超声收发芯片怎么选？从信号链路到场景落地的关键指标

超声收发芯片的核心架构与工作原理

超声收发芯片是超声系统的核心信号链路器件，集成高压脉冲发射器、T/R收发开关、低噪声放大器、可变增益放大器、抗混叠滤波器和ADC，构成完整的模拟前端信号链。发射端需产生幅度高达±100V的脉冲驱动压电换能器产生超声波，接收端回波信号仅±500mV左右，将高压发射与高灵敏度接收集成在同一芯片上是主要设计挑战。

超声收发芯片的应用覆盖医疗成像、工业测距、汽车雷达、流量计量、无损探伤和声纳探测等领域。不同场景的频率跨度极大：工业测距常用40kHz低频方案追求远距离，医疗超声则工作在1MHz~20MHz频段以获取高空间分辨率。

发射与接收链路的信号处理

发射链路通过电平转换和MOSFET驱动，输出±50V到±100V的高压脉冲，峰值电流可达±2A。高端芯片支持三级或五级脉冲波形，通过调整幅度和时序实现发射波束成形，控制超声波聚焦深度和偏转方向。

接收链路以低噪声放大器为起点，等效输入噪声（EIN）是核心指标，医疗超声通常要求低于1nV/√Hz。信号经可变增益放大器进行时间增益补偿，动态调整增益以补偿组织衰减，再由抗混叠滤波器和ADC转换为数字信号进入图像重建。T/R开关在发射阶段隔离高压脉冲保护接收电路，接收阶段以低阻抗导通回波信号。

多通道复用与高压模拟开关

医学超声探头内部有128到512个PZT元件，超声收发芯片通过高压模拟开关实现通道复用：以192通道系统为例，64组收发器经三组模拟开关分时驱动不同PZT组合，完成一帧图像约需50ms。这种架构大幅降低了系统成本和体积。

高压模拟开关选型直接影响系统复杂度。传统方案需额外±100V高压电源偏置，MPS的MP4816A仅需10V单电源，省去了高压电源轨和保护电路。在探头端，模拟开关可将192路同轴电缆减至64根，显著降低材料和装配成本。

医疗超声收发芯片的关键指标

动态范围衡量芯片处理近场强信号到远场弱信号的能力：B模式约70dB，脉冲波多普勒约130dB，连续波多普勒需160dB，考验整个模拟前端在大信号线性度和小信号噪声上的表现。

通道密度方面，TI TX7332集成32通道发射器，ADI AFE系列常见8或16通道，ST STHV64SW达64通道高压开关。通道数越高，BOM成本和PCB面积越低。功耗在便携超声中尤为关键，Butterfly iQ通过CMUT换能器与CMOS收发电路片上集成，整机功耗降至传统设备的1/10以下。

国产超声收发芯片进展

超声收发芯片长期被TI、ADI、ST等国际原厂主导，国产方案正在快速追赶。联影微电子推出UIA5301高速ADC和UIA5601十六通道DAS芯片，面向医疗超声和工业探伤。英尚微电子的UIF7516是16通道五级变送器，集成16路脉冲发生器和收发开关，支持±100V高压脉冲，适用于超声成像、无损检测和声纳系统。极海半导体GURC01是国内首颗内置AFE的超声波传感芯片，面向汽车和工业领域。

在元器件供应链层面，嘉威创盈作为深耕电子元器件行业21年的高端元器件代理与配套服务商，产品库中覆盖了高压模拟开关、脉冲发生器等医疗超声相关IC，代表型号包括SY2642、SY2326、SY2325、SY2322、SY2640等，可协助客户围绕医疗超声芯片进行选型沟通、样片支持和技术资料匹配。对于有国产替代需求的超声设备厂商，嘉威创盈可提供原厂渠道的正品保障和BOM一站式配单服务。

国产芯片的主要挑战包括高压工艺成熟度验证、医疗级供货认证周期和高端多通道良率一致性。但在工业无损检测、流量计量、汽车雷达等认证门槛较低的领域，国产方案已具备商业化条件，采购窗口正在打开。

不同场景的选型要点

选型首先明确工作频率范围，其次评估通道数需求：单通道适合简单测距，多通道适合成像。高压脉冲幅度决定探测深度，接收链路噪声决定最小可检测信号。便携设备需关注每通道功耗和封装尺寸。驱动方式也影响方案复杂度：直接驱动简单但受电源限制，推挽驱动功率更大但阻抗匹配复杂，变压器驱动可实现100Vpp以上激励但增加体积。

技术演进方向

超声收发芯片正沿三个方向演进。集成度从分立方案走向单片32通道全集成AFE，未来趋势是将发射、接收、ADC和部分图像处理集成到单颗SoC。CMUT换能器可直接在CMOS工艺上制造，实现换能器阵列与电路的晶圆级集成，对20MHz以上高频超声尤为关键。AI辅助方面，收发芯片开始集成预处理和特征提取，为下游AI引擎提供更高质量输入。

超声收发芯片的国产化正从"能用"向"好用"过渡。医疗超声国产替代周期较长，但工业检测和汽车传感领域的性价比优势已开始体现。对于有选型和采购需求的工程师，结合实际应用场景对标关键指标，比单纯看品牌更有价值。