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張貼日期：2017/4/21 上午 08:36:20
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：(註: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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