PCB-Neuigkeiten - Das Klonen von Leiterplatten realisiert die Flexibilität des Ultraschalldesigns

Ultraschall-Subsysteme (wie AD9272/AD9273 integrierter LNA/AAF/ADC und Crosspoint Switch) implementieren einen kompletten TGC-Pfad, der der häufigste Empfangsweg für Ultraschallsysteme ist. Diese beiden Geräte bieten Systemdesignern die Flexibilität, Leistung und Stromverbrauch miteinander in Einklang zu bringen: Der Hochleistungs-AD9272 hat niedrige Geräuscheigenschaften (0,75nV/rt-Hz), und der Low-Power-AD9273 hat eine Abtastrate von 40MSPS. Ein kompletter TGC-Kanal verbraucht nur 100mW. Diese beiden Pin-kompatiblen Geräte verwenden serielle I/O, um eine niedrige Pin-Anzahl zu erreichen. Sie werden alle in einem kompakten 14mm*14mm*1.2mm Paket verwendet. Im Vergleich zu Multi-Chip-Lösungen können sie den Platzbedarf und den Stromverbrauch jedes Kanals um mehr als 33%.

Die meisten Hersteller von Ultraschallsystemen geben zu, dass ihr geistiges Eigentum (IP) in der Sonde- und Beamforming-Technologie liegt. Mehrkanal-Chips werden schnell populäre Geräte. Sie eliminieren den Bedarf an kostenintensiven ASIC-Komponenten und endlosen Anpassungen und Optimierungen einzelner TGC-Pfade, um das Systemdesign zu vervollständigen und ein wenig mehr Leistung oder Stromeinsparungen zu erzielen.

Die Konstrukteure erwägen die weitere Integration weiterer Teile des Ultraschallsystems. Untersuchungen haben gezeigt, dass, wenn sich die elektronische Frontend-Schaltung näher an der Sonde befindet, sie weniger Tastverlust und eine bessere Signalempfindlichkeit produziert, wodurch Systemdesigner die Anforderungen an Frontend-Geräte (wie LNA/VGA) entspannen können. Die Integration dieser Teile der Signalkette hat sich als vorteilhaft erwiesen.

Zwar können mit dieser Systempartitionierungsmethode leistungsstarke Imaging-Systeme implementiert werden, sie ist jedoch aus Sicht der Portabilität, Größe und Stromverbrauch nicht optimal. Das Aufkommen von 4-Kanal- und 8-Kanal-TGC, ADC und DAC ermöglicht eine weitere Reduzierung der Größe und des Stromverbrauchs ohne Leistungseinbußen und bringt so neue Systementwurfsmethoden und neue Lieferanten in diese Märkte. Mehrkanalkomponenten ermöglichen es Designern, Komponenten näher zusammen auf der Leiterplatte zu platzieren, wodurch die Anzahl der Kanäle im System erhöht wird; Sie ermöglichen es Designern auch, empfindliche Schaltungen auf zwei oder mehr Tochterplatinen zu trennen, um ein System zu vervollständigen. Das Design, das die reifen elektronischen Schaltungen, die in vielen Plattformen entwickelt wurden, effektiv wiederverwenden kann.

Hinweis: Wenn die Anzahl der Kanäle steigt, steigt auch der Dynamikbereich. Lärm kann effektiv als irrelevante Komponenten im System behandelt werden. Durch die Verdoppelung der Kanalanzahl im System kann das Rauschen um die Hälfte reduziert und der Dynamikbereich um 3 Dezibel erhöht werden. Daher kann ein 64-Kanal-System im Vergleich zu einem 16-Kanal-System den Dynamikbereich um bis zu 12dB erhöhen.

Diese Methode hat jedoch einige Nachteile: Die Erhöhung der Anzahl der Kanäle kann PCB-Routing zu einem "Albtraum" machen, was in einigen Fällen Designer zwingt, Komponenten mit einer geringeren Anzahl von Kanälen zu verwenden. Dies bringt auch neue Herausforderungen für die Wärmebehandlung für mechanische Konstrukteure mit sich, was nicht nur die Systemkosten erhöht, sondern auch die Lüftergeräusche erhöht.

Obwohl viele Jahre der Forschung und Entwicklung des Ultraschallsystems bedeutende technologische Fortschritte gemacht haben, ist es immer noch sehr komplex. Wie bei anderen komplexen Systemen gibt es viele Methoden zur Systempartitionierung.

Seit vielen Jahren setzen Hersteller diese komplexen Systeme durch die Entwicklung eigener kundenspezifischer ASICs um. Diese Lösung besteht normalerweise aus zwei ASICs, die Time Gain Compression (TGC) und den meisten Komponenten auf dem Rx/Tx Pfad integrieren, wie in 1 gezeigt. Diese Methode war üblich, bevor Multi-Channel VGA, ADC und DAC weit verbreitet wurden. Kundenspezifische Schaltungen ermöglichen es Designern, einige flexible und kostengünstige Funktionen zu integrieren, die im Laufe der Zeit Kostenvorteile zeigen können, da die Integration des größten Teils der Signalkette die Anzahl externer Komponenten minimieren kann. Leider haben ASICs, die auf Photolithographie basieren, im Laufe der Zeit ihre Grenzen hinsichtlich Integration und Stromverbrauch gezeigt. ASIC verfügt über eine große Anzahl von Logic Gates, aber diese digitale Technologie ist nicht optimiert, um analoge Funktionen wie Hochleistungs-ADCs erfolgreich umzusetzen. Darüber hinaus erlauben ASICs aufgrund der begrenzten Anzahl an Lieferanten auch Systemdesignern, nur innerhalb eines kleinen Bereichs zu wählen.

Das obige ist eine Einführung in die Flexibilität des Klonens von Leiterplatten, um Ultraschalldesign zu erreichen. Ipcb wird auch Leiterplattenherstellern und Leiterplattenherstellungstechnologie zur Verfügung gestellt.