快速變化的生活節(jié)奏要求對身體的檢測、治療能夠做到迅速、準確,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。超聲波經人體組織、骨骼衰減后,換能器能接受到的信號極其微弱,模擬前端對這個小信號處理的質量決定著成像的好壞。我國的超聲成像系統(tǒng)整體集中在中低端產品,高性能模擬芯片更是嚴重依賴進口,所以研究和設計出具有自主產權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,利用信號和噪聲相位相反的特點消除噪聲,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,三階交調點為-1.89dBm。該電路匹配良好,增益滿足輸入級要求,輸入輸出級有較好的隔離,噪聲小,線性度高;可編程增益放大器由兩級電路組成:粗調級和細調級可編程增益放大器,粗調級PGA將兩個帶有反饋環(huán)路的退化電阻固定增益放大器級聯(lián)耦合在一起,細調級PGA采用閉環(huán)電阻反饋結構,通過改變電阻的比值實現(xiàn)增益細調,并且在輸入端加上緩沖器,隔離前一級的輸出電阻對本級輸入電阻的影響。粗調級實現(xiàn)0~56dB的增益控制范圍,步長為14dB,增益為14dB時三階交調點為2.98dBm,噪聲系數(shù)為24.5dB,增益為56dB時三階交調點為2.95dBm,噪聲系數(shù)為26.5dB。細調級實現(xiàn)0~14dB的增益控制范圍,步長為2dB,三階交調點為12.2dBm,其中運放第一級為折疊cascode結構,輸出級為class-AB結構,整體帶寬為200MHz,相位裕度為73度。仿真結果表明:增加負反饋環(huán)路的退化電阻結構即可以使電路噪聲系數(shù)較小,同時線性度也比較高,閉環(huán)電阻反饋結構具有較好的線性度;低通濾波器采用兩級雙二階多路反饋的巴特沃茲結構,其主要的功能是防止ADC采樣混疊。設計的LPF截止頻率為2MHz,阻帶衰減為-75dB,群延時為2.9×10~(-7)s。濾波器整體平坦度較高,群延時小,滿足衰減要求;帶隙基準電壓源采用V_(be)線性化技術,溫漂系數(shù)為7.8ppm/~oC,電源抑制比為-57.39dB,基準電壓源隨溫度變化小,受電源影響小。本文采用TSMC0.18μmCMOS工藝庫,各個模塊設計完成后,采用交流耦合的方式級聯(lián)在一起。整體上實現(xiàn)了16~72dB的增益控制范圍,步長為2dB,最大增益處的噪聲系數(shù)為5.2dB,線性度為-15.9dBm。級聯(lián)在一起的電路噪聲系數(shù)較小,線性度高,非線性失真小,能夠承受信號源的功率,滿足設計要求。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB559;TP391.41
【部分圖文】：

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

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

圖3.4 LNAS21仿真結果壓增益曲線 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，會形成正反饋使得電路振蕩
【參考文獻】

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本文編號：2843483