[發(fā)明專利]一種改進(jìn)型高線性度壓控增益衰減器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811055254.8
• 申請(qǐng)日: 2018-09-11
• 公開（公告）號(hào): CN109391239A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李迪;費(fèi)春龍;楊銀堂;李婭妮;陳韻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03G3/30
• 分類號(hào): H03G3/30
• 代理公司: 北京天奇智新知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 劉黎明

本發(fā)明涉及一種改進(jìn)型高線性度壓控增益衰減器，包括模擬參考電壓產(chǎn)生器、電壓跟蹤與比較器陣列和CMOS晶體管衰減陣列。本發(fā)明在傳統(tǒng)壓控衰減器的核心電路基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用CMOS晶體管衰減陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單個(gè)衰減晶體管，以實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍的衰減增益；采用電壓跟蹤與比較器陣列對(duì)CMOS晶體管衰減陣列進(jìn)行控制，提高衰減增益的線性度；采用電阻分壓方法為所有衰減晶體管提供襯底電壓，保證晶體管衰減陣列正、負(fù)信號(hào)支路的對(duì)稱性，提高衰減器的失真性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲信號(hào)處理模擬前端領(lǐng)域，具體涉及一種改進(jìn)型大動(dòng)態(tài)范圍、高線性度的壓控增益衰減器。

背景技術(shù)

超聲成像技術(shù)廣泛應(yīng)用在現(xiàn)代醫(yī)療器械中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)人體體表或體內(nèi)的生物醫(yī)學(xué)成像。超聲信號(hào)處理模擬前端(Analog front-end,AFE)電路作為超聲成像系統(tǒng)中最重要的組成模塊，其動(dòng)態(tài)范圍和增益線性度在很大程度上決定了超聲成像系統(tǒng)所能達(dá)到的穿透深度和成像精度。當(dāng)所需實(shí)現(xiàn)的穿透深度由人體體內(nèi)變化為人體體表時(shí)，AFE必須提供足夠的衰減增益以避免鏈路中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)飽和與輸出信號(hào)失真。

AFE的衰減增益通常由壓控增益衰減器模塊提供。為了實(shí)現(xiàn)較大范圍的穿透深度，壓控增益衰減器應(yīng)具有較大的增益衰減動(dòng)態(tài)范圍，而為了實(shí)現(xiàn)較高的成像精度，壓控增益衰減器應(yīng)具有良好的增益衰減線性度。先前已有的模擬電壓控制增益衰減器主要由單級(jí)CMOS晶體管實(shí)現(xiàn)，衰減動(dòng)態(tài)范圍較小，限制了超聲成像的穿透深度范圍；同時(shí)，由于晶體管本身固有的非線性工作特性，所實(shí)現(xiàn)的增益衰減器具有較差的增益衰減線性度，嚴(yán)重影響了超聲成像的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是提供一種改進(jìn)型壓控增益衰減器，其可有效解決上述問題，具有大動(dòng)態(tài)范圍、高線性度的性能特點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案進(jìn)行實(shí)施：

一種改進(jìn)型高線性度壓控增益衰減器，包括模擬參考電壓產(chǎn)生器、電壓跟蹤與比較器陣列和CMOS晶體管衰減陣列；衰減增益控制電壓信號(hào)x1由外部電路直接提供，根據(jù)衰減需要可以進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)；電壓跟蹤與比較器陣列模塊對(duì)來自于模擬參考電壓產(chǎn)生器的輸出參考電壓信號(hào)x2和衰減增益控制電壓信號(hào)x1進(jìn)行比較，當(dāng)衰減增益控制電壓信號(hào)x1小于模擬參考電壓產(chǎn)生器的輸出參考電壓信號(hào)x2時(shí)，電壓跟蹤與比較器陣列模塊的輸出信號(hào)x3等于衰減增益控制電壓信號(hào)x1；當(dāng)衰減增益控制電壓信號(hào)x1大于模擬參考電壓產(chǎn)生器的輸出參考電壓信號(hào)x2時(shí)，電壓跟蹤與比較器陣列的輸出信號(hào)x3為系統(tǒng)高電平；CMOS晶體管衰減陣列在電壓跟蹤與比較器陣列輸出信號(hào)x3的控制下對(duì)輸入超聲回波信號(hào)x4進(jìn)行增益衰減，并產(chǎn)生增益衰減后的模擬信號(hào)x5。

本發(fā)明的有益效果：在傳統(tǒng)壓控衰減器的核心電路基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，采用CMOS晶體管衰減陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單個(gè)衰減晶體管，以實(shí)現(xiàn)大動(dòng)態(tài)范圍的衰減增益；采用電壓跟蹤與比較器陣列對(duì)CMOS晶體管衰減陣列進(jìn)行控制，提高衰減增益的線性度；采用電阻分壓方法為所有衰減晶體管提供襯底電壓，保證晶體管衰減陣列正、負(fù)信號(hào)支路的對(duì)稱性，提高壓控衰減器的失真性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為模擬參考電壓產(chǎn)生器的電路結(jié)構(gòu)原理圖；

圖3為電壓跟蹤與比較器陣列的結(jié)構(gòu)原理圖；

圖4為電壓跟蹤與比較器的具體電路結(jié)構(gòu)原理圖；

圖5為電壓跟蹤與比較器中運(yùn)算放大器OPA的電路結(jié)構(gòu)原理圖；

圖6為CMOS晶體管衰減陣列的電路結(jié)構(gòu)原理圖；

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖圖1至圖6對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說明。應(yīng)當(dāng)理解，以下文字僅僅用以描述本發(fā)明的一種或幾種具體的實(shí)施方式，并不對(duì)本發(fā)明具體請(qǐng)求的保護(hù)范圍進(jìn)行嚴(yán)格限定。