專利名稱：用于微束形成器的發(fā)射變跡控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于醫(yī)學(xué)成像的超聲換能器，并且更具體地涉及用于超聲換能器中的變跡(apodization)控制的系統(tǒng)，也就是用于控制特別在子陣列波束形成的情境中的超聲換能器的發(fā)射波束的形狀。
子陣列波束形成或微束形成(microbeamforming)包括對分組成各子陣列的超聲換能器的發(fā)射和/或接收陣列的使用。在此引用以作參考的美國專利No.5,997,479描述了一種微束形成的應(yīng)用，其中多個換能器元件被分組成幾個發(fā)射子陣列，并且接收陣列包括被分組成幾個接收子陣列的多個換能器元件?！?79專利的圖2也示出了連接至發(fā)射子陣列的幾個組內(nèi)發(fā)射處理器，并且其產(chǎn)生被導(dǎo)引進(jìn)入感興趣的區(qū)域的發(fā)射聲束，并且?guī)讉€組內(nèi)發(fā)射處理器連接至接收子陣列。每一個組內(nèi)接收處理器被設(shè)置成從所連接的子陣列的換能器元件接收響應(yīng)于來自發(fā)射聲束的回波的換能器信號。每一個組內(nèi)接收處理器包括延遲及求和所接收的換能器信號的延遲及求和元件。接收波束形成器包括連接至組內(nèi)接收處理器的幾個處理通道，并且每一處理通道包括一個波束形成器延遲和一個波束形成器加法器，該波束形成器延遲通過延遲從所述組內(nèi)接收處理器接收的信號合成來自回波的接收波束，該波束形成器加法器接收并求和來自所述處理通道的信號。
此外，在此引用以作參考的美國專利No.6,013,032描述了另一種微束形成器，其中換能器陣列的每一個子陣列連接至一個子陣列波束形成器，每一個子陣列波束形成器包括一個子陣列處理器和一個連接至該子陣列處理器的輸出端的相移網(wǎng)絡(luò)(見圖2及其說明)。一個基本的波束形成器包括一個求和各波束形成器通道的輸出的求和單元，其中各子陣列波束形成器的輸出被提供至所述各波束形成器通道，從而提供一個表示沿著期望的掃描線接收的超聲能量的波束形成器信號。
在下文中通常使用的術(shù)語“微束形成器”描述了集成于換能器的手柄中的子陣列波束形成器，從而便利于連接至被排列在2D陣列中的非常大量的壓電傳感器元件。當(dāng)與主機架波束形成器和后端顯示子系統(tǒng)相結(jié)合地使用時，這種結(jié)構(gòu)允許實時體成像。替代將子陣列波束形成器的電子裝置集成入換能器的手柄中的情況，所述電子裝置可被設(shè)置于主機架中。術(shù)語“微束形成”也可被應(yīng)用于1D陣列。
在微束形成中，對發(fā)射波述的形狀的控制是多線成像換能器的成功實施的一個重要方面，特別是對于實時體采集，其中需要高階多線成像以達(dá)到充分的體采集率。對發(fā)射波束的形狀的控制是可能的，因為在當(dāng)前超聲換能器中，換能器陣列中的每一元件典型地連接至控制電子裝置，從而每一元件都是單獨可控制的。
此外，在微束形成和包括換能器陣列的其它波束形成應(yīng)用中，僅僅換能器陣列中元件總量的一部分是在任何時候可操作的。這被稱作控制換能器陣列的孔徑。換能器陣列的孔徑指的是在任何時刻處于工作狀態(tài)的換能器元件的結(jié)構(gòu)。換能器中的每一元件的電子控制允許對發(fā)射和接收信號進(jìn)行整形和延遲，以提供用于所執(zhí)行的成像的類型的合適信號。
參照圖8，常常利用多個微束形成器貼片(patch)100構(gòu)造微束形成器，每一微束形成器貼片(或子陣列)100包括至少一個(通常是多個)微束形成器通道102。每一微束形成器通道102連接至一個換能器106，并且包括一個用于驅(qū)動換能器106的微束形成器發(fā)射器104和一個用于接收來自該換能器的信號的微束形成器接收器108。優(yōu)選地，也配備一個延遲110以延遲所接收的換能器信號，并且配備一個控制電路122以激勵發(fā)射器104。關(guān)于微束形成器通道的工作方式的附加細(xì)節(jié)可以在上面討論的專利中找到。因此，微束形成器具有用于每一微束形成器通道102的單獨發(fā)射器，以提供波束導(dǎo)引和聚焦控制。雖然在主機架112上典型地配備附加的發(fā)射器時，但是這些主機架發(fā)射器不用于驅(qū)動換能器106。此外，在主機架112上的接收器116和微束形成器貼片102之間連接同軸電纜114，以使同軸電纜114僅用于接收路徑而不用于發(fā)射路徑。單個電源118經(jīng)由同軸電纜120耦合至全部微束形成器貼片100。
在如圖8中示出的微束形成器中，已知通過控制定時和提供至一些或全部微束形成器通道(通常被稱作“發(fā)射波束形成”)的發(fā)射能量，可以對發(fā)送進(jìn)入被檢查對象的超聲詢問脈沖進(jìn)行整形，以便例如在不同深度下提供高分辨率。類似地，通過電子地改變接收權(quán)重和延遲(稱作“接收波束形成”)，所接收的能量可以被用于形成不同深度下的高質(zhì)量圖像。
已知用于控制換能器元件的一種方式為變跡。超聲換能器孔徑的變跡是從孔徑的中心至孔徑的邊緣逐漸減小發(fā)射幅度和/或接收增益，最終使波束旁瓣電平得到減小。
實踐中，應(yīng)用不同的變跡方法。例如已知利用具有在整個有效孔徑上改變的電源電壓的方波脈沖，并且也已知利用波整形發(fā)射器來應(yīng)用每通道的變跡。通過功率管理部件或各個發(fā)射器中的附加的復(fù)雜度來獲得所述能力。
當(dāng)設(shè)計用于實時3D的微束形成器時，空間是非常珍貴的，因為必須將微束形成器集成電路(IC)裝入換能器的手柄。此外，由于對微束形成器電子裝置的冷卻方面的困難，必須限制功率耗散。如此，微束形成器中的發(fā)射器應(yīng)當(dāng)盡可能簡單和基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)，并且應(yīng)當(dāng)避免對發(fā)射器進(jìn)行復(fù)雜的修改以提供變跡。
現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)中的微束形成器IC利用單極脈沖器，其在每元件的基礎(chǔ)上提供兩個變跡電平，即開或者關(guān)。該系統(tǒng)大都存在顯著缺陷變跡是受限制的，并常常不能提供充分的波束旁瓣控制。因此，提供用于從微束形成器進(jìn)行發(fā)射的新的變跡控制技術(shù)是有利的，所述微束形成器將允許充分的波束旁瓣控制，而不顯著復(fù)雜化必須置于換能器手柄中的電路。
為了控制由換能器產(chǎn)生的聲學(xué)信號，利用具有改變的持續(xù)時間和占空比的簡單方波(矩形波串)類型的電壓激勵信號，一些現(xiàn)有技術(shù)的超聲成像系統(tǒng)驅(qū)動換能器中的陣列元件?，F(xiàn)有技術(shù)已知如何在給出固定或可變的主機架電源的情況下產(chǎn)生這些電壓激勵信號。常常改變電壓或脈沖寬度，以試圖改變聲學(xué)信號的幅度。改變驅(qū)動電壓改變了可被提供來驅(qū)動換能器的總功率，而改變驅(qū)動電壓的脈沖寬度改變了換能器共振的方式，并且不同的聲學(xué)信號幅度是可能的。為了整個陣列的變跡，在每一換能器上具有不同驅(qū)動電壓的工作效果良好。然而，對于那些被命令輸出低電壓的驅(qū)動器，驅(qū)動器電路自身耗散了大量的能量，因為輸出電壓和系統(tǒng)高電壓總線可能會是非常不同的。對于微束形成器，這種低效率是不能容忍的(因為相關(guān)的探頭加熱)，因此提供一種允許不同的輸出電壓脈沖的有效驅(qū)動技術(shù)將是有利的。
為了產(chǎn)生到換能器的方波電壓脈沖，發(fā)射器需要充當(dāng)大量電流的電流源(source)或電流宿(sink)，以便對與該換能器相關(guān)的電容進(jìn)行充電。不幸的是，通過上拉和下拉MOSFET裝置的電流直接與它們的寬度成比例，因此需要非常大(寬)的裝置來充當(dāng)大電流的電流源或電流宿。由于在微束形成器中空間是非常珍貴的，因此開發(fā)一種不需要大驅(qū)動器電流、從而可以使用較小裝置的脈沖技術(shù)將是有利的。
換能器設(shè)計的現(xiàn)有技術(shù)中已知提供至換能器的電流與該換能器的表面的速度成比例，并因此與在發(fā)射到其中的介質(zhì)中產(chǎn)生的壓力(聲學(xué)幅度)成比例。為改變整個陣列的變跡，可以利用換能器驅(qū)動電流的該靈敏性，同時保持微束形成器的相對小的尺寸。
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于對由微束形成器驅(qū)動的超聲換能器陣列進(jìn)行變跡控制的新系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是利用與多個脈沖器電源電壓相結(jié)合的上拉/下拉裝置，提供一種用于對由微束形成器驅(qū)動的超聲換能器陣列進(jìn)行變跡控制的新的系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一目的是利用用于驅(qū)動超聲換能器的多個可開關(guān)電流源來提供變跡控制。
本發(fā)明的又一目的是利用在改變的時間量內(nèi)驅(qū)動超聲換能器的一個或多個可開關(guān)電流源來提供變跡控制。
為了實現(xiàn)這些目標(biāo)和其它目標(biāo)，依據(jù)本發(fā)明的用于微束形成器的變跡控制的系統(tǒng)包括被分組或配置成多個微束形成器貼片的多個微束形成器通道，每一微束形成器通道包括到換能器的連接、用于激勵換能器的微束形成器發(fā)射控制和驅(qū)動器電路、用于接收換能器信號的微束形成器接收器和通常用于延遲所接收的換能器信號的延遲。每一貼片中的各微束形成器發(fā)射器連接至一個公共電源節(jié)點，但具有單獨的定時控制電路。主機架波束形成器具有多個主機架通道，每一主機架通道包括主機架接收器和用于發(fā)射脈沖電壓的主機架發(fā)射器。每一微束形成器貼片連接至各自的主機架通道，例如通過連接至貼片的公共節(jié)點的電纜，從而使主機架接收器輸入來自微束形成器接收器數(shù)據(jù)路徑的貼片的信號。
存在用于實現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)的幾種不同的方法，并且其中包括提供到各微束形成器貼片的各唯一電源電壓連接，或者提供各唯一驅(qū)動器電子裝置，以控制驅(qū)動到/驅(qū)動自每一相關(guān)換能器的電流。第一技術(shù)利用主機架發(fā)射驅(qū)動器來為每一貼片提供不同的高壓電源，所述高壓電源然后被用于將該貼片中的各單獨換能器驅(qū)動至不同的電壓。第二技術(shù)在主機架中配置連接至一個或多個微束形成器貼片的多個可變高壓電源(與主機架發(fā)射驅(qū)動器分離或除主機架發(fā)射驅(qū)動器之外)。第三技術(shù)利用一個用于全部微束形成器貼片的單個固定高壓電源，但提供每貼片或每換能器的不同的電流驅(qū)動輸出，以控制所發(fā)射的聲學(xué)波形的幅度。最后，第四技術(shù)利用一個用于全部微束形成器貼片的單個固定高壓電源和單個電流驅(qū)動輸出，但是向各換能器聲明(assert)的電流的時間的長度是可變的，以將變化的電功率量積蓄至換能器，從而激勵不同的聲學(xué)幅度?？梢詥为毜鼗蛟诟鞣N組合中使用和實施這些技術(shù)，以實現(xiàn)具有各種驅(qū)動能力的多種不同微束形成器發(fā)射器結(jié)構(gòu)。為提供對超聲換能器陣列的變跡控制，每一技術(shù)完成了本發(fā)明的目標(biāo)，下面將對這些內(nèi)容進(jìn)行概括。
用于對微束形成器陣列應(yīng)用變跡的第一技術(shù)利用主機架波束形成器中的各主機架發(fā)射驅(qū)動器向每一貼片提供不同的高壓電源，所述高壓電源然后被用于驅(qū)動各單獨的換能器。每一微束形成器通道中的定時控制電路確定該貼片中的相關(guān)的微束形成器發(fā)射器在什么時候激勵換能器。在該結(jié)構(gòu)中可以任意改變主機架發(fā)射器通道電壓，并因此可以任意改變貼片電源電壓，因為主機架發(fā)射器被設(shè)計成提供一個寬范圍的輸出電壓?？蓪⒚恳恢鳈C架通道中的發(fā)射器設(shè)置成由微束形成器發(fā)射器在每一發(fā)射脈沖串的持續(xù)時間內(nèi)發(fā)射單極脈沖，以使由各微束形成器發(fā)射器驅(qū)動的脈沖具有等于來自該主機架通道的單極脈沖的幅度。以該方式，各主機架發(fā)射器變成用于該微束形成器中的各發(fā)射器的貼片的可變電源。
該第一技術(shù)的復(fù)雜細(xì)節(jié)包括發(fā)射事件與接收事件的分離，發(fā)射事件固有地是高電壓，而接收事件固有地是低電壓。具體而言，為了避免發(fā)射器噪聲污染接收數(shù)據(jù)路徑，在各微束形成器發(fā)射器和電纜之間配備二極管，并在電纜和各主機架發(fā)射器之間配備二極管。此外，為了在發(fā)射器操作時保護(hù)接收器，可以在從各微束形成器接收器的輸出路徑和主機架接收器的輸入路徑中配備諸如開關(guān)的保護(hù)裝置。
通過經(jīng)由主機架發(fā)射器向每一貼片提供一個獨立電源電壓，每一貼片可以發(fā)射不同幅度的波形，并從而提供對發(fā)射波束的增強整形。
在本發(fā)明的另一實施例中，所述貼片被分組為多個群集(cluster)，每一群集優(yōu)選地包括多個貼片。通過多個單獨可調(diào)節(jié)的電源(或主機架發(fā)射器)從主機架向各微束形成器發(fā)射器供電，并且每一群集連接至對應(yīng)的電源，比如通過電纜。施加至每一群集的電源電壓是獨立可調(diào)節(jié)或獨立可設(shè)置的，例如對于每一脈沖重復(fù)間隔調(diào)節(jié)或設(shè)置到不同的電壓。
盡管不通過上面實施例中的專用電源向每一微束形成器貼片中的各發(fā)射器供電，但是通過一個公共電源并通過將各微束形成器貼片適當(dāng)?shù)胤峙涞礁魅杭瘉硐蚋魑⑹纬善髻N片的群集供電，從而可以有效并有利地控制發(fā)射波束的形狀。在不顯著增加向不同貼片發(fā)射器供電所需要的電纜數(shù)量的情況下消除二極管和開關(guān)是本實施例的首要優(yōu)點。
該實施例的一個直接明了的擴展是在各微束形成器發(fā)射器中包括高壓開關(guān)(或其它開關(guān)裝置)，其可以從少量的主機架供電的高壓功率軌中作出選擇。也就是說，不是將各貼片或微束形成器通道群集在一起以共享一個公共高壓電源，而是每一微束形成器通道可以包括一個或多個高壓開關(guān)，以從少量的功率軌中選擇?？梢栽谥鹜ǖ赖幕A(chǔ)上選擇要使用哪個功率軌、從而選擇所施加的驅(qū)動電壓，并且對于每一脈沖重復(fù)間隔可以作出不同的選擇。
在本發(fā)明的第三實施例中，可以特別設(shè)計各微束形成器發(fā)射驅(qū)動器，以便利用一個可變電流源(而不是電壓源)來驅(qū)動特定的換能器。與必須能夠驅(qū)動多種不同類型換能器的主機架發(fā)射器不同，可以為了最佳地、有效地驅(qū)動特定換能器而設(shè)計各微束形成器發(fā)射器。如此，可以使用每一微束形成器發(fā)射器中的多個可開關(guān)的電流源和電流宿來驅(qū)動該換能器，其中較高的電流激勵較大的聲學(xué)幅度，并且較小的電流激勵來自換能器的較小的聲學(xué)幅度。利用為全部微束形成器通道所共有的單個高壓電源可以實現(xiàn)這些變跡技術(shù)。此外，通過選擇特定源電流和宿電流而進(jìn)行的變跡控制可以容易地在每個微束形成器通道下實現(xiàn)，而不是被分組成貼片或者貼片群集。
本發(fā)明的該實施例包括多個可開關(guān)的電流源，每一個所述電流源包括串聯(lián)開關(guān)和上拉裝置以及多個可開關(guān)的電流宿，每一電流宿包括串聯(lián)開關(guān)和上拉裝置?？砷_關(guān)的電流源和電流宿的這種結(jié)構(gòu)對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員已知為電流模式數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)。前述上拉裝置可以是PMOSFET(也稱為PMOS)裝置，所述PMOSFET裝置被偏置，以提供從高壓電源至換能器的恒定電流。所述PMOSFET裝置也可以被偏置關(guān)斷，從而充當(dāng)開關(guān)，或者可以串聯(lián)配置一個單獨的PMOSFET裝置，以實現(xiàn)開關(guān)功能。類似地，下拉裝置可以是NMOSFET(也稱為NMOS)裝置，所述NMOSFET裝置被偏置，以提供從換能器至地(或負(fù)電源)的恒定電流。所述NMOSFET裝置也可以被偏置關(guān)斷，從而充當(dāng)開關(guān)，或者可以串聯(lián)配置一個單獨的NMOSFET裝置，以實現(xiàn)開關(guān)功能。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員已知PMOS和NMOS裝置的電流承載能力與它們的寬度成比例，并且也是所施加的柵極偏置的函數(shù)。因此，在本實施例中，微束形成器發(fā)射器將優(yōu)選地包括少量的PMOS和NMOS裝置，所述少量的PMOS和NMOS裝置可被選擇性地啟用(通過它們的柵極偏置)，以向每一換能器或者從每一換能器提供不同的驅(qū)動電流。為了最大的效率，上拉和下拉裝置可以不同時傳導(dǎo)電流，然而不同的、不那么高效的操作模式也是可能的。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例的正常操作過程中，啟用PMOS裝置的一個所選擇的子集，以便驅(qū)動換能器?？梢詥为毜卦诿恳晃⑹纬善魍ǖ郎峡刂票粏⒂玫难b置的數(shù)量，從而控制可用驅(qū)動電流。優(yōu)選地，啟用PMOS裝置的持續(xù)時間近似地是將要激勵的聲學(xué)信號的波長的四分之一。隨后，NMOS裝置的所選擇的子集將被啟用，以對換能器進(jìn)行放電，其持續(xù)時間近似等于所激勵的聲學(xué)信號的波長的四分之一。然而需要注意，如果所選擇的上拉和下拉電流不是相等的，則上拉和下拉事件的持續(xù)時間可能不是相等的。在換能器上產(chǎn)生的電壓是所施加的驅(qū)動電流和換能器電容的函數(shù)，但它通常將斜升至某一電壓，隨后斜降。由驅(qū)動器電流和換能器電容限定這些斜坡的斜率。
本發(fā)明的該實施例的關(guān)鍵部分是在上拉和下拉事件過程中，驅(qū)動電流是可編程的，但這些事件的持續(xù)時間是固定的(對于特定的期望的聲學(xué)頻率)。也就是說，為了實現(xiàn)在整個陣列上的不同變跡電平，每一微束形成器通道可以在指定的上拉和下拉持續(xù)時間內(nèi)驅(qū)動不同的電流，所述指定的上拉和下拉持續(xù)時間在全部通道中是公共的。各通道驅(qū)動換能器的時刻取決于期望的延遲，并且被驅(qū)動至各換能器的所選擇的電流取決于期望的變跡。
對上面的實施例的一個直接明了的擴展是提供本發(fā)明的又一個實施例，其中在每一微束形成器通道上配置一個上拉裝置和一個下拉裝置，以便在根據(jù)整個陣列上的期望變跡而改變的持續(xù)時間內(nèi)驅(qū)動換能器。該脈沖寬度調(diào)制方法改變了啟用上拉和下拉裝置的時間量，并因此控制被輸送至換能器的總功率。所得到的聲學(xué)波形幅度將粗略地與所施加的電流脈沖的寬度成比例。
該實施例和先前的多電流實施例之間的關(guān)鍵差別是控制微束形成器發(fā)射器的方式。在多電流實施例中，變跡功能指定電流設(shè)置，但脈沖上升和脈沖下降序列在全部通道中是相同的(雖然所述序列的開始時間在各通道之間不同)。在該實施例中，變跡功能指定上升和下降事件的脈沖寬度，但上拉和下拉電流在全部通道中是相同的(同樣，所述序列的開始時間在各通道之間不同)。明顯地，在這些實施例之間存在定時控制復(fù)雜度方面的折衷，并且必須相對于高壓電流源復(fù)雜度(尺寸)差別對此進(jìn)行折衷。
對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員顯而易見的是，這些實施例當(dāng)中的每一個構(gòu)成了可以以各種不同配置相組合的新穎電源連接范例、高壓驅(qū)動器電流設(shè)計和驅(qū)動器定時控制技術(shù)。取決于具體應(yīng)用和實施約束條件，這些不同的實施例或其組合當(dāng)中的一個可能是最佳的或理想的?？梢岳斫?，本發(fā)明覆蓋了所述的各單獨實施例及其任意組合。
參照與附圖相結(jié)合的下面的描述可以更好地理解本發(fā)明及其進(jìn)一步的目的和優(yōu)點，其中相同的附圖標(biāo)記表示類似的元件，并且其中

圖1是依據(jù)本發(fā)明利用變跡控制的超聲換能器的微束形成器部分的第一實施例的示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明利用變跡控制的超聲換能器的微束形成器部分的第二實施例的示意圖；圖3是示出了依據(jù)本發(fā)明第二實施例將各微束形成器貼片分組成各群集的一種可能分組方式的圖示；圖4A是依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動電壓控制電路的第一實施例的示意圖4B是依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動電壓控制電路的第二實施例的示意圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明的第一驅(qū)動電流控制電路的示意圖；圖6是依據(jù)本發(fā)明的第二驅(qū)動電流控制電路的示意圖；圖7是依據(jù)本發(fā)明的第三驅(qū)動電流控制電路的示意圖；以及圖8是現(xiàn)有技術(shù)超聲換能器的微束形成器部分的示意圖。
下面描述用于超聲換能器的微束形成器的變跡控制的幾種技術(shù)。這些技術(shù)的共同目標(biāo)是，通過調(diào)節(jié)被提供至每一換能器或被提供至微束形成器貼片中的多個換能器的驅(qū)動電壓或驅(qū)動電流來提高對發(fā)射波束進(jìn)行整形的能力?？梢元毩⑹褂眠@些技術(shù)，或者在可能的程度下彼此組合地使用這些技術(shù)。
在用于如圖1所示的微束形成器的變跡控制的系統(tǒng)的第一實施例中，被提供至每一微束形成器貼片的電壓是可調(diào)節(jié)的。超聲成像系統(tǒng)的主機架波束形成器10包括多個主機架通道12，每一主機架通道12包括一個主機架發(fā)射器14和一個主機架接收器16。同軸電纜18將每一主機架通道12連接至對應(yīng)的子陣列波束形成器(在此也稱為微束形成器貼片20)。每一貼片20包括多個微束形成器通道22，每一個所述微束形成器通道包括一個微束形成器發(fā)射器24、一個發(fā)射器定時控制電路24A、一個由來自該微束形成器發(fā)射器24的信號驅(qū)動的換能器26、一個接收來自該換能器26的信號的微束形成器接收器28和一個延遲元件30A。取代同軸電纜18，可以使用如本領(lǐng)域已知的其它電纜和電連接部件。也常常為微束形成器發(fā)射器24配備一個延遲元件30B。
每一主機架發(fā)射器14經(jīng)由電纜18提供電源電壓至對應(yīng)的貼片20。因此，主機架發(fā)射器14和主機架接收器16都經(jīng)由節(jié)點32連接至電纜18。通過耦合每一個主機架發(fā)射器14至對應(yīng)的貼片20，一個單獨可調(diào)節(jié)的電壓可被提供至每一貼片20的微束形成器通道22中的各微束形成器發(fā)射器24，從而允許對每一貼片20中的各微束形成器通道22進(jìn)行控制，并且提供對由每一貼片20中的換能器26產(chǎn)生的發(fā)射波束的任何期望的整形。
在操作中，至少在每一發(fā)射脈沖串的持續(xù)時間內(nèi)，由主機架發(fā)射器14發(fā)射單極脈沖至微束形成器貼片20，更具體地說是發(fā)射至每一微束形成器貼片20中的各微束形成器發(fā)射器24。由每一微束形成器貼片20中的各微束形成器發(fā)射器24間歇地施加該單極脈沖的電壓，以產(chǎn)生到每一微束形成器貼片20中的各換能器26的單極脈沖。在每一個微束形成器通道22內(nèi)唯一地并且單獨地控制各微束形成器發(fā)射器24將換能器26驅(qū)動至高或低的時刻以及出現(xiàn)多少這種脈沖，但通過由主機架發(fā)射器14所施加的電壓來設(shè)置所述脈沖的幅度，該電壓對于一個貼片內(nèi)的全部微束形成器發(fā)射器24來說是相同的。因此，主機架發(fā)射器14和微束形成器發(fā)射器24都有助于用于換能器26的驅(qū)動信號。
在主機架通道12和微束形成器貼片20中，與發(fā)射器電源分支串聯(lián)地添加二極管34，以在接收模式過程中使主機架發(fā)射器14和微束形成器發(fā)射器24與信號路徑隔離。盡管如圖1中所示，在每一微束形成器貼片20中設(shè)置一組二極管34，以在接收模式過程中使該微束形成器貼片中的全部微束形成器發(fā)射器24與信號路徑隔離，但是可替代地，可以使用幾組二極管。在主機架發(fā)射器14和節(jié)點32之間的每一主機架通道12中設(shè)置第二組二極管34。取代二極管34，如本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員已知的那樣，可以使用其它隔離裝置。
在主機架通道12和貼片20中，在接收器分支中配備開關(guān)36，以添加對主機架接收器16的輸入和微束形成器接收器28的輸出的高壓保護(hù)，從而使它們可以經(jīng)得起發(fā)射事件。盡管如圖1中所示，在每一貼片20中的每一微束形成器通道22中設(shè)置一個開關(guān)36，在貼片20中可以使用多開關(guān)的替代設(shè)置，只要將高壓保護(hù)添加至微束形成器接收器28的輸出即可。
依據(jù)本發(fā)明的用于變跡控制的系統(tǒng)的另一實施例具有比在圖1中示出的實施例更簡單的結(jié)構(gòu)，其中它不需要附加的二極管和接收器輸入/輸出保護(hù)(例如開關(guān))。盡管二極管的設(shè)置和接收器輸出保護(hù)提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)變跡控制技術(shù)的優(yōu)點，但它添加了附件部件和控制復(fù)雜度。
現(xiàn)在參照圖2，該實施例不提供用于每一貼片20的單獨變跡，而是提供用于貼片20的多個離散組或群集38A、38B(在圖2中僅示出其兩個)的獨立變跡。在該實施例中，貼片20被分組成多個群集38A、38B，至少其中一個(并且可能是全部群集38A、38B)具有多個貼片20。每一群集38A、38B具有電源電壓40A、40B，所述電源電壓40A、40B使得群集38A中的各貼片20的發(fā)射電壓能夠獨立于其它群集38B中的各貼片20的發(fā)射電壓。在圖2中，為了簡化，在每一貼片20中僅示出一個微束形成器通道22，但可以理解，每一貼片20包括多個微束形成器通道22(例如如圖1中所示)。
同軸電纜42將每一電源電壓40A、40B連接至對應(yīng)群集38A、38B的節(jié)點44，該節(jié)點被硬布線至該群集中的每一貼片20的各微束形成器發(fā)射器24。取代同軸電纜42，可以使用其它電纜或電連接部件。
該實施例影響了微束形成器IC體系結(jié)構(gòu)，其必須被設(shè)計成提供多個單獨電源至管芯(但僅提供一個至每一貼片)，并以提供有用變跡的方式設(shè)置各單獨電源。例如，圖3描述了用于將各貼片20分配到群集38的可能設(shè)置，其中使用16個管芯以用于形成集成電路46、48(雙線描繪了16個IC之間的邊界)。128個貼片20被分組成8個群集38(通過編號)。中心兩行中的四個IC 46利用全部八個電源，而其它IC 48利用較少的電源。然而，如果用于每一貼片20的電源電壓在這種情況下可作為輸入引腳/焊盤而獲得，則IC 46、48仍可以是相同的，可以在IC 46、48之間的互聯(lián)級別下以及在更容易定制的電纜線路下將電源電壓分配給每一貼片20。因此，在該實施例中，多個專用電源被硬布線至群集38，每一個所述群集包括至少一個(并優(yōu)選是多個)貼片20。
在主機架中提供的電源電壓40A、40B可以是用于提供可調(diào)節(jié)功率至微束形成器發(fā)射器24的任何已知結(jié)構(gòu)。
依據(jù)本發(fā)明的用于變跡控制的系統(tǒng)的另一實施例具有被提供至每一微束形成器發(fā)射器的少量高壓軌(例如兩個)。當(dāng)發(fā)射器驅(qū)動相關(guān)的換能器時，可以命令該發(fā)射器在這些電源之間進(jìn)行選擇。如圖4A所示，兩個HV軌88、90連接至單個PMOS上拉裝置或晶體管92A。HV軌88(表示為HV1)具有比HV軌90(表示為HV2)更高的電壓。在HV軌88和上拉裝置92A之間插入高壓開關(guān)94，同時在HV軌90和上拉裝置92A之間插入二極管96。上拉裝置92A在節(jié)點98處連接至換能器26。下拉裝置或晶體管92B連接至節(jié)點98，以對換能器26進(jìn)行放電。
通過將HV2設(shè)置在一個低于HV1的電壓處，可以在每元件(或每貼片)的基礎(chǔ)上通過激活該單個開關(guān)94來選擇任一電壓源，以便產(chǎn)生具有由所選擇的任一電壓源設(shè)置的幅度的單極脈沖。在一個可能的操作實施例中，發(fā)射孔徑的外圍附近的各換能器26將具有所選擇的較低的HV2電源。二極管96也可以是類似于開關(guān)94的開關(guān)，但需要附加電路以接通該裝置。通過包括與開關(guān)94并聯(lián)的附加的開關(guān)和相關(guān)電源，可以支持多于兩個的HV電源。
取代將兩個HV軌連接至單個上拉裝置(如圖4A所示，其中一個經(jīng)由開關(guān)，另一個經(jīng)由二極管)，對于每一HV軌88、90可以使用單獨的上拉裝置92A，如圖4B所示。上拉裝置92A在該實施例中充當(dāng)開關(guān)，因此不需要單獨的開關(guān)(圖4A中的元件94)。
在將電壓提供至各微束形成器發(fā)射器24的全部情況中，可以應(yīng)用如圖4A所公開的技術(shù)，其利用上拉裝置提供多個電壓源和各電壓源之間的開關(guān)。因此，可以與參照圖1至3在上面所討論的電源群集技術(shù)一起使用該技術(shù)。例如，可以對每一貼片提供兩個或多個HV軌電源，以允許在各HV電源之間切換被提供給該貼片的電壓。以這種方式，可以在逐貼片的基礎(chǔ)上將任何電源電壓用于特定的發(fā)射孔徑。此外，可以提供多個HV軌電源至單個貼片20中的每一微束形成器發(fā)射器24，從而可以在逐換能器26的基礎(chǔ)上將任何電源電壓用于特定的發(fā)射孔徑。
在本發(fā)明的一些實施例中，為了調(diào)節(jié)到換能器26的驅(qū)動信號，除了或取代調(diào)節(jié)到各微束形成器發(fā)射器24的電壓，可以調(diào)節(jié)由各微束形成器發(fā)射器24提供的驅(qū)動電流。在傳統(tǒng)的微束形成器中，僅調(diào)節(jié)由各微束形成器發(fā)射器24提供的電壓。然而，通過利用驅(qū)動電流模型，利用了換能器26對電流的敏感性。也就是說，不是只利用電壓激勵(具有無限制的電流)來驅(qū)動換能器26，而是在所涉及的電壓能被換能器26允許的程度下利用電流來驅(qū)動換能器26。以這種方式，可以形成非常小的驅(qū)動器電路，并且可以將其集成到緊近換能器26設(shè)置的IC中。在這種高度集成的微束形成器中，不需要在驅(qū)動電路和將要被充電和放電的換能器26之間插入大電纜，從而進(jìn)一步提高了依據(jù)本發(fā)明的微束形成器的效率。
用于本發(fā)明的驅(qū)動電流電路通常包括可開關(guān)的電流源和電流宿，其允許被提供至換能器26的電流出現(xiàn)變化。由于進(jìn)入換能器26或從換能器26出來的電流粗略地對應(yīng)于聲速，所以通過改變驅(qū)動電流可以合成不同的聲學(xué)信號。
在圖5中示出電流控制的超聲微束形成器發(fā)射器24的第一實施例，并且其包括一個具有多個可開關(guān)電流源的數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)單元50，每一個所述電流源包括在一端連接至輸入電壓的上拉裝置52和連接至該上拉裝置52的另一端的對應(yīng)開關(guān)54。各開關(guān)54經(jīng)由輸出節(jié)點56連接至換能器26。換能器26是大體上是電容性的，因此通過電容器58表示。以二元方式控制各開關(guān)54，以便提供高達(dá)8個不同的電流輸出，當(dāng)各電流輸出通過上拉裝置52時，在輸出節(jié)點56處提供8個不同的電流。
鑒于換能器26的電容，如果啟用任何上拉裝置52，則在負(fù)載兩端產(chǎn)生的電壓持續(xù)增長。為了對電容器58進(jìn)行放電，提供多個可開關(guān)的電流宿，每一電流宿包括下拉裝置60和對應(yīng)的開關(guān)62?？刂扑鲭娏魉蓿蕴峁└哌_(dá)8個不同的放電電流。為了最佳的效率，有利地是不允許上拉裝置52和下拉裝置60同時被啟用。輸出節(jié)點56處的電壓是轉(zhuǎn)移到電容器58的板上并從其上轉(zhuǎn)移走的累積電荷的函數(shù)，并因此其是電流52和60以及啟用這些裝置以驅(qū)動節(jié)點56的持續(xù)時間的函數(shù)。
上拉裝置52和下拉裝置60可以是在飽和狀態(tài)下工作的高壓MOSFET裝置。通過“ON(接通)”的MOSFET的電流與它的寬度成比例。如此，為了實現(xiàn)DAC單元50，需要三個高壓PMOSFET上拉裝置52，其優(yōu)選地具有不同的寬度，例如具有寬度1x、2x和4x，并且需要三個具有相應(yīng)寬度(1x、2x和4x)的NMOSFET下拉裝置60?？商娲兀c公共柵極連接并聯(lián)的多個上拉或下拉裝置可以用于提供這些不同的驅(qū)動電流。對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說，控制MOSFET裝置52、60的柵極的方式和可以獲得類似的上拉和下拉電流的方式將是容易確定的。對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說同樣顯而易見的是，如果電流源/電流宿MOSFET裝置52、60的柵極本身被驅(qū)動以禁止電流流向節(jié)點56或從節(jié)點56流出，則可以去除串聯(lián)開關(guān)54、62。本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員已知的其它上拉和下拉裝置(例如雙極型晶體管)也可以用于DAC單元50。
應(yīng)用驅(qū)動電流控制電路的DAC單元50的前述結(jié)構(gòu)對于控制超聲換能器(特別是微束形成器換能器)特別有利，因為DAC單元50比可比較的電壓控制電路(其需要大的源/宿電流)占據(jù)較小的尺寸，并具有更合適的功率限制。另一優(yōu)點是，由于不存在驅(qū)動器和微束形成器換能器之間的調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)或電纜電容(在標(biāo)準(zhǔn)的電纜連接的換能器中有)，所以聲學(xué)響應(yīng)是更可預(yù)測的。
驅(qū)動電流控制電路的另一個修改是基于這樣的認(rèn)識提供至各換能器26的總功率、并因此被發(fā)射進(jìn)入主體的總功率不僅是驅(qū)動電流的函數(shù)，而且是時間的函數(shù)。因此，可以使用高壓DAC單元(比如參照圖5在上面所述的DAC單元50)，其利用脈沖寬度調(diào)制控制來產(chǎn)生不同的發(fā)射波形。也可以將脈沖寬度調(diào)制概念與單個電流源/電流宿對一起使用，其中聲明這些電流的時間可以控制輸出聲學(xué)幅度。
圖6示出了應(yīng)用脈沖寬度調(diào)制的DAC單元70。DAC單元70包括單個上拉裝置72和單個下拉裝置74，每一個所述裝置被提供有恒定的電流，并且被啟用不同的時間量。這為連接至輸出節(jié)點76的換能器提供了可以合成不同波形幅度或形狀的不同電流脈沖。
提供了一個控制計算機或處理器78，以便指定對應(yīng)于控制變化的事件或者對應(yīng)于成像處理的每一線和幀的事件，并且也可以任選地產(chǎn)生這種事件?？刂朴嬎銠C78將所需要的事件命令引導(dǎo)至定時發(fā)生器80，并可選地引導(dǎo)至各主機架發(fā)射器。各主機架發(fā)射器可以經(jīng)由電源軌以及在上面所述的任何結(jié)構(gòu)中提供全功率波形至DAC單元70。所述超聲成像系統(tǒng)也可以包括用于為提供本領(lǐng)域已知的期望發(fā)射波形而產(chǎn)生事件命令的其它部件。
定時發(fā)生器80確定每一個脈沖串中的脈沖數(shù)量、脈沖群頻率、脈沖寬度和延遲(用于聚焦)，并產(chǎn)生合適的定時信號，所述定時信號將使得DAC單元70在接收到該定時信號后從電源產(chǎn)生期望的波形。
更具體地說，定時發(fā)生器80產(chǎn)生一個用于開關(guān)82、84的定時信號或脈沖寬度調(diào)制信號。開關(guān)82接通或關(guān)斷的程度(也就是開關(guān)82接通的時間)確定來自上拉裝置72的電流脈沖的寬度。開關(guān)84接通或關(guān)斷的程度(也就是開關(guān)84接通的時間)確定通過下拉裝置74到地的電流脈沖的寬度。
所示出DAC單元70具有單個上拉裝置72和單個下拉裝置74。如圖7所示，也可以構(gòu)造具有多個上拉和下拉裝置的DAC單元86，以便提供多個不同的電流。因此，如果MOSFET裝置被用作上拉裝置72和下拉裝置74，則各MOSFET裝置的寬度是不同的，例如所示出的x、2x。以這種方式，通過打開和閉合開關(guān)82、84的不同組合提供不同的電流。
當(dāng)上拉和下拉裝置72、74驅(qū)動換能器時，這些裝置72、74的定時的控制是復(fù)雜的，但可被本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員確定。電容性負(fù)載應(yīng)當(dāng)被從一個通道至下一通道適當(dāng)?shù)乜刂?，從而可以獲得一致的聲學(xué)輸出。
當(dāng)在微束形成器發(fā)射器24的輸出處產(chǎn)生的電壓沒有達(dá)到高壓電源軌(HV軌)時，參照圖4-6在上面討論的電流模式定標(biāo)/變跡技術(shù)是適當(dāng)?shù)?。?dāng)輸出電壓逼近HV軌的電壓時，PMOSFET上拉裝置72脫離飽和狀態(tài)，并當(dāng)HV軌等于換能器26上的電壓時，最終停止傳導(dǎo)電流。因此，這是一個缺陷當(dāng)換能器電壓一直充電到HV軌時，電流調(diào)制和電流脈沖寬度調(diào)制技術(shù)是無效的。然而，為了最大化聲學(xué)功率輸出，盡可能地充電到接近HV軌是期望的。由于在驅(qū)動器電流和實際元件負(fù)載中固有地存在一些不確定性，所以獲得最大輸出聲學(xué)功率、同時仍然具有對發(fā)射波形的良好控制是非常困難的。
參照圖5-7在上面討論的電流模式技術(shù)對元件負(fù)載和導(dǎo)致操作缺陷的驅(qū)動器可變性是敏感的，因此不適用于全部應(yīng)用。為了克服這些缺陷，在圖1-4中較早提出的電源(電壓源)控制技術(shù)也可以與上面討論的電流模式技術(shù)相結(jié)合地使用。例如，圖4A中的雙HV軌電路中的上拉裝置92A和下拉裝置92B可以實現(xiàn)圖7中的電流源72和74。可以利用合適的經(jīng)脈沖寬度調(diào)制的信號驅(qū)動以圖4中的UP(上)和DOWN(下)標(biāo)注的上拉裝置92A和下拉裝置92B的柵極，從而在特定持續(xù)時間內(nèi)為換能器26提供固定的源電流和宿電流。如果脈沖持續(xù)時間對于將輸出節(jié)點98驅(qū)動到所選擇的HV軌(88或90)而言不足夠長，則可以使用脈沖寬度調(diào)制技術(shù)。另一方面，如果脈沖持續(xù)時間對于將輸出節(jié)點98完全充電到所選擇的HV軌而言足夠長，則可以使用電壓源技術(shù)(群集等)。
盡管參照附圖于此描述了本發(fā)明的各說明性實施例，但是可以理解，本發(fā)明不局限于這些精確的實施例，在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以實現(xiàn)各種其它變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于微束形成器的變跡控制的系統(tǒng)，其包括一個主機架波束形成器，其具有多個主機架通道，每一個所述主機架通道包括一個主機架接收器和一個用于發(fā)射脈沖電源電壓的主機架發(fā)射器；多個微束形成器貼片，每一個所述微束形成器貼片包括多個微束形成器通道，每一個所述微束形成器通道包括一個換能器、一個用于驅(qū)動所述換能器的微束形成器發(fā)射器和控制電路、一個用于接收來自所述換能器的信號的微束形成器接收器以及一個用于延遲所接收的換能器信號的延遲元件，所述微束形成器貼片的每一個中的所述微束形成器發(fā)射器連接至一個公共節(jié)點；多個單獨的電連接器，每一個所述連接器將各個所述微束形成器貼片中的所述公共節(jié)點連接至對應(yīng)的所述主機架通道，從而使所述對應(yīng)的主機架通道中的所述主機架發(fā)射器經(jīng)由所述連接器向所述微束形成器貼片中的全部所述微束形成器發(fā)射器提供脈沖電源電壓；隔離裝置，其用于當(dāng)所述微束形成器接收器和所述主機架接收器處于操作狀態(tài)時隔離所述微束形成器發(fā)射器和所述主機架發(fā)射器；以及保護(hù)裝置，其用于當(dāng)所述微束形成器發(fā)射器和所述主機架發(fā)射器處于操作狀態(tài)時保護(hù)所述微束形成器接收器和所述主機架接收器。
2.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中在每一個所述連接器和對應(yīng)的一個所述主機架通道中的所述主機架發(fā)射器之間以及在每一個所述連接器和對應(yīng)的一個所述微束形成器貼片的所述公共節(jié)點之間設(shè)置所述隔離裝置。
3.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述隔離裝置包括二極管。
4.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中在每一個所述連接器和對應(yīng)的一個所述主機架通道中的所述主機架接收器之間以及在每一個所述連接器和每一個所述微束形成器通道中的所述微束形成器接收器之間設(shè)置所述保護(hù)裝置。
5.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述保護(hù)裝置包括開關(guān)。
6.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述連接器包括電纜。
7.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中將每一個所述主機架通道中的所述主機架發(fā)射器設(shè)置成通過對應(yīng)的一個所述微束形成器貼片中的所述微束形成器發(fā)射器在每一個發(fā)射脈沖串的持續(xù)時間內(nèi)發(fā)射單極脈沖。
8.權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中所述主機架發(fā)射器為對應(yīng)的一個所述微束形成器貼片中的每個所述微束形成器發(fā)射器提供電源電壓，并因此定義施加到對應(yīng)的一個所述微束形成器貼片中的每個所述換能器的脈沖幅度。
9.權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中將所述主機架發(fā)射器設(shè)置成改變所發(fā)射的電壓。
10.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少一個所述微束形成器通道中的所述微束形成器發(fā)射器包括多個可開關(guān)的電流源，每一個所述電流源包括一個被設(shè)置成接收脈沖電源電壓的上拉裝置和一個被插入在所述上拉裝置與所述微束形成器通道的所述換能器之間的開關(guān)；以及多個可開關(guān)的電流宿，每一個所述電流宿包括一個下拉裝置和一個被插入在所述下拉裝置與地之間的開關(guān)，所述下拉裝置被設(shè)置成通過所述開關(guān)對所述換能器進(jìn)行放電。
11.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述上拉裝置是在飽和狀態(tài)下操作的PMOSFET裝置，所述PMOSFET裝置具有不同的寬度，并且提供與寬度成比例的電流。
12.權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中所述下拉裝置是具有不同寬度并且提供與寬度成比例的電流的NMOSFET裝置。
13.權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中至少一個所述微束形成器通道中的所述微束形成器發(fā)射器包括至少一個可開關(guān)的電流源，所述至少一個電流源當(dāng)中的每一個包括一個被設(shè)置成接收脈沖電源電壓的上拉裝置和一個被插入在所述上拉裝置與所述微束形成器通道的所述換能器之間的開關(guān)；至少一個可開關(guān)的電流宿，所述至少一個電流宿當(dāng)中的每一個包括一個下拉裝置和一個被插入在所述下拉裝置與地之間的開關(guān)，所述下拉裝置被設(shè)置成通過所述開關(guān)對所述換能器進(jìn)行放電；以及控制裝置，用于控制所述至少一個電流源和所述至少一個電流宿當(dāng)中的每一個之內(nèi)的所述開關(guān)，以便對由所述微束形成器發(fā)射器產(chǎn)生的發(fā)射波形進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。
14.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述控制裝置包括一個用于產(chǎn)生信號以控制所述至少一個電流源和所述至少一個電流宿當(dāng)中的每一個之內(nèi)的所述開關(guān)的定時發(fā)生器，以及一個用于控制所述定時發(fā)生器的控制計算機。
15.權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述至少一個電流源包括多個電流源，所述電流源中的所述上拉裝置是在飽和狀態(tài)下操作的PMOSFET裝置，所述PMOSFET裝置具有不同的寬度并且提供與寬度成比例的電流。
16.權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中所述至少一個電流宿包括多個電流宿，所述電流宿中的所述下拉裝置是在飽和狀態(tài)下操作的NMOSFET裝置，所述NMOSFET裝置具有不同的寬度并且提供與寬度成比例的電流。
17.權(quán)利要求16的系統(tǒng)，其中所述控制裝置包括一個用于產(chǎn)生信號以控制所述電流源和所述電流宿當(dāng)中的每一個之內(nèi)的所述開關(guān)的定時發(fā)生器，以及一個用于控制所述定時發(fā)生器的控制計算機。
18.一種用于微束形成器的變跡控制的系統(tǒng)，包括多個微束形成器貼片，每一個所述微束形成器貼片包括多個微束形成器通道，每一個所述微束形成器通道包括一個換能器、一個用于驅(qū)動所述換能器的微束形成器發(fā)射器和控制電路、一個用于接收來自所述換能器的信號的微束形成器接收器以及一個用于延遲所接收的換能器信號的延遲元件，所述微束形成器貼片被分組成多個群集，從而使每一個所述群集包括多個所述微束形成器貼片，每一個所述群集中的所述微束形成器發(fā)射器被連接至一個公共節(jié)點；一個主機架波束形成器，其具有多個單獨可調(diào)節(jié)的電源和多個主機架通道，每一個所述通道包括一個主機架接收器；第一連接裝置，其用于將每一個所述微束形成器貼片中的所述微束形成器接收器連接至對應(yīng)的一個所述主機架通道；以及第二連接裝置，其用于將每一個所述群集連接至對應(yīng)的一個所述電源。
19.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中所述第一和第二連接裝置包括電纜。
20.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中被施加至每一個所述群集的電源電壓是獨立可調(diào)節(jié)的。
21.權(quán)利要求20的系統(tǒng)，其中被施加至每一個所述群集的電源電壓對于每一個脈沖重復(fù)間隔可以被調(diào)節(jié)到一個不同的電壓。
22.權(quán)利要求18的系統(tǒng)，其中至少一個所述微束形成器通道中的所述微束形成器發(fā)射器包括多個可開關(guān)的電流源，每一個所述電流源包括一個被設(shè)置成接收脈沖電源電壓的上拉裝置和一個被插入在所述上拉裝置與所述微束形成器通道的所述換能器之間的開關(guān)；以及多個可開關(guān)的電流宿，每一個所述電流宿包括一個下拉裝置和一個被插入在所述下拉裝置與地之間的開關(guān)，所述下拉裝置被設(shè)置成通過所述開關(guān)對所述換能器進(jìn)行放電。
23.權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述上拉裝置是在飽和狀態(tài)下操作的PMOSFET裝置，所述PMOSFET裝置具有不同的寬度并且提供與寬度成比例的電流。
24.權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述下拉裝置是具有不同的寬度并且提供與寬度成比例的電流的NMOSFET裝置。
25.一種微束形成器通道，包括一個換能器；一個被提供有電源電壓以用于驅(qū)動所述換能器的微束形成器發(fā)射器；一個用于驅(qū)動該微束形成器發(fā)射器的控制電路；一個用于接收來自所述換能器的信號的微束形成器接收器；以及一個用于延遲所接收的換能器信號的延遲元件，所述微束形成器發(fā)射器包括多個可開關(guān)的電流源，每一個所述電流源包括一個被設(shè)置成接收脈沖電源電壓的上拉裝置和一個被插入在所述上拉裝置與所述微束形成器通道的所述換能器之間的開關(guān)；以及多個可開關(guān)的電流宿，每一個所述電流宿包括一個下拉裝置和一個被插入在所述下拉裝置與地之間的開關(guān)，所述下拉裝置被設(shè)置成通過所述開關(guān)對所述換能器進(jìn)行放電。
26.權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中所述上拉裝置是在飽和狀態(tài)下操作的PMOSFET裝置，所述PMOSFET裝置具有不同的寬度并且提供與寬度成比例的電流。
27.權(quán)利要求25的系統(tǒng)，其中所述下拉裝置是具有不同的寬度并且提供與寬度成比例的電流的NMOSFET裝置。
28.一種微束形成器通道，其包括一個換能器；一個被提供有電源電壓以用于驅(qū)動所述換能器的微束形成器發(fā)射器；一個用于驅(qū)動該微束形成器發(fā)射器的控制電路；一個用于接收來自所述換能器的信號的微束形成器接收器；以及一個用于延遲所接收的換能器信號的延遲元件，所述微束形成器發(fā)射器包括至少一個可開關(guān)的電流源，所述至少一個電流源當(dāng)中的每一個包括一個被設(shè)置成接收脈沖電源電壓的上拉裝置和一個被插入在所述上拉裝置與所述微束形成器通道的所述換能器之間的開關(guān)；至少一個可開關(guān)的電流宿，所述至少一個電流宿當(dāng)中的每一個包括一個下拉裝置和一個被插入在所述下拉裝置與地之間的開關(guān)，所述下拉裝置被設(shè)置成通過所述開關(guān)對所述換能器進(jìn)行放電；以及控制裝置，用于控制所述至少一個電流源和所述至少一個電流宿當(dāng)中的每一個之內(nèi)的所述開關(guān)，以便對由所述微束形成器發(fā)射器產(chǎn)生的發(fā)射波形進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制。
29.權(quán)利要求28的微束形成器通道，其中所述控制裝置包括一個用于產(chǎn)生信號以控制所述至少一個電流源和所述至少一個電流宿當(dāng)中的每一個之內(nèi)的所述開關(guān)的定時發(fā)生器，以及一個用于控制所述定時發(fā)生器的控制計算機。
30.權(quán)利要求28的微束形成器通道，其中所述至少一個電流源包括多個電流源，所述多個電流源中的所述上拉裝置是在飽和狀態(tài)下操作的PMOSFET裝置，所述PMOSFET裝置具有不同的寬度并且提供與寬度成比例的電流。
31.權(quán)利要求30的微束形成器通道，其中所述至少一個電流宿包括多個電流宿，所述多個電流宿中的所述下拉裝置是在飽和狀態(tài)下操作的NMOSFET裝置，所述NMOSFET裝置具有不同的寬度并且提供與寬度成比例的電流。
32.權(quán)利要求31的微束形成器通道，其中所述控制裝置包括一個用于產(chǎn)生信號以控制所述電流源和所述電流宿當(dāng)中的每一個之內(nèi)的所述開關(guān)的定時發(fā)生器，以及一個用于控制所述定時發(fā)生器的控制計算機。
33.一種用于微束形成器的變跡控制的系統(tǒng)，包括一個主機架波束形成器，其具有多個主機架通道，每一個所述主機架通道包括一個主機架接收器；多個微束形成器通道，每一個所述微束形成器通道包括一個換能器、一個用于驅(qū)動所述換能器的微束形成器發(fā)射器、一個用于接收來自所述換能器的信號的微束形成器接收器以及一個用于延遲所接收的換能器信號的延遲元件；電源裝置，其用于選擇性地將多個不同電壓當(dāng)中的一個提供給所述微束形成器發(fā)射器。
34.權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其中所述電源裝置包括多個高壓軌，所述軌當(dāng)中的第一個提供比所述軌當(dāng)中的第二個更高的電壓；一個被插入在所述軌和所述換能器之間的上拉裝置；一個被插入在所述第一軌和所述上拉裝置之間的開關(guān)，控制所述開關(guān)，以便當(dāng)在接通位置中時被提供至所述上拉裝置的電壓是所述第一軌的電壓，并且當(dāng)在關(guān)斷位置中時被提供至所述上拉裝置的電壓是所述第二軌的電壓；以及一個被插入在所述第二軌和所述上拉裝置之間的二極管。
35.權(quán)利要求34的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于對所述換能器進(jìn)行放電的至少一個電流宿，所述至少一個電流宿包括可連接至地的下拉裝置。
36.權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中所述微束形成器通道被分組成多個微束形成器貼片，每一個所述微束形成器貼片包括多個所述微束形成器通道，利用所述軌當(dāng)中的每一個，每一個所述微束形成器貼片中的所述微束形成器發(fā)射器被連接至對應(yīng)的公共節(jié)點，從而通過所述電源裝置將相同的電壓提供給所述微束形成器貼片中的全部所述微束形成器發(fā)射器。
37.權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中所述微束形成器通道被分組成多個微束形成器貼片，每一個所述微束形成器貼片包括多個所述微束形成器通道，并且所述微束形成器貼片被分組成多個群集，每一個所述群集包括多個所述微束形成器貼片，利用所述軌當(dāng)中的每一個，每一個所述群集中的所述微束形成器發(fā)射器被連接至對應(yīng)的公共節(jié)點，從而通過所述電源裝置將相同的電壓提供給所述群集中的全部所述微束形成器發(fā)射器。
38.權(quán)利要求34的系統(tǒng)，其中所述軌被連接至每一個所述微束形成器發(fā)射器，在每一個所述微束形成器發(fā)射器中設(shè)置所述上拉裝置、所述開關(guān)和所述二極管。
39.權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其中所述電源裝置包括提供不同電壓的多個高壓軌；以及多個上拉裝置，每一個所述上拉裝置被插入在對應(yīng)的一個所述軌和所述換能器之間。
全文摘要
用于微束形成器的變跡控制技術(shù)，所述微束形成器包括多個微束形成器通道(22)，每一個所述微束形成器通道(22)包括一個換能器(26)、一個用于驅(qū)動所述換能器(26)的微束形成器發(fā)射器(24)、一個用于接收來自所述換能器(26)的信號的微束形成器接收器(28)和一個通常用于延遲所接收的換能器信號的延遲元件(30A)。為了改進(jìn)通過換能器產(chǎn)生波形，對被提供到微束形成器發(fā)射器(24)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以及/或者對由微束形成器發(fā)射器(24)提供的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。各微束形成器通道(22)還可以被分組成貼片(20)和/或具有貼片(20)的群集(38A、38B)，所述群集(38A、38B)被提供有公共電壓源或電流。
文檔編號G01S7/524GK1842724SQ200480024333
公開日2006年10月4日 申請日期2004年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月25日
發(fā)明者S·弗里曼, B·薩沃爾德, A·羅賓森, S·施米德 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司