伴隨現(xiàn)代技術(shù)的高速發(fā)展，不斷豐富的醫(yī)學影像成像技術(shù)使得醫(yī)學影像從輔助檢查手段變?yōu)楝F(xiàn)代醫(yī)學最重要的臨床診斷和鑒別診斷的方法。根據(jù)Fortune Business Insights的數(shù)據(jù)，2020年，全球醫(yī)學影像市場規(guī)模為361.9億美元，預計到2028年，這一數(shù)字將增長至565.3億美元。以超聲成像為例，該項技術(shù)在20世紀50～60年代開始在臨床應用，先是用于對肝臟病灶測距的A型超聲儀，其次是用于心臟的M型超聲儀，繼之出現(xiàn)適用于全身各部位的B型超聲儀，最后是多普勒及彩色血流顯像。目前，超聲成像以其無創(chuàng)傷、無射線、普及率高、價格低廉、便于床旁檢查等優(yōu)點，成為多種疾病的首選和篩選檢查手段。

然而，隨著超聲設備的功能越來越復雜、精度越來越高，以及對圖像質(zhì)量需求的不斷增加，降低噪聲等影響的措施也就成了超聲成像系統(tǒng)中十分關(guān)鍵的要求。就拿如何提高圖像質(zhì)量來說，關(guān)鍵技術(shù)之一就是提高系統(tǒng)的信噪比 (SNR)，而這一點在電源管理設計中尤為重要。致力于為電源轉(zhuǎn)換應用提供高性能解決方案的高性能半導體產(chǎn)品和方案提供商亞德諾半導體（ADI公司）推出的Silent Switcher 模塊和低噪聲 LDO 技術(shù)可以有效的解決改善超聲設備的系統(tǒng)噪聲和圖像質(zhì)量。 

以往，關(guān)于系統(tǒng)產(chǎn)品們很少直接提內(nèi)部電源噪聲的指標，但往往很多系統(tǒng)問題，最終結(jié)果又和它內(nèi)部電源軌的噪聲是直接相關(guān)的，如上述所說的醫(yī)療影像設備中的圖像質(zhì)量問題。超聲系統(tǒng)中有多種圖像模式，每種圖像模式對動態(tài)范圍的要求也不同，這也意味著 SNR 或噪聲要求取決于不同的圖像模式，由于超聲轉(zhuǎn)換器的頻率通常為 1 MHz 至 15 MHz，因此它會受到此范圍內(nèi)的任何開關(guān)頻率噪聲的影響。對于像醫(yī)療影像這種敏感設備來說，要解決內(nèi)部電源噪聲引起的問題，整個系統(tǒng)中的模擬芯片就需要采用非常干凈的電源來供電。這就要求超聲電源系統(tǒng)在設計時需要考慮開關(guān)頻率、白噪聲、PCB布局等等。

大多數(shù)開關(guān)穩(wěn)壓器使用電阻來設置開關(guān)頻率，該電阻的誤差會在 PCB 上引入不同的開關(guān)額定頻率和諧波。例如，1% 精度電阻在 400 kHz DC/DC 穩(wěn)壓器中提供 ±1% 誤差和 4 kHz 諧波頻率。比較好的解決方案是選擇具有同步功能的電源轉(zhuǎn)換器，外部時鐘通過 SYNC 引腳向所有穩(wěn)壓器發(fā)送信號，以便所有穩(wěn)壓器以相同的頻率和相同的相位切換。此外，一些穩(wěn)壓器具有 20% 的可變開關(guān)頻率，以考慮 EMI 或更高的瞬態(tài)響應，但這會導致 400 kHz 電源中的諧波頻率為 0 kHz 至 80 kHz。具有恒定頻率的開關(guān)穩(wěn)壓器有助于避免這個問題。

ADI公司的 Silent Switcher 電源穩(wěn)壓器和電源模塊系列就具有恒定頻率開關(guān)功能，可在不開啟擴頻的情況下同時保持出色的電磁干擾（EMI）性能以及瞬態(tài)響應。同步降壓型穩(wěn)壓器LT8625S采用第三代Silent Switcher技術(shù)，帶有超低噪聲基準，可以支持 18 V輸入、最大8A的輸出電流。該器件與上一代相比，10Hz到 100kHz的噪聲性能有了很大的提升，這也就給需要大電流超低噪聲的應用帶來可能。通常，輸出電流在3A以下的應用可以用DC/DC加 LDO 的方式去實現(xiàn)，但是很難在市面上找到輸出電流超過3A的LDO。LT8625S是一款DC/DC 的產(chǎn)品，在有很高效率的同時又具有很低的噪聲，因此特別適合一些低噪聲的儀器儀表的應用和醫(yī)療影像設備等。

LT8625S如此強大的功能其實是來自超低噪聲LDO LT3045和采用第二代Silent Switcher技術(shù)的LT864XS，ADI將這兩者的優(yōu)勢相結(jié)合推出了這款LT8625S，該產(chǎn)品可以支持 3v到 18v的輸入，同時有100μA的電流源，還可通過外部的電阻來設定輸出的電壓。頻率范圍可以支持 300 k Hz到 4M Hz，采用小型20引腳4mm×3mm的LQFN封裝，內(nèi)部集成熱環(huán)的電容，最大輸出電流可以支持8A，輸出電壓范圍可以支持0V到6V。另外值得一提的是，無論輸出電壓如何，LT8625S在10Hz到 100kHz的噪聲只有3μV。

傳統(tǒng)上，超聲電源系統(tǒng)工程師應該注意每個開關(guān)穩(wěn)壓器熱回路上的電路和布局設計。對于降壓電路，熱回路包含一個輸入電容、一個頂部 MOSFET、一個底部 MOSFET，以及由布線、布線、邊界等引入的寄生電感。Silent Switcher 模塊具有兩種主要的設計方法——首先，通過創(chuàng)建相反的熱回路，由于是雙向發(fā)射，所以大部分 EMI 將被降低，這種方法將優(yōu)化近 20 dB。其次，Silent Switcher 模塊中的銅柱采用倒裝芯片封裝，不是直接圍繞芯片進行鍵合，這種方式有助于減少寄生電感并優(yōu)化尖峰和死區(qū)時間。此外，Silent Switcher 技術(shù)提供了高功率密度設計，并在小封裝中實現(xiàn)了大電流能力。另外，許多 Silent Switcher 模塊還具有固定頻率、寬頻率范圍和峰值電流架構(gòu)，可實現(xiàn)低抖動和快速瞬態(tài)響應。所以說，Silent Switcher模塊技術(shù)是超聲波電源軌設計的最佳選擇，因為引入它可以有效改善 EMI 和開關(guān)頻率噪聲。

隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展、人口老齡化問題加重，醫(yī)療服務需求也在持續(xù)增加，臨床影像檢查的需求相應快速增長。對于醫(yī)療超聲設備這類精密儀器來說，需要的負載電流也越來越大，

ADI 的 Silent Switcher 電源模塊和 LDO 產(chǎn)品為超聲波電源系統(tǒng)設計提供了一個整體解決方案，可最大限度地降低系統(tǒng)噪聲水平和開關(guān)噪聲，在有助于提高圖像質(zhì)量的同時還簡化了PCB布局設計的復雜性。