号动态范围100dB100dB，不丢失有价值的信息。不丢失有价值的信息。（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放大器功率放大倍数放大器功率放大倍数 P P大，则极限灵敏度高，信噪比高。大，则极限灵敏度高，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）噪声系数）噪声系数(F)(F)小小 F F输入端信噪比输入端信噪比/ /输出端信噪比输出端信噪比1 1 理想：理想：F F1 1，即放大

10、器无附加噪声。即放大器无附加噪声。 实际：实际：F F1 1，晶体管、电阻等总有噪声。晶体管、电阻等总有噪声。 F F小，有限噪声灵敏度高，放大器动态范围大。小，有限噪声灵敏度高，放大器动态范围大。二、前置放大器电路二、前置放大器电路1. 1. 前置放大器之一前置放大器之一东芝东芝SALSAL系列线扫系列线扫B B超的前置放大器超的前置放大器特点分析特点分析由三级直接耦合放大器组成。由三级直接耦合放大器组成。A A7 7（17dB17dB） TR20TR20为射随器，使之与延时线负载阻抗匹配。为射随器，使之与延时线负载阻抗匹配。 R R6262引入深度负反馈，展宽频带，提高稳定性。引入深度负反

11、馈，展宽频带，提高稳定性。 D D3333,D,D3434组成双向限幅器，防止大信号阻塞放大器。组成双向限幅器，防止大信号阻塞放大器。 15V15V，5V5V供电，使输出信号动态范围达供电，使输出信号动态范围达15V15V以上。以上。 各级射极直流负反馈，稳定工作点，最小可辨信号小。各级射极直流负反馈，稳定工作点，最小可辨信号小。 L L2020，C C3131，C C3232电源滤波，减小噪声。电源滤波，减小噪声。 C C2525高频补偿，高频补偿，C C1818耦合电容。耦合电容。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-

12、240EUB-240型也用此。型也用此。特点：特点： IC1IC1是大动态、高稳定的集成运算放大器是大动态、高稳定的集成运算放大器H724B01H724B01。 D D1 1，D D1717组成双向限幅器，防止大信号造成放大器阻塞。组成双向限幅器，防止大信号造成放大器阻塞。 L L1 1，R R1 1，C C1 1为高通滤波器。为高通滤波器。 C C1717，C C3333，C C148148，C C149149电源退耦电容。电源退耦电容。 VR1VR1电位器可调节增益，设计增益电位器可调节增益，设计增益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

13、：各阵元信号方法：各阵元信号孔径控制孔径控制聚焦延迟聚焦延迟相加合成。相加合成。 优点：可不对称延迟，进行微角扫查。优点：可不对称延迟，进行微角扫查。 缺点：路数多，设备量大。缺点：路数多，设备量大。 实例：实例：AlokaAloka SSD-256 SSD-256型型B B超仪用之。超仪用之。第三节第三节 超声回波信号的合成超声回波信号的合成 2. 2. 二步合成法二步合成法方法：方法：各阵元信号各阵元信号对称合成对称合成孔径控制孔径控制聚焦延迟聚焦延迟 相加合成。相加合成。条件：具有对称延迟特性（无偏向）。条件：具有对称延迟特性（无偏向）。优点：孔径控制电路、聚焦电路减少一半。优点：孔径控

14、制电路、聚焦电路减少一半。实例：日立实例：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、接收多路转换开关二、接收多路转换开关（1 1）组成）组成ICIC1717ICIC3838：8 8选选1 1转接开关转接开关TRTR2 2TRTR6 6：倒相驱动管。：倒相驱动管。（2 2）信号）信号输入：输入：CHCH1 1CHCH1616：前放输出前放输出, ,输出：输出：F F0 0F F5 5：转接合成输出，转接合成输出，控制：控制：RQA/RQA/RQE/RQE/码码（3 3）功能）功能 从从1616路前置放大器输出中，路前置放大器输出中，每次选通每

15、次选通1111路，并对称合成为路，并对称合成为F F0 0F F5 5的的6 6个信号。个信号。控制码变化，选择通路变化，控制码变化，选择通路变化，实现切换扫查。实现切换扫查。（4 4）电路分析）电路分析转接开关的使能端与转接开关的使能端与RQE,RQDRQE,RQD的连接，简化为图的连接，简化为图5-7.5-7.RQE,RQDRQE,RQD1,01,0或或0,10,1，有输出的芯片编号，如图，有输出的芯片编号，如图5 58 8。前置放大输出的转接合成关系前置放大输出的转接合成关系( (HPHPi i= =CHCHi i) )例如：例如： RQE/RQE/RQA/RQA/0111101111，

16、经，经TR2TR2TR6TR6倒相，为倒相，为1000010000，则，则 F F0 0CH1+CH11, FCH1+CH11, F1 1CH2+CH10, FCH2+CH10, F2 2CH3+CH9,CH3+CH9, F F3 3CH4+CH8, FCH4+CH8, F4 4CH5+CH7, FCH5+CH7, F5 5CH6CH6 RQE/ RQE/RQA/RQA/0111001110，经，经TR2TR2TR6TR6倒相，为倒相，为1000110001，则，则 F F0 0CH2+CH12, FCH2+CH12, F1 1CH3+CH11, FCH3+CH11, F2 2CH4+CH10

17、,CH4+CH10, F F3 3CH5+CH9, FCH5+CH9, F4 4CH6+CH8, FCH6+CH8, F5 5CH7CH7三、可变孔径电路三、可变孔径电路 可变孔径的提出及其实现方法可变孔径的提出及其实现方法（1 1）接收灵敏范围与孔径的关系）接收灵敏范围与孔径的关系根据：发射与接收的互易性；发射超声场的结论。根据：发射与接收的互易性；发射超声场的结论。 非聚焦：非聚焦：近场：孔径越小，灵敏范围越小；近场：孔径越小，灵敏范围越小；远场：孔径越大，灵敏范围扩散角越小。远场：孔径越大，灵敏范围扩散角越小。 聚焦：聚焦： 焦点处直径：焦点处直径： d df f2.44F/D D2.4

18、4F/D D接收孔径接收孔径 即：为使即：为使d df f小，当小，当F F增大时，增大时，D D也应增大。也应增大。（2 2）方法）方法 近场用小孔径，远场用大孔径近场用小孔径，远场用大孔径可变孔径技术。可变孔径技术。（3 3）意义）意义近场、远场灵敏范围近场、远场灵敏范围( (波束波束) )均较窄，横向分辨力好。均较窄，横向分辨力好。 可变孔径电路可变孔径电路（1 1）组成及作用）组成及作用MXICMXIC：模拟调制分离器模拟调制分离器 A=“0”,XX0,A=“0”,XX0, A=“1”,XX1, A=“1”,XX1, X X端端RCRC：低通滤波器；低通滤波器； C C：隔低频，通高频

19、信号；隔低频，通高频信号； L L：隔高频，通低频信号。隔高频，通低频信号。 D D：二极管开关；二极管开关；（2 2）信号）信号 F F0-50-5： 回波信号回波信号( (高频高频) ) AP AP0-20-2：门控信号门控信号( (低频低频) )（3 3）单路工作原理）单路工作原理 因因D D负极经负极经L L，低频接地低频接地 APAP“1”1”：X X-8V-8V，D D截止截止 APAP“0”0”：X X+8V+8V，D D导通导通（4 4）组合工作过程）组合工作过程由于，各阵元接收的回波信号对应为：由于，各阵元接收的回波信号对应为：F0F0F5F5周边中心周边中心因此，切断因此，

20、切断F0F0，F1F1，F2F2等信号进入回波合成电路，等信号进入回波合成电路，使周边阵元接收信号无效，即缩小了接收孔径。使周边阵元接收信号无效，即缩小了接收孔径。（5 5）时间段计算举例）时间段计算举例将探测深度分四段：近场，中场，远场将探测深度分四段：近场，中场，远场，远场，远场。分界距离：分界距离：S S1 120mm20mm，S S2 250mm50mm，S S3 390mm90mm。由式：由式： t tKiKiS Si i /V/VD D2S2Si i/c/c可算得各段时间：可算得各段时间： t tK0K0117s117s，t tK1K165s65s，t tK2K226s26s四、接

21、收相位调整电路（接收聚焦电路）四、接收相位调整电路（接收聚焦电路） 作用作用对各阵元接收的回波信号进行延迟调整（二次曲线对各阵元接收的回波信号进行延迟调整（二次曲线变化），使焦点处回波达到同相位叠加。变化），使焦点处回波达到同相位叠加。 其实质是换能器空间灵敏范围的聚焦。其实质是换能器空间灵敏范围的聚焦。 分段聚焦的类型分段聚焦的类型 非实时分段动态聚焦：非实时分段动态聚焦： 多次发射，多次接收。发射与接收同焦距，每次固定。多次发射，多次接收。发射与接收同焦距，每次固定。 实时分段动态聚焦：实时分段动态聚焦：一次发射，一次接收。发射固定焦距，接收动态焦距。一次发射，一次接收。发射固定焦距，接收

22、动态焦距。 实时分段动态聚焦原理实时分段动态聚焦原理（1 1）简述：以超声探查速度，同步分段地移动焦点。）简述：以超声探查速度，同步分段地移动焦点。（2 2）例）例接收实时接收实时4 4段动态聚焦：段动态聚焦： 若对应距离若对应距离z1,z2,z3z1,z2,z3，回波所需时间为回波所需时间为t1,t2,t3t1,t2,t3。则：则： 回波接收过程：回波接收过程： 0 0t1t1时间：时间： 接收接收0 0z1z1内回波，用内回波，用4 48 8阵元，焦点阵元，焦点N N，波束如波束如()()。 t1t1t2t2时间：时间： 接收接收z1z1z2z2内回波内回波, ,用用3 39 9阵元，焦点

23、阵元，焦点M M，波束如波束如()()。 t2t2t3t3时间：时间： 接收接收z2z2z3z3内回波内回波, ,用用2 21010阵元，焦点阵元，焦点F1F1，波束如波束如()()。 t3t3以后时间：以后时间： 接收接收z3z3以外回波，用以外回波，用1 11111阵元，焦点阵元，焦点F2F2，波束如波束如()()。可见：有效接收范围如图中粗线所围区域，有四个焦点。可见：有效接收范围如图中粗线所围区域，有四个焦点。 接收聚焦电路接收聚焦电路 （EUB-240EUB-240型型B B超所用）超所用）（1 1）电路组成）电路组成 DLDL1 1DLDL5 5：模拟延时线。模拟延时线。 ICIC

24、3939ICIC4343：多路转接开关。多路转接开关。（2 2）信号）信号 输入：接收回波信号输入：接收回波信号F F0 0F F5 5。 输出：合成信号。输出：合成信号。 控制：聚焦码控制：聚焦码FCNFCN0-20-2/ /。（3 3）功能）功能 对各阵元接收回波信号经对各阵元接收回波信号经 二次曲线变化延迟，相加合二次曲线变化延迟，相加合 成为一个信号。成为一个信号。 聚焦码控制二次曲线曲率，聚焦码控制二次曲线曲率， 即焦距。与可变孔径电路，即焦距。与可变孔径电路， 协同完成接收动态聚焦。协同完成接收动态聚焦。（4 4）各控制状态下的延时关系）各控制状态下的延时关系有两种频率有两种频率(

25、3.5MHz(3.5MHz，5MHz)5MHz)，各各4 4个焦点，共个焦点，共8 8个焦点。个焦点。( (书中数值有误书中数值有误) )一、时间增益补偿（一、时间增益补偿（TGCTGC）电路电路 实现时间增益补偿的意义及方法实现时间增益补偿的意义及方法（1 1）补偿的意义）补偿的意义 由于超声波随传播距离（时间）的衰减，使相同反由于超声波随传播距离（时间）的衰减，使相同反射系数的界面近距离反射强，远距离反射弱，若不给射系数的界面近距离反射强，远距离反射弱，若不给予补偿，则图像将随深度（时间）而逐渐变暗。予补偿，则图像将随深度（时间）而逐渐变暗。 时间增益补偿：控制放大器增益随探测深度（时间）

26、时间增益补偿：控制放大器增益随探测深度（时间）的增加而加大，以补偿超声随传播距离的衰减。的增加而加大，以补偿超声随传播距离的衰减。（2 2）各种名称）各种名称时间增益补偿时间增益补偿 (Time Gain CompensationTGC)(Time Gain CompensationTGC)深度增益补偿深度增益补偿 (Depth Gain CompensationDGC)(Depth Gain CompensationDGC)灵敏度时间控制灵敏度时间控制(Sensitivity Time ControlSTC)(Sensitivity Time ControlSTC)第四节第四节 预处理电路预

27、处理电路 （3 3）补偿原理）补偿原理 声传播强度与时间声传播强度与时间( (距离距离) )的关系：的关系： I II I0 0e e-2-2x xI I0 0e e-2-2ct ct 时间负指数关系。时间负指数关系。 声声- -电转换、前置放大等电转换、前置放大等时间线性关系。时间线性关系。 经声经声- -电转换、前置放大等处理，回波信号仍是：电转换、前置放大等处理，回波信号仍是： 时间负指数关系。时间负指数关系。 可用时间正指数放大补偿。可用时间正指数放大补偿。（4 4）实际情况及措施）实际情况及措施 上述分析忽略了多种因素，仅为大致的补偿关系。上述分析忽略了多种因素，仅为大致的补偿关系。

28、.实际情况的复杂性实际情况的复杂性 受超声工作频率的影响受超声工作频率的影响 ff，ff，频率高，衰减快。频率高，衰减快。 多重界面反射的影响多重界面反射的影响 实际常有多重界面，回波穿过界面越多，强度越弱。实际常有多重界面，回波穿过界面越多，强度越弱。 临床诊断感兴趣深度的不同临床诊断感兴趣深度的不同 临床对同一患者不同部位，或同一部位不同患者，临床对同一患者不同部位，或同一部位不同患者， 成像时关注深度往往有所不同。成像时关注深度往往有所不同。.对策对策 TGCTGC控制波形控制波形指数波形指数波形( (可变速率可变速率) )修正波形修正波形操作者可调节：指数波形速率，修正波形形状操作者可

29、调节：指数波形速率，修正波形形状根据实际情况，通过面板按钮、电位器操作。根据实际情况，通过面板按钮、电位器操作。TGCGainDynamic RangeFocusDepth（5 5）电路框图）电路框图 TGCTGC电压发生器电压发生器 产生一个随接收时间（深度）而变的产生一个随接收时间（深度）而变的TGCTGC控制电压，控制电压， 用以控制可变增益放大器的增益变化。用以控制可变增益放大器的增益变化。 操作者由面板输入调节量，可调整操作者由面板输入调节量，可调整TGCTGC电压的波形，电压的波形， 实现临床干预实现临床干预TGCTGC过程。过程。 可变增益放大器可变增益放大器 在在TGCTGC电

30、压控制下，放大器增益可变，对不同时间电压控制下，放大器增益可变，对不同时间 （深度）的回波信号有不同的放大量。（深度）的回波信号有不同的放大量。 TGCTGC电压产生电路电压产生电路 通常：通常：TGCTGC电压波形指数电压波形可调电压波形电压波形指数电压波形可调电压波形（1 1）可调电压波形受调节的型式：）可调电压波形受调节的型式： 斜率控制型斜率控制型 可调电压的大致形状不变，但参数可由面板调节。可调电压的大致形状不变，但参数可由面板调节。 其中增益其中增益“台柱台柱”用来增强特定深度的回波。用来增强特定深度的回波。 距离增量控制型距离增量控制型整个探测深度分成整个探测深度分成n n段段(

31、 (如如n=8)n=8)，每段一个控制点，每段一个控制点， 由面板上的滑杆电位器调节。调节值连线，即是可由面板上的滑杆电位器调节。调节值连线，即是可 调电压波形。见书调电压波形。见书P277P277。（2） TGCTGC电压产生电路电压产生电路 有多种型式。数字合成式函数发生器适用性强，目前较多。有多种型式。数字合成式函数发生器适用性强，目前较多。 基本原理基本原理 ROMROM中存中存TGCTGC电压函数值，在回波接收过程中：电压函数值，在回波接收过程中： 逐一读出函数值逐一读出函数值D/AD/A各点电压连接各点电压连接TGCTGC电压波形电压波形 函数值寻址地址函数值寻址地址A0A0A9A

32、9，由加法计数器计数产生。由加法计数器计数产生。 TGCTGC波形的改变调整手段波形的改变调整手段a)a)制造时预先设计在制造时预先设计在ROMROM中中 在在ROMROM的不同区域，预先存入不同的波形函数值，的不同区域，预先存入不同的波形函数值， 工作时根据情况选择。有八种工作时根据情况选择。有八种TGCTGC曲线供选择。曲线供选择。 A A1212FCNFCN2 20 0（3.5MHz3.5MHz探头），探头）， 1 1（5MHz5MHz探头）探头） A A1111ZOOMZOOM0 0（电子放大率电子放大率1 1），），1 1（电子放大率（电子放大率2 2） A A1010FAR FAR

33、 0 0（近程），近程）， 1 1（远程）（远程）b)b)操作时随机调节操作时随机调节 调节附加在调节附加在ROMROM中读出的固定函数曲线之上。中读出的固定函数曲线之上。 调节输入：操作者调节输入：操作者面板（滑杆电位器）面板（滑杆电位器） 仪器产生：修正数据仪器产生：修正数据GAINGAIN0-70-7, , 修正方法：修正方法：TGCTGC波形波形ROMROM数据修正数据数据修正数据GAINGAIN0-70-7 波形波形可调可调 增益控制电路（可变增益放大器）增益控制电路（可变增益放大器）（1 1）控制放大器增益的方法）控制放大器增益的方法 改变放大器的偏置改变放大器的偏置 右图因晶体管

34、右图因晶体管( (一定范围内一定范围内) )： IIb b从而：从而： TGCTGC电压电压I Ib bAA 改变放大器的反馈改变放大器的反馈 右图由于晶体管：右图由于晶体管： R Rcece1/I1/Ib b 而：而：A AR Rcece/R/R， 从而：从而： TGCTGC电压电压I Ib bRRceceAA R 串入电控衰减器串入电控衰减器右图电路的总增益为：右图电路的总增益为： A AG G1 1 G G2 2其中：其中： G G1 111放大器放大器 G G2 211衰减器。衰减器。若若TGCTGC电压控制下，电压控制下，G G2 2可变，可变，即能起即能起TGCTGC作用。作用。a

35、)a)衰减器基本结构衰减器基本结构( (右图右图) ) U Uo o(R(R2 2/(R/(R1 1+R+R2 2)U)Ui i G GU Uo o/U/Ui i R R2 2/(R/(R1 1+R+R2 2) ) 1 1b)b)电控变阻元件电控变阻元件 )二极管二极管 I II Is s(e(eVq/KTVq/KT-1)-1) 其中：其中： I Is s反向饱和电流，反向饱和电流， KK波尔兹曼常数波尔兹曼常数 qq电子的电荷量，电子的电荷量， TT绝对温度绝对温度 V V(KT/(KT/q)ln(I+Iq)ln(I+Is s) ) R RD DdV/dIdV/dI (KT/q)/(I+I(

36、KT/q)/(I+Is s) ) (KT/q)/I (II (KT/q)/I (IIs s) ) R RD D1/I1/I)晶体管晶体管 R Rcece1/I1/Ib b ) )场效应管场效应管 R RDSDS1/V1/VGSGSc)c)电控衰减器举例电控衰减器举例以上：以上：(a)(a)串联二极管型，串联二极管型，(b)(b)并联二极管型，并联二极管型，(c)(c)并联场效应管型并联场效应管型说明：说明：由于：回波信号由于：回波信号高频，高频， 控制信号控制信号低频低频利用：利用：LL隔高频通低频、隔高频通低频、CC隔低频通高频，隔低频通高频，可防止：回波信号控制信号可防止：回波信号控制信号

37、相互干扰。相互干扰。（2 2）可变增益放大器实例）可变增益放大器实例 TR19TR19第一级放大第一级放大 TR20TR20，TR21TR21具正向压控增益特性的双栅极场效应管放大器。具正向压控增益特性的双栅极场效应管放大器。 控制控制G1G1、G2G2电位可控制场效应管的跨导，从而改变放大器增益。电位可控制场效应管的跨导，从而改变放大器增益。 VR17VR17调节调节G1G1电位电位静态增益调节。静态增益调节。 TGCTGC电压控制电压控制G2G2电位电位TGCTGC控制。控制。 TR22TR22，TR23TR23为为射极跟随器。射极跟随器。 TGCTGC作用下的场效应管特性曲线作用下的场效

38、应管特性曲线TGC控制电压控制电压工作点工作点Q沿沿IDVG曲线曲线斜率斜率增益增益如：近场如：近场(t1t2)，回波强回波强(Vi1，Vi2)，但增益小，信号压缩。但增益小，信号压缩。 远场远场(t3t4)，回波弱回波弱(Vi3，Vi4)，但增益大，信号放大。但增益大，信号放大。二、动态滤波（二、动态滤波（Dynamic FilterDynamic Filter：DFDF）电路电路 动态滤波的意义动态滤波的意义 （1 1）原因）原因 超声传播时：超声传播时： I=II=I0 0e e- -22x x, =f, =f 所以所以：高频高频快，低频快，低频慢，慢， 造成：探测距离造成：探测距离信号

39、信号f f0 0(f(f0 0 频谱中心频率频谱中心频率) ) （2 2）接收频带范围固定的不利）接收频带范围固定的不利 接收电路接收电路f f0 0信号信号f f0 0高频损失高频损失分辨力分辨力 接收电路接收电路f f0 0信号信号f f0 0噪声增加噪声增加信噪比信噪比 （3 3）动态滤波的过程和意义）动态滤波的过程和意义 随探测距离随探测距离接收电路的接收电路的f f0 0， 近区：选通高频，抑制低频近区：选通高频，抑制低频分辨力分辨力； 远区：选通低频，抑制高频远区：选通低频，抑制高频信噪比信噪比。 动态滤波动态滤波(DF)(DF)电路电路 动态滤波动态滤波，也就是通频带可变的带通也

40、就是通频带可变的带通滤波器。滤波器。（1 1）电路结构及特性）电路结构及特性 如图：如图：D Dc c为变容二极管，为变容二极管，L L、C C1 1、D Dc c构构成成LCLC并联回路。并联回路。 当信号频率当信号频率f f等于回路谐振频率等于回路谐振频率f f0 0时，时，回路阻抗回路阻抗Z Z0 0最大。最大。 此时电路（可看成此时电路（可看成R R与与Z Z0 0构成的衰减器）构成的衰减器）对信号的衰减最小，输出对信号的衰减最小，输出U Uo o最大。当最大。当ffff0 0时，输出时，输出U Uo o减小。减小。 f f0 0 也称为滤波器通带中心频率。也称为滤波器通带中心频率。（

41、2 2）DFDF工作过程工作过程由于变容二极管的反偏结电容由于变容二极管的反偏结电容C CD D电压特性：电压特性： ECECD D所以在回波信号接收过程中：所以在回波信号接收过程中：DDFDDF电压电压C CD DC=CC=C1 1C CD D/(C/(C1 1+C+CD D)滤波器滤波器f f0 0EDc（3）动态滤波电路实例动态滤波电路实例如图为如图为EUB-27EUB-27所用带通滤波器。所用带通滤波器。V V1 1、V V2 2变容二极管变容二极管 并联目的：增大电容变化量并联目的：增大电容变化量增大频率控制范围。增大频率控制范围。 反偏结电容变化范围：反偏结电容变化范围：30PF(

42、9V)30PF(9V)400PF(1V)400PF(1V) L L、C C1 1和和V V1 1、V V2 2组成组成LCLC选频网络。选频网络。 DFDF电压发生器电压发生器（1 1）DFDF电压的取值范围和变化规律电压的取值范围和变化规律 由以下因素确定由以下因素确定 变容二极管的变容特性。变容二极管的变容特性。 被探测介质（人体）对超声衰减的频率特性。被探测介质（人体）对超声衰减的频率特性。 探头工作频率（频谱中最强分量频率）的变化。探头工作频率（频谱中最强分量频率）的变化。 观察视野的移动。观察视野的移动。 图像电子放大与否。图像电子放大与否。 可见，后三种因素是不确定的，由操作者决定

43、。可见，后三种因素是不确定的，由操作者决定。 故故DFDF电压也应是可变的，由操作者临时确定。电压也应是可变的，由操作者临时确定。（2 2）DFDF电压发生器电路形式电压发生器电路形式 可有多种形式，由于波形的可变性，在微机化可有多种形式，由于波形的可变性，在微机化B B超超 中，用数字函数发生器获取中，用数字函数发生器获取DFDF函数电压比较方便。函数电压比较方便。（3）DFDF电压发生器实例电压发生器实例(EUB-240B(EUB-240B超超用用) ) 电路组成电路组成 ICIC4242：驱动器，驱动器，74HC24474HC244。 ICIC4444：D/AD/A转换器。转换器。DAC

44、-08CNDAC-08CN。 ICIC4646：流压变换器，流压变换器，TL081TL081，有滤波回路。有滤波回路。 R R150150、L L2 2、C C156156：低通滤波器，平滑输出波形。低通滤波器，平滑输出波形。 工作过程工作过程 CPUCPU以一定速率送出数据以一定速率送出数据DDFDDF0-40-4(5(5位位) )，经驱动器后，经驱动器后， 由由D/AD/A转换成模拟电流输出，再流压变换成电压。转换成模拟电流输出，再流压变换成电压。 各数据电压相连，经滤波光滑，形成各数据电压相连，经滤波光滑，形成DFDF电压波形。电压波形。 CPUCPU送出不同数据可得不同波形。送出不同数

45、据可得不同波形。 波形图波形图 接收期，接收期，DFDF电压以近似指数规律下降。周期性变化。电压以近似指数规律下降。周期性变化。 TGCTGC和和DFDF综合实例（综合实例（EUB-240EUB-240中用）中用）动态滤波电路设置在两个虚线框内。动态滤波电路设置在两个虚线框内。L L2020、C C212212、C C136136和变容二极管和变容二极管D D3737、D D3838组成选频槽路。组成选频槽路。L L2121、C C213213、C C150150和变容二极管和变容二极管D D3939、D D4040组成选频槽路。组成选频槽路。三、对数放大器三、对数放大器 1. 1. 对数放大

46、的意义对数放大的意义（1 1）原因）原因回波信号回波信号动态范围动态范围： L LD D100 dB100 dB 显像亮度显像亮度动态范围动态范围： L LD D202030dB30dB 若直接显示：若直接显示： 强信号图像一片模糊强信号图像一片模糊 弱信号图像星星点点弱信号图像星星点点 如同胶片曝光太过和曝光不足。如同胶片曝光太过和曝光不足。 需要压缩信号动态范围：需要压缩信号动态范围： 100dB20100dB2030dB30dB 同时，并不丢失亮度信息。同时，并不丢失亮度信息。 对数放大器能起到这样的作用。对数放大器能起到这样的作用。信息淹没、丢失信息淹没、丢失（）对数放大器的特性（）对

47、数放大器的特性 输入、输出关系输入、输出关系 u uo oK K1 1lg(Klg(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对数偏差。对数偏差。 输入、输出关系曲线输入、输出关系曲线 均匀座标系中：斜率递减、数值递增曲线。均匀座标系中：斜率递减、数值递增曲线。 输入对数座标输出均匀座标系中：递增直线。输入对数座标输出均匀座标系中：递增直线。 对数放大器参数的外部调整原理对数放大器参数的外部调整原理对于对数放大器：对于对数放大器： VoK1lg(K2Vi)经如

48、上前后线性放大后，输入输出关系：经如上前后线性放大后，输入输出关系： uoG2K1lg(K2G1ui)其中：其中：G1，G2线性放大器增益线性放大器增益令：令： K1G2K1 K2G1K2则：则： uoK1lg(K2ui)故可：改变故可：改变G1、G2改变改变K1、K2Vo=K1lg(K2Vi)G1G2uiuoG1uiK1lg(K2G1ui)G2K1lg(K2G1ui) 小信号放大特性的修正小信号放大特性的修正 当当u ui i0 0时：时： u uo oK K1 1lg(Klg(K2 2u ui i) )- - 不可实现不可实现 实际的对数放大器，小信号时：实际的对数放大器，小信号时： u

49、u0 0K K3 3u ui i 线性放大线性放大 动态范围压缩特性动态范围压缩特性 当线性当线性- -对数放大特性平滑过渡时，可推得：对数放大特性平滑过渡时，可推得： L LDoDo1+lnL1+lnLDiDi 其中：其中：L LDiDiu uimaximax/u/uiminimin 输入信号动态范围输入信号动态范围 L LDoDou uomaxomax/u/uominomin 输出信号动态范围输出信号动态范围 一般：一般：L LDiDi1 1， 右图可见：右图可见： L LDoDoL LDiDi 即：可即：可压缩信号压缩信号 的动态范围。的动态范围。L LDoDo1+lnL1+lnLDiD

50、iL LDoDoL LDiDi110L LDoDoL LDiDi2 2. . 对数放大和对数放大和TGCTGC放大的比较和关系放大的比较和关系（）动态压缩比较（）动态压缩比较 TGCTGC放大放大 浅部信号浅部信号( (含含U Umaxmax) )增益小：增益小：U UOmaxOmaxA A1 1U Uimax imax ，A A1 1小小 深部信号深部信号( (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 Uimini

51、minU Uimaximax/U/Uiminimin 也有压缩信号动态范围的作用。也有压缩信号动态范围的作用。 但中间信号并不按比例压缩。但中间信号并不按比例压缩。 总动态范围压缩。总动态范围压缩。 对数放大对数放大 增益只与增益只与U Ui i有关，与时间无关。有关，与时间无关。 信号全部按一定规律压缩。信号全部按一定规律压缩。 瞬时动态范围和总动态范围全面压缩。瞬时动态范围和总动态范围全面压缩。（）位置安排的影响（）位置安排的影响 先先TGCTGC放大，再对数放大放大，再对数放大 TGCTGC放大压缩信号动态范围：放大压缩信号动态范围：100dB60dB100dB60dB 要求对数放大器：

52、要求对数放大器：L LDiDi60dB60dB，电路可简化。电路可简化。 先对数放大，再先对数放大，再TGCTGC放大放大 要求对数放大器：要求对数放大器：L LDiDi100dB100dB。 输入信号伴有随传播距离输入信号伴有随传播距离( (时间时间) )的指数衰减：的指数衰减： I II I0 0e e-2-2x x I I0 0e e-2-2ctct 经线性声经线性声- -电变换和放大得：电变换和放大得： V VV V0 0e e-2-2ctct时间指数衰减时间指数衰减 经对数放大：经对数放大： U UK K1 1lg(Klg(K2 2V V0 0e e-2-2ctct) ) K K1

53、1lg(Klg(K2 2V V0 0)-2K)-2K1 1ctlgectlge时间线性衰减时间线性衰减 这使这使TGCTGC简化简化线性补偿，线性补偿，TGCTGC电压产生电路简化。电压产生电路简化。3 3. . 基本对数放大器电路原理基本对数放大器电路原理（）二极管特性（）二极管特性 I II Is s(e(eVq/KTVq/KT-1)-1) 室温下（室温下（2020），），KT/q26mVKT/q26mV 当当V VKT/qKT/q时，可有：时，可有： IIIIs se eVqVq/KT/KT 或：或：V(KT/V(KT/q)ln(Iq)ln(I/I/Is s) )（）基本对数放大器（）基

54、本对数放大器( (如图如图) ) I IU Ui i/R/RI ID D U UO O-V-VD D -(KT/-(KT/q)ln(Iq)ln(I/I/Is s) ) -(KT/-(KT/q)ln(Uq)ln(Ui i/I/Is sR R) ) 但是，二极管对数工作的动态范围很窄，但是，二极管对数工作的动态范围很窄， 温度稳定性，频率稳定性，也不理想。温度稳定性，频率稳定性，也不理想。4 4. . 宽输入动态范围对数放大器的结构宽输入动态范围对数放大器的结构（一）概述（一）概述 （）特性要求（）特性要求 作用：压缩宽广的信号动态范围作用：压缩宽广的信号动态范围 要求：有宽广的输入动态范围。要求

55、：有宽广的输入动态范围。 （）名称及含义（）名称及含义 名称：似对数放大器名称：似对数放大器 含义：以多段直线或曲线相加含义：以多段直线或曲线相加近似对数函数。近似对数函数。 它与真正的对数放大之间有一定误差。它与真正的对数放大之间有一定误差。 （）结构和类型（）结构和类型 以多级限幅放大器构成：以多级限幅放大器构成： 线性限幅放大器线性限幅放大器 串联相加串联相加 非线性限幅放大器非线性限幅放大器 并联相加并联相加（二）串联相加型对数放大器（二）串联相加型对数放大器（）单级限幅放大器特性（）单级限幅放大器特性 图中：图中：L L1 1，L L2 2，L LN N限幅放大器，特性相同。限幅放大

56、器，特性相同。 若放大区为线性，则可写为：若放大区为线性，则可写为： 0 0 ， V Vi i0 0 截止区截止区 V Vo o KVKVi i ， 0V0Vi iV VT T 线性放大区线性放大区 V Vm m ， V Vi iVVT T 限幅区限幅区 其中：其中：K K1 1（放大），放大），V Vm mKVKVT T（）电路总体（）电路总体输入输出关系输入输出关系 分析分析 K K1 1，故限幅放大器放大区有：故限幅放大器放大区有： V Vo oV Vi i 则当信号很小，各级限幅放大器都在放大区时则当信号很小，各级限幅放大器都在放大区时： V VopopV Vipip， P P1,2,

57、3,N1,2,3,N 当信号由小变大时，总是最后一级先进入限幅区，当信号由小变大时，总是最后一级先进入限幅区， 并向前依次逐级进入限幅区。并向前依次逐级进入限幅区。 每增加一级限幅，每增加一级限幅，u uo o的增益减小的增益减小K KN-PN-P，数值增加数值增加V Vm m。 电路总体电路总体输入输出关系式输入输出关系式 电路总体电路总体输入输出关系曲线输入输出关系曲线上式表明：上式表明： 此放大器输入输出关系呈多段折线。此放大器输入输出关系呈多段折线。 输入信号越大，对应直线斜率越小。（如图）输入信号越大，对应直线斜率越小。（如图）（）误差分析（）误差分析 分析此函数与标准对数函数间的误

58、差。分析此函数与标准对数函数间的误差。 标准对数函数的特征标准对数函数的特征 对于对数函数对于对数函数: u uo oK K1 1lg(Klg(K2 2u ui i) ) 如输入一组公比为如输入一组公比为R的等比量：的等比量： u uiPiPu uiP-1iP-1R R， P P1,2N1,2N 则输出：则输出： 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/uiP-1iP-1) ) K K1 1lgRlgR 为一组公差为为一组公差为K K1 1

59、lgRlgR的等差量。的等差量。 与标准与标准对数函数之间的误差对数函数之间的误差令令函数折线各拐点对应的输入和输出为：函数折线各拐点对应的输入和输出为： u uipip, , u uopop, P, P1,2N1,2N则：则：等比量等比量当时，曲线各拐点在对数曲线上。当时，曲线各拐点在对数曲线上。（三）并联相加型对数放大器（三）并联相加型对数放大器（）框图（）框图 图中：图中： A A1 1,A,A2 2,A,AN NNN个线性放大器。个线性放大器。 L L1 1,L,L2 2,L,LN NNN个限幅放大器，特性相同。个限幅放大器，特性相同。 为加法器。为加法器。 （）单级限幅及线性放大器特

60、性（）单级限幅及线性放大器特性 限幅放大器限幅放大器假定放大区为线性，可有：假定放大区为线性，可有： 0 , V0 , Vi iV Vs s 截止区截止区 V Vo o KVKVi i-, V, Vs sVVi iV VT T 线性放大区线性放大区 V Vm m , V , Vi iVVT T 限幅区限幅区 其中：其中：KVKVs s， V Vm mKVKVT T- 线性区动态范围为：线性区动态范围为： l lDiDi20lg(V20lg(VT T/V/VS S) ) 线性放大器线性放大器 放大倍数均为放大倍数均为A A， A AV VT T/V/VS S 即：即： 20lgA20lgA20l

61、g(V20lg(VT T/V/VS S) )l lDiDi（）电路总的输入输出关系（）电路总的输入输出关系 分析分析 A AV VT T/V/Vs s1 1 AuAui iA A2 2u ui i A AN-N-P Pu ui i A AN Nu ui i当当任一级输入：任一级输入：A AN-N-P Pu ui iVsVs， 刚进放大区时，刚进放大区时，其后一级输入：其后一级输入：A AN-P+1N-P+1u ui iAVAVs sV VT T，刚刚进限幅区。进限幅区。即：相邻两极同时进行状态变化即：相邻两极同时进行状态变化类似接力。类似接力。故任一时刻仅一级放大，其前均截止，其后均限幅。故任

62、一时刻仅一级放大，其前均截止，其后均限幅。 若有若有P级限幅，则级限幅，则uo的增益下降的增益下降A AP P倍，数值增加倍，数值增加PVPVm m。 电路总的输入输出关系式电路总的输入输出关系式 P=0,1,2,N-1P=0,1,2,N-1 电路总的输入输出关系曲线电路总的输入输出关系曲线上式表明：上式表明： 此输入输出关系曲线也是多段折线。此输入输出关系曲线也是多段折线。 输入越大，对应折线斜率越小，放大器增益越小。输入越大，对应折线斜率越小，放大器增益越小。uoui0ui1ui2ui3ui4ui5uo1= = V Vm muo0= 0= 0ui A=2N=5N=4N=3N=2N=1V V

63、T T/A/AVs/AVs/AV Vs s/A/A2 2VVs s/A/A3 3uo2=2V=2Vm muo3=3V=3Vm muo4=4V=4Vm muo5=5V=5Vm m（）误差分析（）误差分析分析此函数与标准对数函数间的误差。分析此函数与标准对数函数间的误差。令函数折线各拐点对应的输入和输出为：令函数折线各拐点对应的输入和输出为： u uipip, , u uopop, P, P0,1,2N 0,1,2N （如上图）如上图）折线各拐点完全符合对数关系，误差为零。折线各拐点完全符合对数关系，误差为零。 若拐点之间以对数曲线连接，将非常理想。若拐点之间以对数曲线连接，将非常理想。（）对数放

64、大输入动态范围（）对数放大输入动态范围 以上，对数放大有效范围在以上，对数放大有效范围在V Vs s/A/AN NV VT T/A/A之间。之间。 为单个限幅放大器动态范围的为单个限幅放大器动态范围的N N倍倍动态范围扩大。动态范围扩大。 这是以减小这是以减小u uiminimin，向小信号方向扩展（用放大器）。向小信号方向扩展（用放大器）。 也可以扩大也可以扩大u uimaximax，向，向大信号方向扩展（用衰减器），大信号方向扩展（用衰减器）， 或双向扩展。如图：或双向扩展。如图： 多级相加动态范围扩展图例：多级相加动态范围扩展图例：L5L4L2L1uo5V5Vm m4V4Vm m3V3V

65、m m2V2Vm m1V1Vm m0 0uiL35. 5. 集成对数放大器集成对数放大器TL441TL441现代现代B B超通常采用集成对数放大器，超通常采用集成对数放大器，TL441TL441应用最普遍。应用最普遍。产品公司：产品公司： 美国德克萨斯仪器公司（美国德克萨斯仪器公司（Texas Instrument IncTexas Instrument Inc）（）（）TL441TL441的内部电路图的内部电路图 （）电路分析（）电路分析如图为一半电路。如图为一半电路。 组成组成 T T1 1-T-T2 2；T T3 3-T-T4 4； T T5 5-T-T6 6；T T7 7-T-T8 8

66、： 四级差分放大器。四级差分放大器。 T T1111,T,T1212,T,T1313,T,T1414： 射极恒流源负载。射极恒流源负载。 T T9 9,T,T1010： 差分输出级。差分输出级。 电阻：电阻： R R1 1590 590 R R2 22.73 K 2.73 K R R3 3590 590 R R4 4147 K147 K 单级差分放大器工作原理单级差分放大器工作原理假设：假设：I Is1s1I Is2s2 管子对称管子对称， u ui iV Vb1b1-V-Vb2b2V Vbe1be1-V-Vbe2be2 则：则：或：或：其中：其中：再令：射极恒流源电流为再令：射极恒流源电流为

67、I Ik k，则：则：Ic1Ic2Vb1Vb2Ie1Ie2IkI IC1C1-I-IC2C2与与u ui i关系的归一化曲线：关系的归一化曲线： （取：（取：KT/qKT/q26mV26mV）特点：非线性限幅函数。特点：非线性限幅函数。分区：对数区：分区：对数区：u ui i13mV13mV75mV75mV（15dB15dB）。）。 ( (在对数在对数- -线性座标系中，曲线线性段线性座标系中，曲线线性段) ) 线性区：线性区：u ui i-40dB. -40dB. 限幅区：限幅区：u ui i-20dB.-20dB. 级联关系级联关系.输入级联输入级联 T T1 1-T-T2 2与与T T3

68、 3-T-T4 4： R R2 2,R,R3 3衰减量为：衰减量为： .输出级联输出级联 u uo oV VY+Y+-V-VY-Y- (V(V+ +-I-Ic9c9R R9 9)-(V)-(V+ +-I-Ic10c10R R1010) ) (I(Ic10c10-I-Ic9c9)R)R (I(Ie10e10-I-Ie9e9)R)R (I(Ic1c1+I+Ic3c3+I+Ic5c5+I+Ic7c7)-(I)-(Ic2c2+I+Ic4c4+I+Ic6c6+I+Ic8c8)R)R (I(Ic1c1-I-Ic2c2)+(I)+(Ic3c3-I-Ic4c4)+(I)+(Ic5c5-I-Ic6c6)+(I)

69、+(Ic7c7-I-Ic8c8)R)R T T9 9,T,T1010：流压变换，合成差分电压输出流压变换，合成差分电压输出 总体框图总体框图每级对数动态范围每级对数动态范围15dB15dB，级间衰减级间衰减-15dB-15dB，两级组合对数放大输入动态范围：两级组合对数放大输入动态范围： L LDiDi30dB30dB。 非线性限幅并联相加型对数放大器非线性限幅并联相加型对数放大器CA2,CA2,CB2,CB2CA2,CA2,CB2,CB2：对数线性度调节对数线性度调节，以利匹配。以利匹配。6. 6. 集成对数放大器集成对数放大器TL441TL441在在B B超中的应用超中的应用（）一个实用对

70、数放大器的方框图（）一个实用对数放大器的方框图 非线性限幅并联相加型对数放大器非线性限幅并联相加型对数放大器 对数放大输入动态范围：对数放大输入动态范围：L LDiDi430dB430dB120dB120dB（2 2）EUB-240EUB-240型型B B超用对数放大器超用对数放大器TL441TL441小动态应用实例小动态应用实例 适用：先适用：先TGCTGC，后对数后对数 要求：要求： ICIC线性增益线性增益30dB30dB 输入动态范围输入动态范围: : 理论：理论：L LDiDi23023060dB60dB 实际：实际：L LDiDi50dB50dB 因对数放大动态范围因对数放大动态范

71、围 之外有过度区，与前述之外有过度区，与前述 的理论分析之间产生误的理论分析之间产生误 差。差。 输出动态范围：输出动态范围： L LDoDo27dB27dB 电路输入输出关系曲线电路输入输出关系曲线对数放大输入动态范围限制因素：对数放大输入动态范围限制因素： 下限：主要受噪声电平和线性下限：主要受噪声电平和线性- -对数过渡点限制。对数过渡点限制。 上限：主要受限幅电平限制。上限：主要受限幅电平限制。三、检波电路三、检波电路1. 1. 概述概述 检波定义：振幅调制波的解调检波定义：振幅调制波的解调信号包络检波。信号包络检波。 信号包络含信息信号包络含信息 包络大小包络大小界面反射的强弱，界面

72、反射的强弱， 包络时间包络时间反射界面的距离。反射界面的距离。 信号称谓信号称谓 检波前检波前射频信号；检波后射频信号；检波后视频信号。视频信号。 检波方框图检波方框图 非线性器件：二极管、三极管、集成运算放大器。非线性器件：二极管、三极管、集成运算放大器。 检波类型检波类型 a)a)峰值包络检波：输出反馈到二极管两端。二极管。峰值包络检波：输出反馈到二极管两端。二极管。 b)b)平均包络检波：输入与输出隔离。三极管、运放。平均包络检波：输入与输出隔离。三极管、运放。2. 2. 二极管峰值包络检波电路二极管峰值包络检波电路（）基本型（）基本型 原理原理当当U Ui iU Uc c时，时，D D

73、导通，导通，C C充电。充电。R RD DC C，小，充电快。小，充电快。当当U Ui iU Uc c时，时，D D截止，截止，C C放电。放电。RCRC， 大，放电慢。大，放电慢。形成形成U Ui i的峰值包络输出。的峰值包络输出。 要求要求RCRC选值恰当。选值恰当。太小：放电太快，不能检出包络太小：放电太快，不能检出包络失效失效。太大：放电太慢，包络拖尾太大：放电太慢，包络拖尾惰性失真。惰性失真。 因超声调制与载波信号频率接近，使因超声调制与载波信号频率接近，使R R、C C选择困难。选择困难。充电充电放电放电（）二极管全波峰值包络检波（）二极管全波峰值包络检波 原理原理 差分输入，正半

74、周差分输入，正半周D1D1检波，负半周检波，负半周D2D2检波。检波。 优点优点 a.a.电容充电时间增加一倍，放电时间不足一半。电容充电时间增加一倍，放电时间不足一半。 元件参数更易选取。元件参数更易选取。 b.b.高频纹波是载频的两倍，更易滤除。高频纹波是载频的两倍，更易滤除。 c.c.传输系数提高，并可偏置调节，此可进行传输系数提高，并可偏置调节，此可进行TGCTGC控制。控制。3. EUB-2403. EUB-240检波电路检波电路 组成组成ICIC4646：差动放大器差动放大器 ICIC4747：低通滤波器低通滤波器 D D4141,D,D4242： 检波二极管检波二极管C C165

75、165,C,C166166： 耦合电容耦合电容 R R8787：检波负载电阻检波负载电阻 D D4343：偏置二极管，偏置二极管， 克服检波管死区克服检波管死区L L2323,L,L2424： 偏置引入电感偏置引入电感, , 通低频阻高频。通低频阻高频。 工作原理工作原理等效电路见图等效电路见图(b)(b) 差动放大器输出差动信号差动放大器输出差动信号a.a.正半周：正半周： 输出输出R R8787DD4242CC166166。b.b.负半周：负半周： 输出输出R R8787DD4141CC165165。 全波整流全波整流 R R8787上，得负向整流电压。上，得负向整流电压。 经经ICIC4

76、747低通滤波后，检出低通滤波后，检出 信号平均值信号平均值平均包络。平均包络。各点波形见图各点波形见图(c)(c)。四、边缘增强电路四、边缘增强电路 原理原理（）名称（）名称 边缘增强，勾边，或称：边缘增强，勾边，或称： 快时间常数（快时间常数（Fast Time ConstantFTCFast Time ConstantFTC）处理。处理。（）处理对象和目的（）处理对象和目的 对象：视频信号。对象：视频信号。 目的：锐化图像，增强图像轮廓。以利识别、测量。目的：锐化图像，增强图像轮廓。以利识别、测量。（）基本原理（）基本原理 对信号频谱：增强高频成分，减弱低频成分。对信号频谱：增强高频成分

77、，减弱低频成分。（）方法（）方法 微分相加法：原始信号原始信号的微分信号。微分相加法：原始信号原始信号的微分信号。 积分相减法：原始信号原始信号的积分信号。积分相减法：原始信号原始信号的积分信号。 带通滤波器：通高频信号，减弱低频信号。带通滤波器：通高频信号，减弱低频信号。（）微分相加法电路（）微分相加法电路如图如图(a)(a)： 组成组成 R R0 0、C C0 0：微分器微分器 ICIC： 倒相加法器倒相加法器 原理原理 u uo o-(K-(K1 1u ui iK K2 2dudui i/dt)/dt) 调节调节 W W：调节相加比例。调节相加比例。 波形如图波形如图（）积分相减法电路（

78、）积分相减法电路如图如图(b)(b)： 组成组成 IC1IC1：带限幅积分器带限幅积分器限幅值限幅值-(R-(R2 2/R/R1 1)u)ui i IC2 IC2：倒相加法器倒相加法器 元件作用元件作用D2D2：禁止负向输出禁止负向输出, , 半波整流。半波整流。D1D1：负向输出时反馈，负向输出时反馈， 防止开环过载。防止开环过载。 原理原理 EUB-240EUB-240边缘增强电路边缘增强电路 组成组成 IC48IC48、IC49IC49：限幅积分器；限幅积分器； IC50IC50：加法器；加法器； IC51IC51：三路三路2 2选选1 1模拟开关。模拟开关。 原理原理 电路具有：积分相

79、减电路具有：积分相减边缘增强边缘增强 微分相减微分相减边缘减弱（防止过增强）。边缘减弱（防止过增强）。 控制控制 ENH/ENH/控制开关，改变参数，控制边缘增强程度。控制开关，改变参数，控制边缘增强程度。 开关与参数关系：开关与参数关系：XVXVX X； YKYKC C； ZZB B超声作业一、是非题1若一台B超仪的工作频率为3MHz，则其脉冲重复频率为3MHz。2.电子聚焦技术用在接收时可使回波超声场发生会聚作用。 3.据型超声仪的成像原理可知，图像中越明亮的区域反映了组织中该区域的特性阻抗越大。 4.介质的声阻抗率越大，其中的声速越低。 5.可对肺部进行超声检查。 6. M式显示是运动显

80、示，故探头要进行扫查。 7.超声的工作频率越高，在人体组织中的作用距离越大。 8若一台B超仪的图像由128根超声扫线组成，其式图像由这128根扫线之一形成。9.如果超声换能器背面不加背衬材料而悬空，则将不利于成像。 10.纵波是一种疏密波。11.频率和波长在超声成像中是两个极为重要的参数，波长决定了成像的组织深度，而频率则决定了可成像的极限分辨率。 12.超声诊断仪换能器中压电体的作用是电-声转换。 13.改变激励脉冲的时延，就可调节焦距，从而获得动态电子聚焦。 14.虽然采用多阵元组合发射实现了电子聚焦和动态电子聚焦，但也使得换能器的有效孔径增大。 15.在电子相控阵中不仅发射要偏转，接收时

81、也要偏转。 16.超声脉冲有效持续时间越短，成像的分辨率越高。 二、选择题1. 提高超声工作频率可使_。A探测深度增加 B图像帧频提高C图像分辨率改善 D超声脉冲重复频率提高2. 以下人体部位中_部位适用超声成像。A脑 B眼 C耳 D胃3. 发射聚焦电路是_。A一路进一路出 B多路进多路出C一路进多路出 D多路进一路出4. 各阵元信号不同延迟之后，发射聚焦效果的获得是通过_。A电路中各路发射信号叠加 B介质中各阵元发射声波叠加C电路中各路接收信号叠加 D介质中各阵元接收声波叠加5改变聚焦控制码，将使各阵元对应信号延迟变化率_。A按线性改变斜率 B按指数型改变速率 C按对数型改变斜率 D按二次曲

82、线型改变曲率 6.针对超声传播过程中的信号衰减要用_。 ADF技术 BFTC技术 CDSC技术 DTGC技术7.换能器电子聚焦时，各阵元延迟变化是_。A边缘延迟长、中间延迟短 B边缘延迟短、中间延迟长C一侧延迟长、另一侧延迟短 D均匀延迟8.电子相控阵探头只实现偏转时延迟线是_。 A指数变化 B对数变化 C二次曲线变化 D线性变化9.B型超声成像的信息特点是_。A组织密度像 B组织声阻抗率像 C组织超声反射特性像 D组织超声衰减率像10.线阵多阵元组合工作的原因之一是_。A扩展频带宽度 B扩展接收动态范围C可实现电子聚焦 D提高工作可靠性11.超声成像的优点之一是_。A能对任何脏器成像 B能从

83、任何部位探查脏器 C对不同密度的软组织鉴别力强D对不同声阻抗率的软组织鉴别力强12.动态电子聚焦，每次接收_。A. 仅一个焦点 B. 总有多个焦点 C. 可没有焦点 D. 可有一个或多个焦点13接收聚焦电路是_。A. 一路进一路出 B. 多路进多路出C. 一路进多路出 D. 多路进一路出14.TGC技术要求可变的_。A焦距B通频带C孔径D增益三、超声换能器在如图坐标系中扫查，且声束始终在y方向，扫查方式如表。试根据各种显示方式显示屏各方向及亮度的意义，在表中适当位置填入字母字母：x、y、z、u、t，以说明对应关系。其中：x、y、z坐标，u回波信号强度，t时间。 四、如图小球在水中作水平振动，超声换能器在水面探查。试画出式，式和式显示的图形（假定式显示时换能器作扇形扫查）。