1 引言

現代超聲波系統在一個探針中使用多達 256 個傳感器元件。人們對向傳統有繩超聲波探頭添加更多的傳感器元件且同時讓尺寸保持不變的需求不斷增加。此外，對開發便攜式超聲波智能探頭的需求也不斷增加，即在這些探頭中添加更多模擬電路（使之便攜），同時保持探頭尺寸不變（或讓探頭更小）。這些便攜式超聲波智能探頭在設計所有需要的電路方面具有較小的有效空間，并且需要消耗更少的功耗來實現電池供電的便攜性（無繩超聲波智能探頭）。設計高通道數系統的一種方法是使用一個發送器通道驅動每個傳感器元件。但是，超聲波發送器比多路復用器消耗更多的功耗，這妨礙了便攜性；功耗較高的器件自然需要容量較大的電池才能運行相同的時間。此外，與使用發送器和多路復用器的組合相比，高通道數系統中所需的發送器數量占用更大的 PCB 面積。

詳細了解高壓多路復用器如何放入超聲波系統中，如圖 1-1 所示。在這種情況下，多路復用器負責將發送和接收電路連接到傳感器。依次激活多路復用器的通道以驅動探頭元件的順序部分。每個多路復用器通道將發送器的 ±100V 脈沖傳遞給每個壓電式元件。當一個元件隨后接收到來自成像主體的返回信號時，多路復用器還會將這個信號傳遞回接收器電路，用于放大、數字轉換、處理和顯示。

不但較新的便攜式超聲波設備需要多路復用器，而且傳統的超聲波設備也需要多路復用器。以推車超聲波系統為例，在這些系統中，功耗和電路板面積沒有手持式智能超聲波設備那么受限。對于此類系統，電纜和探頭設計是設計高通道數系統的一個限制因素。從廣義上講，每個超聲波探頭元件都需要相應的驅動器信號源。例如，為了保持良好的信號完整性，只有發送器的 256 通道系統要求每個探頭元件的連接電纜中都具有相應的信號和接地線。在包含高壓多路復用器的探頭設計中，可以減小電纜的尺寸。探頭主體中的多路復用器將減少的發送器信號線路由到原來數量的傳感器元件；每個元件的信號源在電纜的導線之間共享，形成更輕、材料效率更高的設計。圖 1-2 展示了 1:2 配置，其中一個發送器通道和接收器通道連接到兩個傳感器元件。

根據多路復用器 IC 的設計，IC 由兩種方式之一供電：高壓電源或低壓電源。TI 的新款多路復用器 TMUX9832 是一款 32 通道 1:1 器件，采用標稱 5V 單端電源供電。與采用專用高壓電源的探頭相比，此配置消除了在探頭內進行高壓隔離的需要。由于所需的電源電壓較低，因此還可降低熱耗散和功率耗散。