快速變化的生活節(jié)奏要求對(duì)身體的檢測(cè)、治療能夠做到迅速、準(zhǔn)確,而超聲成像系統(tǒng)在現(xiàn)代醫(yī)療體系中有著舉足輕重的作用。超聲波經(jīng)人體組織、骨骼衰減后,換能器能接受到的信號(hào)極其微弱,模擬前端對(duì)這個(gè)小信號(hào)處理的質(zhì)量決定著成像的好壞。我國(guó)的超聲成像系統(tǒng)整體集中在中低端產(chǎn)品,高性能模擬芯片更是嚴(yán)重依賴進(jìn)口,所以研究和設(shè)計(jì)出具有自主產(chǎn)權(quán)的超聲成像模擬前端芯片極為重要。腹部超聲成像模擬前端的基本模塊有:低噪聲放大器,可編程增益放大器,低通濾波器。本文低噪聲放大器采用噪聲消除技術(shù),利用信號(hào)和噪聲相位相反的特點(diǎn)消除噪聲,增大增益。將低噪聲放大器輸入阻抗匹配到50Ω,仿真優(yōu)化后得到的輸入、輸出匹配參數(shù)S_(11)、S_(22)均小于-10dB,增益參數(shù)S_(21)為16.1dB,反向增益S_(12)為-45dB,噪聲系數(shù)為1.9dB,三階交調(diào)點(diǎn)為-1.89dBm。該電路匹配良好,增益滿足輸入級(jí)要求,輸入輸出級(jí)有較好的隔離,噪聲小,線性度高;可編程增益放大器由兩級(jí)電路組成:粗調(diào)級(jí)和細(xì)調(diào)級(jí)可編程增益放大器,粗調(diào)級(jí)PGA將兩個(gè)帶有反饋環(huán)路的退化電阻固定增益放大器級(jí)聯(lián)耦合在一起,細(xì)調(diào)級(jí)PGA采用閉環(huán)電阻反饋結(jié)構(gòu),通過(guò)改變電阻的比值實(shí)現(xiàn)增益細(xì)調(diào),并且在輸入端加上緩沖器,隔離前一級(jí)的輸出電阻對(duì)本級(jí)輸入電阻的影響。粗調(diào)級(jí)實(shí)現(xiàn)0~56dB的增益控制范圍,步長(zhǎng)為14dB,增益為14dB時(shí)三階交調(diào)點(diǎn)為2.98dBm,噪聲系數(shù)為24.5dB,增益為56dB時(shí)三階交調(diào)點(diǎn)為2.95dBm,噪聲系數(shù)為26.5dB。細(xì)調(diào)級(jí)實(shí)現(xiàn)0~14dB的增益控制范圍,步長(zhǎng)為2dB,三階交調(diào)點(diǎn)為12.2dBm,其中運(yùn)放第一級(jí)為折疊cascode結(jié)構(gòu),輸出級(jí)為class-AB結(jié)構(gòu),整體帶寬為200MHz,相位裕度為73度。仿真結(jié)果表明:增加負(fù)反饋環(huán)路的退化電阻結(jié)構(gòu)即可以使電路噪聲系數(shù)較小,同時(shí)線性度也比較高,閉環(huán)電阻反饋結(jié)構(gòu)具有較好的線性度;低通濾波器采用兩級(jí)雙二階多路反饋的巴特沃茲結(jié)構(gòu),其主要的功能是防止ADC采樣混疊。設(shè)計(jì)的LPF截止頻率為2MHz,阻帶衰減為-75dB,群延時(shí)為2.9×10~(-7)s。濾波器整體平坦度較高,群延時(shí)小,滿足衰減要求;帶隙基準(zhǔn)電壓源采用V_(be)線性化技術(shù),溫漂系數(shù)為7.8ppm/~oC,電源抑制比為-57.39dB,基準(zhǔn)電壓源隨溫度變化小,受電源影響小。本文采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫(kù),各個(gè)模塊設(shè)計(jì)完成后,采用交流耦合的方式級(jí)聯(lián)在一起。整體上實(shí)現(xiàn)了16~72dB的增益控制范圍,步長(zhǎng)為2dB,最大增益處的噪聲系數(shù)為5.2dB,線性度為-15.9dBm。級(jí)聯(lián)在一起的電路噪聲系數(shù)較小,線性度高,非線性失真小,能夠承受信號(hào)源的功率,滿足設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB559;TP391.41
【部分圖文】：

圖3.2 LNAS11仿真結(jié)果參數(shù) S22仿真曲線如圖 3.3 所示，可以很明顯的看出該數(shù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和輸入匹配參數(shù) S11一樣，只要低于-10dB 就得出輸出匹配參數(shù)設(shè)計(jì)良好，輸出端較少的信號(hào)被射波。

圖3.3 LNAS22仿真結(jié)果數(shù) S21仿真曲線如圖 3.4 所示，在 1M~10MHz 的頻率范圍內(nèi)，這里所設(shè)置的反饋電阻為 400Ω，根據(jù)理論計(jì)算總的增益為 1一致，從而驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的正確性，也滿足 LNA 所要求的增

圖3.4 LNAS21仿真結(jié)果壓增益曲線 S12仿真曲線如圖 3.5 所示，在工作頻率范圍內(nèi)益也可稱為反向隔離度，體現(xiàn)輸入端和輸出端隔離程度的好程度比較低，即 S12比較大時(shí)，會(huì)形成正反饋使得電路振蕩
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2843483