【李家同】為台灣加油打氣專欄_(110) 工業基礎技術計畫:超音波晶片

張貼者:2017年4月21日 上午1:36台灣精密工程學會   [ 已更新 2017年4月21日 上午1:36 ]

     以我為例,我就照過好幾次超音波的照片,我相信很多懷孕的母親也會有這種經驗,因為超音波技術可以看到在母體內的嬰兒。目前超音波的設備都是向外國買來的,工業基礎技術計畫正在努力要做出一架國內自製的超音波設備。這個設備的架構如圖一:

 

圖一

    超音波設備的原理是首先將電波送到一個超音波接頭裡面去,這個接頭會將電波轉換成聲波。假如我們要對人體照相,聲波就送到人體裡頭去,聲波會反彈回到超音波接頭,超音波接頭又將聲波改變成電波,這個電波會送到超音波晶片,這個晶片將收到的訊號處理以後再送到顯示器上,醫生和病患可以從顯示器上看到照片或者是影片。

    圖二就是一張典型的超音波照相:(:這是實驗用仿體的超音波照相圖)

 

 

圖二

 

    我在這裡要介紹的是超音波晶片的設計,至於整個系統的設計容後再談。

    超音波打入人體以後,如果碰到硬的部分它大部分會強烈地反彈;碰到軟的部分它大部分會穿透而只有少部分會反彈。所以有的時候我們在圖片上看到的是白的,那其實是硬的部分;如果看到的是黑的,那表示聲波沒有反彈,通常這表示聲波已經到了很軟的部分。

    除此以外,我們還要注意一點,那就是聲波碰到物體的表面的時候,反彈得會比較強烈,聲波可以深入物體,這時仍然反彈,可是這個反彈就很微弱。當醫生要看靠近表面組織時,要打出的更高頻率的聲波,而更高頻率聲波更容易衰減,這樣一來反彈訊號又會比較小了。

    所以要使得我們的照片看出表面和內部,我們就要能夠處理極小的反彈信號。小到什麼程度呢?我們的規格是要能夠處理0.0000038v的訊號,這幾乎很像雜訊了,所以我們線路必須要是一個低雜訊線路。要有低雜訊線路是相當不容易的事,因此我們的工程師必須要用非常特別的半導體製程,這是一般設計數位線路的工程師不會用的製程。

    我們的工程師還要克服一個困難,就是晶片必須要是低功率,而且又要是應付高頻率訊號,所以我們的線路設計也要非常特別,幸好這些困難都已經克服了。

    這個計畫開始的時候,這些工程師根本搞不清楚超音波系統是怎麼回事,他們必須慢慢地摸索。可是經過三年以後,這個晶片也已經完成了,而且也在實驗室裡完成了很多的實驗。

    值得一提的是,如果我們要有非常高級的低雜訊線路,我們的製程要更加特別。在先進國家裡,很多大的晶片設計公司都有自己的晶片製造廠,我們國家比較吃虧,我們的晶片設計工程師只能依靠國內標準的製程,如果他們有實驗室可以做很多實驗的話,我們可以有更好的低雜訊晶片。

    我們還是應該讚美這些肯花很長時間努力工作的工程師,他們都是非常對技術有熱情的人,也有能力克服很多的困難,他們也都畢業於我們台灣的大學,可見得我們的大學也是辦得很不錯的。

    當然如果政府沒有工業基礎技術的計畫,這個晶片是絕對做不出來的。

 

 

李家同

清華大學、靜宜大學、暨南大學榮譽教授 

博幼社會福利基金會董事長

 劃撥帳號:22482053

(300)新竹市光復路清華大學資訊工程系 

網站http://erdos.csie.ncnu.edu.tw/~rctlee/article/index.htm
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