超聲回波的接收和預(yù)處理課件

一、概述⒈接收系統(tǒng)的主要作用（1）換能器接收靈敏度范圍的控制接收陣元(位置)轉(zhuǎn)接(線陣中)；接收方向控制（相控陣中)；接收孔徑變換；接收聚焦。（2）回波信號預(yù)處理前置放大，TGC放大，動態(tài)濾波，對數(shù)放大，檢波，邊緣增強(qiáng)等。第五章

超聲回波的接收和預(yù)處理

第一節(jié)超聲接收系統(tǒng)概況

⒉接收系統(tǒng)的位置及特點(diǎn)①信號通道的前段——接收系統(tǒng)——模擬處理。②信號通道中后段——數(shù)字掃描變換器——數(shù)字處理。信號通道：信號經(jīng)過的從換能器至顯示器的所有電路。⒊接收系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)框圖（EUB-240型線掃式B超）（雙線箭頭——多路信號；單線箭頭——單路信號）二、各部分的簡要工作原理⒈探頭作用：聲－電換能。發(fā)射－接收兩用。結(jié)構(gòu)：80陣元線陣，二極管開關(guān),以減少連線和前置放大器。⒉前置放大器作用：放大微弱的接收信號，以利傳輸，提高信噪比。要求：外部干擾小，內(nèi)部噪聲低，靈敏度高，頻帶寬。數(shù)量：前置放大器有16路。⒊接收多路轉(zhuǎn)換開關(guān)作用：選擇16路前置放大器輸出中的11路──掃查。并合成為6個信號——F0-F5。控制：RQA/－RQE/碼。⒍增益控制和動態(tài)濾波（1）TGC電路──時間增益控制技術(shù)作用：補(bǔ)償回波因深度增加而造成的衰減：I=I0e-2αx

方法：由TGC控制電壓，控制壓控放大器的增益，隨接收深度而上升。結(jié)果：使近區(qū)增益適當(dāng)小，遠(yuǎn)區(qū)增益逐漸增大。（2）DF──動態(tài)濾波技術(shù)作用：濾除近場過強(qiáng)的低頻，和深部的高頻雜波干擾。方法：由DF控制電壓，控制壓控帶通濾波器的通帶中心頻率，隨接收深度而下降。結(jié)果：近場濾除低頻，提高分辨力；遠(yuǎn)場濾除高頻，提高信噪比。⒎對數(shù)放大器作用：壓縮信號的動態(tài)范圍，適配顯像管的動態(tài)范圍，防止有用信息的丟失。動態(tài)范圍：信號——100dB，顯像管——約30dB，特點(diǎn)：信號越大，增益越小。⒏檢波器作用：檢出調(diào)制信號。射頻信號→視頻信號回波調(diào)制：超聲振蕩受矩形脈沖幅度調(diào)制。⒐勾邊電路（邊緣增強(qiáng)電路）作用：增強(qiáng)視頻信號的邊緣，突出圖像的輪廓，使之便于識別和測量。控制：ENH信號，控制增強(qiáng)效果。一、基本要求原因：陣元獲取信號＝10-30μVp-p，合成電路本身噪音＞30μVp-p，故需加前置放大器，以提高信噪比。路數(shù)：線陣B超，前置放大常為多路，各機(jī)型有所差異。EUB-240型B超有16路，EUB-40型B超有24路?；疽螅海?）與探頭饋線匹配良好。饋線特性阻抗＝前放輸入阻抗。否則：①信號被反射入饋線，信號減弱。②多重反射，造成圖象重影。第二節(jié)前置信號放大

（2）動態(tài)范圍大前放動態(tài)范圍＝信號動態(tài)范圍＞100dB，不丟失有價值的信息。（3）功率增益(P)大P=10lgKP(dB)其中，KP──放大器功率放大倍數(shù)P大，則極限靈敏度高，信噪比高。日立EUB系列B超，前放P＝24dB。（4）噪聲系數(shù)(F)小F＝輸入端信噪比/輸出端信噪比≥1理想：F＝1，即放大器無附加噪聲。實(shí)際：F＞1，晶體管、電阻等總有噪聲。F小，有限噪聲靈敏度高，放大器動態(tài)范圍大。特點(diǎn)分析由三級直接耦合放大器組成。A＝7（17dB）①TR20為射隨器，使之與延時線負(fù)載阻抗匹配。②R62引入深度負(fù)反饋，展寬頻帶，提高穩(wěn)定性。③D33,D34組成雙向限幅器，防止大信號阻塞放大器。④＋15V，－5V供電，使輸出信號動態(tài)范圍達(dá)15V以上。⑤各級射極直流負(fù)反饋，穩(wěn)定工作點(diǎn)，最小可辨信號小。⑥L20，C31，C32電源濾波，減小噪聲。⑦C25高頻補(bǔ)償，C18耦合電容。一、回波合成法1.直接合成法方法：各陣元信號→孔徑控制→聚焦延遲→相加合成。優(yōu)點(diǎn)：可不對稱延遲，進(jìn)行微角掃查。缺點(diǎn)：路數(shù)多，設(shè)備量大。實(shí)例：AlokaSSD-256型B超儀用之。第三節(jié)超聲回波信號的合成

二、接收多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（1）組成IC17－IC38：8選1轉(zhuǎn)接開關(guān)TR2－TR6：倒相驅(qū)動管。（2）信號輸入：CH1－CH16：前放輸出,輸出：F0－F5：轉(zhuǎn)接合成輸出，控制：RQA/－RQE/碼（3）功能從16路前置放大器輸出中，每次選通11路，并對稱合成為F0－F5的6個信號?？刂拼a變化，選擇通路變化，實(shí)現(xiàn)切換掃查。（4）電路分析轉(zhuǎn)接開關(guān)的使能端與RQE,RQD的連接，簡化為圖5-7.RQE,RQD＝1,0或0,1，有輸出的芯片編號，如圖5－8。前置放大輸出的轉(zhuǎn)接合成關(guān)系(HPi=CHi)例如：①RQE/－RQA/＝01111，經(jīng)TR2－TR6倒相，為10000，則F0＝CH1+CH11,F1＝CH2+CH10,F2＝CH3+CH9,F3＝CH4+CH8,F4＝CH5+CH7,F5＝CH6②RQE/－RQA/＝01110，經(jīng)TR2－TR6倒相，為10001，則F0＝CH2+CH12,F1＝CH3+CH11,F2＝CH4+CH10,F3＝CH5+CH9,F4＝CH6+CH8,F5＝CH7三、可變孔徑電路⒈可變孔徑的提出及其實(shí)現(xiàn)方法（1）接收靈敏范圍與孔徑的關(guān)系根據(jù)：發(fā)射與接收的互易性；發(fā)射超聲場的結(jié)論。①非聚焦：近場：孔徑越小，靈敏范圍越??；遠(yuǎn)場：孔徑越大，靈敏范圍擴(kuò)散角越小。②聚焦：焦點(diǎn)處直徑： df＝2.44λF/DD─接收孔徑即：為使df小，當(dāng)F增大時，D也應(yīng)增大。（2）方法近場用小孔徑，遠(yuǎn)場用大孔徑——可變孔徑技術(shù)。（3）意義近場、遠(yuǎn)場靈敏范圍(波束)均較窄，橫向分辨力好。⒉可變孔徑電路（1）組成及作用MXIC：模擬調(diào)制分離器A=“0”,X→X0,A=“1”,X→X1,X端RC：低通濾波器；C：隔低頻，通高頻信號；L：隔高頻，通低頻信號。D：二極管開關(guān)；（2）信號F0-5：回波信號(高頻)AP0-2：門控信號(低頻)（3）單路工作原理因D負(fù)極經(jīng)L，低頻接地AP＝“1”：X＝-8V，D截止AP＝“0”：X＝+8V，D導(dǎo)通（5）時間段計(jì)算舉例將探測深度分四段：近場，中場，遠(yuǎn)場Ⅰ，遠(yuǎn)場Ⅱ。分界距離：S1＝20mm，S2＝50mm，S3＝90mm。由式：tKi＝Si/VD＝2Si/c可算得各段時間：tK0≈117μs，tK1≈65μs，tK2≈26μs四、接收相位調(diào)整電路（接收聚焦電路）⒈作用對各陣元接收的回波信號進(jìn)行延遲調(diào)整（二次曲線變化），使焦點(diǎn)處回波達(dá)到同相位疊加。其實(shí)質(zhì)是換能器空間靈敏范圍的聚焦。⒉分段聚焦的類型①非實(shí)時分段動態(tài)聚焦：多次發(fā)射，多次接收。發(fā)射與接收同焦距，每次固定。②實(shí)時分段動態(tài)聚焦：一次發(fā)射，一次接收。發(fā)射固定焦距，接收動態(tài)焦距。⒊實(shí)時分段動態(tài)聚焦原理（1）簡述：以超聲探查速度，同步分段地移動焦點(diǎn)。（2）例——接收實(shí)時4段動態(tài)聚焦：若對應(yīng)距離z1,z2,z3，回波所需時間為t1,t2,t3。則：

⒋接收聚焦電路

（EUB-240型B超所用）（1）電路組成DL1－DL5：模擬延時線。IC39－IC43：多路轉(zhuǎn)接開關(guān)。（2）信號輸入：接收回波信號F0－F5。輸出：合成信號。控制：聚焦碼FCN0-2/。（3）功能對各陣元接收回波信號經(jīng)二次曲線變化延遲，相加合成為一個信號。聚焦碼控制二次曲線曲率，即焦距。與可變孔徑電路，協(xié)同完成接收動態(tài)聚焦。（4）各控制狀態(tài)下的延時關(guān)系有兩種頻率(3.5MHz，5MHz)，各4個焦點(diǎn)，共8個焦點(diǎn)。(書中數(shù)值有誤)（3）補(bǔ)償原理

∵聲傳播強(qiáng)度與時間(距離)的關(guān)系：I＝I0e-2αx＝I0e-2αct——時間負(fù)指數(shù)關(guān)系。聲-電轉(zhuǎn)換、前置放大等——時間線性關(guān)系。經(jīng)聲-電轉(zhuǎn)換、前置放大等處理，回波信號仍是：——時間負(fù)指數(shù)關(guān)系。∴可用時間正指數(shù)放大補(bǔ)償。（4）實(shí)際情況及措施

上述分析忽略了多種因素，僅為大致的補(bǔ)償關(guān)系。Ⅰ.實(shí)際情況的復(fù)雜性①受超聲工作頻率的影響∵α＝βf，∴f↑→α↑，頻率高，衰減快。②多重界面反射的影響實(shí)際常有多重界面，回波穿過界面越多，強(qiáng)度越弱。③臨床診斷感興趣深度的不同臨床對同一患者不同部位，或同一部位不同患者，成像時關(guān)注深度往往有所不同。Ⅱ.對策TGC控制波形＝指數(shù)波形(可變速率)＋修正波形操作者可調(diào)節(jié)：指數(shù)波形速率，修正波形形狀——根據(jù)實(shí)際情況，通過面板按鈕、電位器操作。TGCGainDynamicRangeFocusDepth⒉TGC電壓產(chǎn)生電路

通常：TGC電壓波形＝指數(shù)電壓波形＋可調(diào)電壓波形（1）可調(diào)電壓波形受調(diào)節(jié)的型式：①斜率控制型可調(diào)電壓的大致形狀不變，但參數(shù)可由面板調(diào)節(jié)。其中增益“臺柱”用來增強(qiáng)特定深度的回波。②距離增量控制型整個探測深度分成n段(如n=8)，每段一個控制點(diǎn)，由面板上的滑桿電位器調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)值連線，即是可調(diào)電壓波形。見書P277。（2）TGC電壓產(chǎn)生電路

有多種型式。數(shù)字合成式函數(shù)發(fā)生器適用性強(qiáng)，目前較多。①基本原理ROM中存TGC電壓函數(shù)值，在回波接收過程中：逐一讀出函數(shù)值→D/A→各點(diǎn)電壓連接→TGC電壓波形函數(shù)值尋址地址A0－A9，由加法計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)產(chǎn)生。②TGC波形的改變調(diào)整手段a)制造時預(yù)先設(shè)計(jì)在ROM中在ROM的不同區(qū)域，預(yù)先存入不同的波形函數(shù)值，工作時根據(jù)情況選擇。有八種TGC曲線供選擇。A12＝FCN2＝0（3.5MHz探頭），1（5MHz探頭）A11＝ZOOM＝0（電子放大率1），1（電子放大率2）A10＝FAR＝0（近程），1（遠(yuǎn)程）b)操作時隨機(jī)調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)附加在ROM中讀出的固定函數(shù)曲線之上。調(diào)節(jié)輸入：操作者→面板（滑桿電位器）儀器產(chǎn)生：修正數(shù)據(jù)GAIN0-7,修正方法：TGC波形＝ROM數(shù)據(jù)＋修正數(shù)據(jù)GAIN0-7③波形可調(diào)⒊增益控制電路（可變增益放大器）（1）控制放大器增益的方法①改變放大器的偏置右圖因晶體管(一定范圍內(nèi))：β∝Ib從而：TGC電壓→Ib→β→A

②改變放大器的反饋右圖由于晶體管：Rce∝1/Ib

而：A＝－Rce/R，從而：TGC電壓→Ib→Rce→A

R③串入電控衰減器右圖電路的總增益為：A＝G1·G2其中：G1＞1——放大器G2＜1——衰減器。若TGC電壓控制下，G2可變，即能起TGC作用。a)衰減器基本結(jié)構(gòu)(右圖)Uo＝(R2/(R1+R2))UiG＝Uo/Ui＝R2/(R1+R2)≤1b)電控變阻元件

Ⅰ)二極管∵I＝Is(eVq/KT-1)其中：Is——反向飽和電流，K——波爾茲曼常數(shù)q——電子的電荷量，T——絕對溫度∴V＝(KT/q)ln(I+Is)RD＝dV/dI＝(KT/q)/(I+Is)≈(KT/q)/I(∵I>>Is)∴RD∝1/IⅡ)晶體管Rce∝1/IbⅢ)場效應(yīng)管RDS∝1/VGSc)電控衰減器舉例以上：(a)串聯(lián)二極管型，(b)并聯(lián)二極管型，(c)并聯(lián)場效應(yīng)管型說明：由于：回波信號——高頻，控制信號——低頻利用：L——隔高頻通低頻、C——隔低頻通高頻，可防止：回波信號－控制信號——相互干擾。（2）可變增益放大器實(shí)例①TR19——第一級放大②TR20，TR21——具正向壓控增益特性的雙柵極場效應(yīng)管放大器?？刂艷1、G2電位可控制場效應(yīng)管的跨導(dǎo)，從而改變放大器增益。VR17調(diào)節(jié)G1電位——靜態(tài)增益調(diào)節(jié)。TGC電壓控制G2電位——TGC控制。③TR22，TR23為——射極跟隨器。④TGC作用下的場效應(yīng)管特性曲線TGC控制電壓↑→工作點(diǎn)Q沿ID－VG曲線↑→斜率↑→增益↑如：近場(t1～t2)，回波強(qiáng)(Vi1，Vi2)，但增益小，信號壓縮。遠(yuǎn)場(t3～t4)，回波弱(Vi3，Vi4)，但增益大，信號放大。二、動態(tài)濾波（DynamicFilter：DF）電路⒈動態(tài)濾波的意義（1）原因超聲傳播時：I=I0e-2αx,α=βf所以：高頻↓快，低頻↓慢，造成：探測距離↑→信號f0↓(f0—頻譜中心頻率)（2）接收頻帶范圍固定的不利接收電路f0＜信號f0→高頻損失→分辨力↓接收電路f0＞信號f0→噪聲增加→信噪比↓（3）動態(tài)濾波的過程和意義隨探測距離↑→接收電路的f0↓，近區(qū)：選通高頻，抑制低頻→分辨力↑；遠(yuǎn)區(qū)：選通低頻，抑制高頻→信噪比↑。⒉動態(tài)濾波(DF)電路動態(tài)濾波，也就是通頻帶可變的帶通濾波器。（1）電路結(jié)構(gòu)及特性如圖：Dc為變?nèi)荻O管，L、C1、Dc構(gòu)成LC并聯(lián)回路。當(dāng)信號頻率f等于回路諧振頻率f0時，回路阻抗Z0最大。此時電路（可看成R與Z0構(gòu)成的衰減器）對信號的衰減最小，輸出Uo最大。當(dāng)f≠f0時，輸出Uo減小。f0——也稱為濾波器通帶中心頻率。（2）DF工作過程由于變?nèi)荻O管的反偏結(jié)電容CD電壓特性：E↑→CD↓所以在回波信號接收過程中：D↑→DF電壓↓→CD↑→C=C1CD/(C1+CD)↑→濾波器f0↓EDc（3）動態(tài)濾波電路實(shí)例如圖為EUB-27所用帶通濾波器。V1、V2——變?nèi)荻O管并聯(lián)目的：增大電容變化量→增大頻率控制范圍。反偏結(jié)電容變化范圍：30PF(9V)－400PF(1V)L、C1和V1、V2組成LC選頻網(wǎng)絡(luò)。⒊DF電壓發(fā)生器（1）DF電壓的取值范圍和變化規(guī)律由以下因素確定①變?nèi)荻O管的變?nèi)萏匦?。②被探測介質(zhì)（人體）對超聲衰減的頻率特性。③探頭工作頻率（頻譜中最強(qiáng)分量頻率）的變化。④觀察視野的移動。⑤圖像電子放大與否。可見，后三種因素是不確定的，由操作者決定。故DF電壓也應(yīng)是可變的，由操作者臨時確定。（2）DF電壓發(fā)生器電路形式可有多種形式，由于波形的可變性，在微機(jī)化B超中，用數(shù)字函數(shù)發(fā)生器獲取DF函數(shù)電壓比較方便。（3）DF電壓發(fā)生器實(shí)例(EUB-240B超用)①電路組成IC42：驅(qū)動器，74HC244。IC44：D/A轉(zhuǎn)換器。DAC-08CN。IC46：流壓變換器，TL081，有濾波回路。R150、L2、C156：低通濾波器，平滑輸出波形。②工作過程

CPU以一定速率送出數(shù)據(jù)DDF0-4(5位)，經(jīng)驅(qū)動器后，由D/A轉(zhuǎn)換成模擬電流輸出，再流壓變換成電壓。各數(shù)據(jù)電壓相連，經(jīng)濾波光滑，形成DF電壓波形。CPU送出不同數(shù)據(jù)可得不同波形。

③波形圖接收期，DF電壓以近似指數(shù)規(guī)律下降。周期性變化。⒋TGC和DF綜合實(shí)例（EUB-240中用）動態(tài)濾波電路設(shè)置在兩個虛線框內(nèi)。L20、C212、C136和變?nèi)荻O管D37、D38組成選頻槽路。L21、C213、C150和變?nèi)荻O管D39、D40組成選頻槽路。三、對數(shù)放大器1.對數(shù)放大的意義（1）原因∵回波信號動態(tài)范圍：LD＞100dB顯像亮度動態(tài)范圍：LD＝20～30dB若直接顯示：強(qiáng)信號圖像一片模糊弱信號圖像星星點(diǎn)點(diǎn)如同膠片曝光太過和曝光不足?！嘈枰獕嚎s信號動態(tài)范圍：100dB→20～30dB同時，并不丟失亮度信息。對數(shù)放大器能起到這樣的作用。信息淹沒、丟失（２）對數(shù)放大器的特性①輸入、輸出關(guān)系uo＝K1lg(K2ui)＝K1lgK2+(K1/20)(20lgui)其中：K1─斜率，K2─對數(shù)偏差。②輸入、輸出關(guān)系曲線均勻座標(biāo)系中：斜率遞減、數(shù)值遞增曲線。輸入對數(shù)座標(biāo)／輸出均勻座標(biāo)系中：遞增直線。③對數(shù)放大器參數(shù)的外部調(diào)整原理對于對數(shù)放大器：Vo＝K1lg(K2Vi)經(jīng)如上前后線性放大后，輸入輸出關(guān)系：uo＝G2K1lg(K2G1ui)其中：G1，G2——線性放大器增益令：K1’＝G2K1K2’＝G1K2則：uo＝K1’lg(K2’ui)故可：改變G1、G2→改變K1’、K2’Vo=K1lg(K2Vi)G1G2uiuoG1uiK1lg(K2G1ui)G2K1lg(K2G1ui)④小信號放大特性的修正

當(dāng)ui＝0時：uo＝K1lg(K2ui)＝-∞——不可實(shí)現(xiàn)實(shí)際的對數(shù)放大器，小信號時：u0＝K3ui——線性放大⑤動態(tài)范圍壓縮特性當(dāng)線性-對數(shù)放大特性平滑過渡時，可推得：LDo＝1+lnLDi其中：LDi＝uimax/uimin——輸入信號動態(tài)范圍LDo＝uomax/uomin——輸出信號動態(tài)范圍一般：LDi＞1，右圖可見：LDo＜LDi即：可壓縮信號的動態(tài)范圍。LDo＝1+lnLDiLDo＝LDi110LDoLDi2.對數(shù)放大和TGC放大的比較和關(guān)系（１）動態(tài)壓縮比較①TGC放大淺部信號(含Umax)增益小：UOmax＝A1Uimax，A1小深部信號(含Umin)增益大：UOmin＝A2Uimin，A2大∴UOmax/UOmin＝A1Uimax/A2Uimin＜Uimax/Uimin也有壓縮信號動態(tài)范圍的作用。但中間信號并不按比例壓縮?！倓討B(tài)范圍壓縮。②對數(shù)放大增益只與Ui有關(guān)，與時間無關(guān)。信號全部按一定規(guī)律壓縮?！矔r動態(tài)范圍和總動態(tài)范圍全面壓縮。（２）位置安排的影響

①先TGC放大，再對數(shù)放大TGC放大壓縮信號動態(tài)范圍：100dB→60dB要求對數(shù)放大器：LDi＝60dB，電路可簡化。②先對數(shù)放大，再TGC放大要求對數(shù)放大器：LDi＞100dB?！咻斎胄盘柊橛须S傳播距離(時間)的指數(shù)衰減：I＝I0e-2αx＝I0e-2αct經(jīng)線性聲-電變換和放大得：V＝V0e-2αct——時間指數(shù)衰減∴經(jīng)對數(shù)放大：U＝K1lg(K2V0e-2αct)＝K1lg(K2V0)-2K1αctlge——時間線性衰減這使TGC簡化——線性補(bǔ)償，TGC電壓產(chǎn)生電路簡化。3.基本對數(shù)放大器電路原理（１）二極管特性I＝Is(eVq/KT-1)室溫下（20℃），KT/q≈26mV當(dāng)V＞＞KT/q時，可有：I≈IseVq/KT或：V≈(KT/q)ln(I/Is)（２）基本對數(shù)放大器(如圖)∵I＝Ui/R＝ID∴UO＝-VD＝-(KT/q)ln(I/Is)＝-(KT/q)ln(Ui/IsR)但是，二極管對數(shù)工作的動態(tài)范圍很窄，溫度穩(wěn)定性，頻率穩(wěn)定性，也不理想。4.寬輸入動態(tài)范圍對數(shù)放大器的結(jié)構(gòu)（一）概述（１）特性要求作用：壓縮寬廣的信號動態(tài)范圍要求：有寬廣的輸入動態(tài)范圍。（２）名稱及含義名稱：似對數(shù)放大器含義：以多段直線或曲線相加──近似對數(shù)函數(shù)。它與真正的對數(shù)放大之間有一定誤差。（３）結(jié)構(gòu)和類型以多級限幅放大器構(gòu)成：線性限幅放大器串聯(lián)相加非線性限幅放大器并聯(lián)相加①②③④（二）串聯(lián)相加型對數(shù)放大器（１）單級限幅放大器特性圖中：L1，L2，…，LN——限幅放大器，特性相同。若放大區(qū)為線性，則可寫為：0，Vi＜0截止區(qū)Vo＝KVi，0≤Vi＜VT線性放大區(qū)Vm，Vi≥VT限幅區(qū)其中：K＞1（放大），Vm＝KVT（２）電路總體輸入輸出關(guān)系

①分析∵K＞1，故限幅放大器放大區(qū)有：Vo＞Vi則當(dāng)信號很小，各級限幅放大器都在放大區(qū)時：Vop＞Vip，P＝1,2,3,…,N∴當(dāng)信號由小變大時，總是最后一級先進(jìn)入限幅區(qū)，并向前依次逐級進(jìn)入限幅區(qū)。每增加一級限幅，uo的增益減小KN-P，數(shù)值增加Vm。②電路總體輸入輸出關(guān)系式┆┆┆┆③電路總體輸入輸出關(guān)系曲線上式表明：此放大器輸入輸出關(guān)系呈多段折線。輸入信號越大，對應(yīng)直線斜率越小。（如圖）（３）誤差分析

分析此函數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)函數(shù)間的誤差。①標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)函數(shù)的特征對于對數(shù)函數(shù):

uo＝K1lg(K2ui)如輸入一組公比為R的等比量：

uiP／uiP-1＝R，P＝1,2…N則輸出：uoP－uoP-1＝K1lg(K2uiP)－K1lg(K2uiP-1)＝K1lg(uiP/uiP-1)＝K1lgR為一組公差為K1lgR的等差量。②與標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)函數(shù)之間的誤差令函數(shù)折線各拐點(diǎn)對應(yīng)的輸入和輸出為：uip,uop,P＝1,2…N則：——等比量

∴當(dāng)Ｋ＞＞１時，曲線各拐點(diǎn)在對數(shù)曲線上。（三）并聯(lián)相加型對數(shù)放大器（１）框圖圖中：A1,A2,…,AN——N個線性放大器。L1,L2,…,LN——N個限幅放大器，特性相同。Σ——為加法器。（２）單級限幅及線性放大器特性①限幅放大器假定放大區(qū)為線性，可有：0,Vi＜Vs截止區(qū)Vo＝KVi-δ,Vs≤Vi＜VT線性放大區(qū)Vm,Vi≥VT限幅區(qū)其中：δ＝KVs，Vm＝KVT-δ線性區(qū)動態(tài)范圍為：lDi＝20lg(VT/VS)②線性放大器放大倍數(shù)均為A，A＝VT/VS

即：20lgA＝20lg(VT/VS)＝lDi（３）電路總的輸入輸出關(guān)系①分析∵A＝VT/Vs＞1∴Aui＜A2ui＜…＜AN-Pui＜…＜ANui當(dāng)任一級輸入：AN-Pui＝Vs，剛進(jìn)放大區(qū)時，其后一級輸入：AN-P+1ui＝AVs＝VT，剛進(jìn)限幅區(qū)。即：相鄰兩極同時進(jìn)行狀態(tài)變化——類似接力。故任一時刻僅一級放大，其前均截止，其后均限幅。若有P級限幅，則uo的增益下降A(chǔ)P倍，數(shù)值增加PVm。②電路總的輸入輸出關(guān)系式┆┆P=0,1,2,…,N-1┆┆③電路總的輸入輸出關(guān)系曲線上式表明：此輸入輸出關(guān)系曲線也是多段折線。輸入越大，對應(yīng)折線斜率越小，放大器增益越小。uoui0ui1ui2ui3ui4ui5uo1=Vmuo0=0uiA=2N=5N=4N=3N=2N=1VT/AVs/AVs/A2…Vs/A3uo2=2Vmuo3=3Vmuo4=4Vmuo5=5Vm（４）誤差分析分析此函數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)函數(shù)間的誤差。令函數(shù)折線各拐點(diǎn)對應(yīng)的輸入和輸出為：uip,uop,P＝0,1,2…N（如上圖）∵∴折線各拐點(diǎn)完全符合對數(shù)關(guān)系，誤差為零。

若拐點(diǎn)之間以對數(shù)曲線連接，將非常理想。（５）對數(shù)放大輸入動態(tài)范圍①以上，對數(shù)放大有效范圍在Vs/AN－VT/A之間。

為單個限幅放大器動態(tài)范圍的N倍──動態(tài)范圍擴(kuò)大。這是以減小uimin，向小信號方向擴(kuò)展（用放大器）。也可以擴(kuò)大uimax，向大信號方向擴(kuò)展（用衰減器），或雙向擴(kuò)展。如圖：②多級相加動態(tài)范圍擴(kuò)展圖例：L5L4L2L1uo5Vm4Vm3Vm2Vm1Vm0uiL35.集成對數(shù)放大器TL441

現(xiàn)代B超通常采用集成對數(shù)放大器，TL441應(yīng)用最普遍。產(chǎn)品公司：美國德克薩斯儀器公司（TexasInstrumentInc）（１）TL441的內(nèi)部電路圖（２）電路分析如圖為一半電路。①組成T1-T2；T3-T4；T5-T6；T7-T8：四級差分放大器。T11,T12,T13,T14：射極恒流源負(fù)載。T9,T10：差分輸出級。電阻：R1＝590ΩR2＝2.73KΩR3＝590ΩR4＝147KΩ②單級差分放大器工作原理∵假設(shè)：Is1＝Is2──管子對稱，ui＝Vb1-Vb2＝Vbe1-Vbe2

則：或：其中：再令：射極恒流源電流為Ik，則：∴∴Ic1Ic2Vb1Vb2Ie1Ie2IkIC1-IC2與ui關(guān)系的歸一化曲線：（?。篕T/q＝26mV）特點(diǎn)：非線性限幅函數(shù)。分區(qū)：對數(shù)區(qū)：ui＝13mV～75mV（≈15dB）。(在對數(shù)-線性座標(biāo)系中，曲線線性段)線性區(qū)：ui＜-40dB.限幅區(qū)：ui＞-20dB.③級聯(lián)關(guān)系Ⅰ.輸入級聯(lián)T1-T2與T3-T4：R2,R3衰減量為：

Ⅱ.輸出級聯(lián)

uo＝VY+-VY-＝(V+-Ic9R9)-(V+-Ic10R10)＝(Ic10-Ic9)R≈(Ie10-Ie9)R＝((Ic1+Ic3+Ic5+Ic7)-(Ic2+Ic4+Ic6+Ic8))R＝((Ic1-Ic2)+(Ic3-Ic4)+(Ic5-Ic6)+(Ic7-Ic8))R∴T9,T10：流壓變換，合成差分電壓輸出④總體框圖∵每級對數(shù)動態(tài)范圍＝15dB，級間衰減＝-15dB，∴兩級組合對數(shù)放大輸入動態(tài)范圍：LDi＝30dB?！蔷€性限幅并聯(lián)相加型對數(shù)放大器CA2,CA2’,CB2,CB2’：對數(shù)線性度調(diào)節(jié)，以利匹配。6.集成對數(shù)放大器TL441在B超中的應(yīng)用（１）一個實(shí)用對數(shù)放大器的方框圖非線性限幅并聯(lián)相加型對數(shù)放大器對數(shù)放大輸入動態(tài)范圍：LDi＝4×30dB＝120dB（2）EUB-240型B超用對數(shù)放大器TL441小動態(tài)應(yīng)用實(shí)例①適用：先TGC，后對數(shù)②要求：IC線性增益＝30dB③輸入動態(tài)范圍:理論：LDi＝2×30＝60dB實(shí)際：LDi≈50dB因?qū)?shù)放大動態(tài)范圍之外有過度區(qū)，與前述的理論分析之間產(chǎn)生誤差。④輸出動態(tài)范圍：LDo＝27dB⑤電路輸入輸出關(guān)系曲線對數(shù)放大輸入動態(tài)范圍限制因素：下限：主要受噪聲電平和線性-對數(shù)過渡點(diǎn)限制。上限：主要受限幅電平限制。三、檢波電路1.概述①檢波定義：振幅調(diào)制波的解調(diào)——信號包絡(luò)檢波。②信號包絡(luò)含信息包絡(luò)大小——界面反射的強(qiáng)弱，包絡(luò)時間——反射界面的距離。③信號稱謂檢波前——射頻信號；檢波后——視頻信號。④檢波方框圖非線性器件：二極管、三極管、集成運(yùn)算放大器。⑤檢波類型a)峰值包絡(luò)檢波：輸出反饋到二極管兩端。二極管。b)平均包絡(luò)檢波：輸入與輸出隔離。三極管、運(yùn)放。2.二極管峰值包絡(luò)檢波電路（１）基本型①原理當(dāng)Ui＞Uc時，D導(dǎo)通，C充電。τ＝RDC，小，充電快。當(dāng)Ui＜Uc時，D截止，C放電。τ＝RC，

大，放電慢。形成Ui的峰值包絡(luò)輸出。②要求RC選值恰當(dāng)。太?。悍烹娞?，不能檢出包絡(luò)——失效。太大：放電太慢，包絡(luò)拖尾——惰性失真。因超聲調(diào)制與載波信號頻率接近，使R、C選擇困難。充電放電（２）二極管全波峰值包絡(luò)檢波①原理差分輸入，正半周D1檢波，負(fù)半周D2檢波。②優(yōu)點(diǎn)a.電容充電時間增加一倍，放電時間不足一半。元件參數(shù)更易選取。b.高頻紋波是載頻的兩倍，更易濾除。c.傳輸系數(shù)提高，并可偏置調(diào)節(jié)，此可進(jìn)行TGC控制。3.EUB-240檢波電路①組成IC46：差動放大器IC47：低通濾波器D41,D42：檢波二極管C165,C166：耦合電容R87：檢波負(fù)載電阻D43：偏置二極管，克服檢波管死區(qū)L23,L24：偏置引入電感,通低頻阻高頻。②工作原理等效電路見圖(b)差動放大器輸出差動信號a.正半周：輸出→R87→D42→C166。b.負(fù)半周：輸出→R87→D41→C165。——全波整流R87上，得負(fù)向整流電壓。經(jīng)IC47低通濾波后，檢出信號平均值——平均包絡(luò)。各點(diǎn)波形見圖(c)。四、邊緣增強(qiáng)電路⒈原理（１）名稱邊緣增強(qiáng)，勾邊，或稱：快時間常數(shù)（FastTimeConstant——FTC）處理。（２）處理對象和目的對象：視頻信號。目的：銳化圖像，增強(qiáng)圖像輪廓。以利識別、測量。（３）基本原理對信號頻譜：增強(qiáng)高頻成分，減弱低頻成分。（４）方法①微分相加法：原始信號＋原始信號的微分信號。②積分相減法：原始信號－原始信號的積分信號。③帶通濾波器：通高頻信號，減弱低頻信號。（５）微分相加法電路如圖(a)：①組成R0、C0：微分器IC：倒相加法器②原理uo＝-(K1ui＋K2dui/dt)③調(diào)節(jié)W：調(diào)節(jié)相加比例。④波形如圖（６）積分相減法電路如圖(b)：①組成IC1：帶限幅積分器限幅值＝-(R2/R1)uiIC2：倒相加法器②元件作用D2：禁止負(fù)向輸出,半波整流。D1：負(fù)向輸出時反饋，防止開環(huán)過載。③原理⒉EUB-240邊緣增強(qiáng)電路①組成

IC48、IC49：限幅積分器；IC50：加法器；IC51：三路2選1模擬開關(guān)。②原理電路具有：積分相減——邊緣增強(qiáng)微分相減——邊緣減弱（防止過增強(qiáng)）。③控制ENH/控制開關(guān)，改變參數(shù)，控制邊緣增強(qiáng)程度。開關(guān)與參數(shù)關(guān)系：X→VX；Y→KC；Z→τB超聲作業(yè)一、是非題1．若一臺B超儀的工作頻率為3MHz，則其脈沖重復(fù)頻率為3MHz。2.電子聚焦技術(shù)用在接收時可使回波超聲場發(fā)生會聚作用。3.據(jù)Ｂ型超聲儀的成像原理可知，圖像中越明亮的區(qū)域反映了組織中該區(qū)域的特性阻抗越大。4.介質(zhì)的聲阻抗率越大，其中的聲速越低。

5.可對肺部進(jìn)行超聲檢查。6.M式顯示是運(yùn)動顯示，故探頭要進(jìn)行掃查。7.超聲的工作頻率越高，在人體組織中的作用距離越大。

8．若一臺B超儀的圖像由128根超聲掃線組成，其Ｍ式圖像由這128根掃線之一形成。9.如果超聲換能器背面不加背襯材料而懸空，則將不利于成像。