高集成度：更多的信號鏈、更小的空間以及更低的功耗

　　一個主要的改進方面就是將越來越多的模擬器件集成在一個芯片上，進而減少系統所需的 IC 數量。就一個典型的超聲波接收鏈而言，每個傳感器可能都需要四個器件，其中三個為放大器。憑借現代設計與工藝，IC 供應商現在可提供將 LNA、VCA 以及 PGA 集成在一個可變增益放大器的器件，最終將芯片數量減少了三分之一。另外，當前的設計通常在每個芯片中都包括多個信號鏈通道，采用 64 引腳 QFN 封裝的一個 IC 封裝就包含了多達 8 個 VGA 通道。這就允許了 VGA 輸出直接進入 ADC 的輸入端，而無需外部無源或有源組件，從而節約了更多的板級空間。在圖 1 中，其他功能模塊（如連續波距陣開關和鉗位電路，特別是對醫學成像系統而言）也被集成到了該器件中。

　　在一個器件中集成多個通道除了外形尺寸優勢以外還有其他諸多優勢。通常，第一個組件都是設計旨在作為一個獨立的實體實現功耗與性能的平衡。雖然設計用于協同工作，但每個組件的性能看起來都要優于系統所需的性能。因此當各個組件協同工作時，每個組件都會向著過性能方向歪曲功耗與性能平衡，從而帶來比期望功耗更高的功耗。

　　但是在多級 IC 中，設計人員可以對電源進行分配，以最大程度地滿足設計要求，從而在不需要電能的模塊上幾乎不浪費什么電能。較新的 VGA 就是一個不錯的例子。由于低噪聲對超聲波成像系統至關重要，因此 LNA 功能對 VGA 設計而言也很重要。其輸入噪聲設置了系統可實現的最低噪聲系數，而其增益又會直接影響后級噪聲的數量，該后級會影響最終的噪聲系數。通過平衡 LNA 級中功耗與性能，我們在提高 VGA 性能的同時便可實現較低功耗設計（請參見圖 2）。 以前的多通道 VGA 借助一條趨勢線在功耗與輸入等效噪聲之間權衡。可以使用每通道僅消耗 75 mW的設計來實現1.2 輸入等效噪聲，或實現 0.7 輸入等效噪聲（如果每通道 150 mW 的功耗不過載功耗預算的話）。但是由于有了非常高效的低噪聲雙極結晶體管 （BJT），當今的 VGA 可以對前端進行優化，從而在每通道僅為 63 mW 的情況下便可實現 0.8 的輸入等效噪聲。這就使得高性能成像系統在越來越小且更加便攜的同時功消耗更低的電能。

　　降低功耗

　　圖 3 隨采樣速率變化的功耗調節示例

　　ADC 也歷經了類似的集成。許多現代設計都具有與 8 通道 VGA 相匹配的 8 個高速 ADC 通道，通常精度在 10～14 位之間，采樣速率在 40～-65 MSPS 之間。通過整合輸出標準（如雙倍數據速率低壓差分信號 （LVDS）），八通道 ADC 減少了每個 ADC 的輸出引腳數量，從而實現了更小的封裝尺寸。這還減少了 ADC 和數字處理引擎之間 I/O 線跡的數量，從而簡化了布局。 例如，8 個12 位 ADC 將需要96 個引腳和線跡來以并行 CMOS 格式輸出其數據。但是在每個 ADC 都使用了一個串行化的 LVDS 對以后，只需要 20 個引腳和線跡就足夠了（ADC 具有 8 個 LVDS 對，每個幀和位時鐘使用一個 LVDS 對）。

　　ADC 雖然大幅降低了功耗，但是不會影響它們在典型醫學成像應用中運行包絡的性能。由于醫學成像應用的噪聲和線性度的約束，高效放大器級通常為諸如鍺-硅之類的內置工藝以充分利用低噪聲 BJT。這些工藝使典型響應頻率（從 DC 至 20 MHz）達到了最佳平衡——低噪聲、低功耗以及高線性度。相反，具有醫學成像所需典型采樣速率的高速 ADC 通常使用 CMOS 工藝進行構建，因為該技術針對 10-14 位精度采樣速率高達 65 MSPS 或以上的轉換器在功耗與性能方面做了很好的權衡。