优化系统设计提高超声接收机的SNR

接收器增益太大带来的不良影响

对于采用12位ADC的典型接收器，例如MAX2082收发器中集成的接收器，没必要将最大增益增大到44.7dB以上。在这种增益水平下，可获得良好的噪声系数。进一步增大增益也不会相应提高接收灵敏度或噪声系数。

现在很容易明白为什么低SNR的接收器要求更大增益。假设ADC的最大输入范围大致相同，这些接收器中的ADC具有较高的本底噪声；因此，为维持良好的噪声系数，接收器就必须具有更大增益。简言之，如果接收器的SNR低10dB，将需要额外大约10dB的最大增益，才能提供相同的噪声系数性能。

对于从低SNR接收器移植到最大增益较低的高SNR接收器的用户，如果未根据这些变化优化系统，就会产生问题。我们将在下文讨论这种情况的原因。但现在需要考虑为什么需要从根本上限制12位高SNR接收器的最大增益。毫无疑问，我们已经证明在12位高SNR接收器中不需要像10位、低SNR接收器那么高的最大增益。问题依然存在：为什么不提高12位接收器的最大增益和增益范围，以匹配10位接收器，从而最大程度地减少从低SNR移植到高SNR时产生的系统问题？这个问题非常好。答案涉及到VGA的实际设计局限性。

增大VGA的最大增益从本质上造成VGA的输出参考噪声相应增大。设计合理的接收器中，中、低增益时的VGA输出噪声应适当低于ADC噪声。如果是这种情况，中、低增益时的接收器SNR应与ADC SNR大致相同——这正是我们所希望的。不幸的是，如果我们尝试增大VGA最大增益，中、低增益下的VGA输出噪声开始相应增大。当VGA输出噪声达到ADC噪声的水平时，接收器的SNR开始降低。

在带有可调节后级VGA增益放大器(PGA)，以允许用户提高最大VGA增益输出的同类超声接收器中，很容易看到这种现象。仔细观察这些器件的SNR与增益关系曲线，可以发现当VGA工作在高PGA后级放大增益设置时，SNR变差。所以，这些后级增益放大器对改善噪声系数作用很小，益处有限，并对接收器SNR具有明显不利的影响。

系统设计

对整个超声系统进行优化，以支持新器件改善了的SNR，包括数字波束成形器(数字延迟和求和)、数字滤波器、检波器以及压缩映射，如图4所示的超声接收器方框简图。

图4. n沟道超声接收器波束成形方框简图。

如果数字波束成形、滤波器和压缩电路没有足够的动态范围(即足够的位数)，并且/或者用以显示灰度的检波信号的压缩调节不正确，就不能有效利用这些新接收器的高SNR性能。此外，如果这些关键电路已优化用于老式的低SNR接收器，得到结果如同这些新的高SNR接收器没有足够的增益或调节范围。