專利名稱：用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于超聲波系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)電路，并且具體地涉及提供用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成的發(fā)射信號(hào)的電路。
背景技術(shù)：
參考圖1，傳統(tǒng)的超聲波系統(tǒng)包括處理器/控制器10和模擬前端(AFE)20、以及用戶接口(未示出)，例如視頻顯示器、計(jì)算機(jī)鍵盤和鼠標(biāo)。包括在處理器/控制器10內(nèi)的是數(shù)字波束形成器12，該數(shù)字波束形成器12提供限定發(fā)射的波束分布(profile)的多個(gè)數(shù)字發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)13，并且反過來接收表示接收到的能量分布的多個(gè)數(shù)字接收數(shù)據(jù)信號(hào)33。在波束形成器電路12內(nèi)執(zhí)行任意期望的波束形成。AFE 20的傳輸路徑包括多個(gè)信道的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換(DAC)電路22和多個(gè)換能放大器驅(qū)動(dòng)器電路對(duì)。發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)13被轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)23，以用于驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)器電路M。每個(gè)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)25驅(qū)動(dòng)換能器陣列觀內(nèi)的各個(gè)換能器，并根據(jù)公知的原理通過發(fā)射/接收開關(guān)沈傳送所述每個(gè)產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)25。進(jìn)一步根據(jù)公知的原理，將由換能器陣列觀接收的經(jīng)反射的超聲波能量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電信號(hào)27，該模擬電信號(hào)27通過發(fā)射/接收開關(guān)沈被傳送至各個(gè)時(shí)變?cè)鲆娣糯笃?TVGA)電路30。通過多個(gè)信道的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)電路32轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的放大的信號(hào) 31，從而產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)信號(hào)33。這種超聲波成像系統(tǒng)以這種方式工作，從而提供期望的圖像分辨率和質(zhì)量必需的波束形成。如上所述，波束形成功能通常在數(shù)字域?qū)嵤?，從而?shí)現(xiàn)期望的靈活性和可編程性。然而，這種數(shù)字域電路消耗的功率隨著處理的速度和復(fù)雜度的增加而增大。這種功率消耗和特別是功率消耗中的任何增量是特別成問題的，因?yàn)楦嗟南到y(tǒng)設(shè)計(jì)為便攜的，并且在電池電源控制下工作。此外，隨著開發(fā)出更復(fù)雜的換能器陣列，在處理器/控制器10和 AFE 20之間的接口中的信號(hào)13、33的數(shù)量增加。因此，理想的是實(shí)施改進(jìn)的子波束形成，以便于降低功率消耗和減少處理器/控制器10和AFE 20之間的信號(hào)連接數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
提供了用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)的多信道脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)器電路，其中根據(jù)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)通過延遲子波束脈沖模式數(shù)據(jù)而形成子波束信號(hào)。根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)的多信道脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)器電路包括脈沖控制電路，其用于提供包括多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)、多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的多個(gè)子波束脈沖控制信號(hào)；和耦合到脈沖控制電路的信號(hào)脈沖生成電路，并且該信號(hào)脈沖生成電路通過提供多個(gè)串行子波束信號(hào)脈沖而響應(yīng)于多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)、子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)，其中多個(gè)子波束串行信號(hào)脈沖中的一個(gè)或更多個(gè)各自的子波束串行信號(hào)脈沖相應(yīng)于多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的至少一部分，并且關(guān)于多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)時(shí)延。根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)的多信道脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)器電路包括時(shí)鐘選擇電路，其通過提供多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)而響應(yīng)于多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第一部分和多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)；耦合到時(shí)鐘選擇電路的延遲電路，并且該延遲電路通過提供延遲的時(shí)鐘信號(hào)而響應(yīng)于多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第二部分和多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)相應(yīng)于多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)并且關(guān)于多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)而在時(shí)間上延遲；和耦合到延遲電路的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，并且該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路通過根據(jù)延遲的時(shí)鐘信號(hào)存儲(chǔ)多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)并檢索存儲(chǔ)的多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的各個(gè)部分而響應(yīng)于多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)和延遲的時(shí)鐘信號(hào)。根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)的多信道脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)器電路包括脈沖控制器裝置，其用于提供包括多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)、多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的多個(gè)子波束脈沖控制信號(hào)；和信號(hào)脈沖發(fā)生器裝置，其用于接收多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)、子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)，并且響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)、子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)而提供多個(gè)串行子波束信號(hào)脈沖，其中多個(gè)子波束串行信號(hào)脈沖中的一個(gè)或更多個(gè)各自的信號(hào)脈沖相應(yīng)于多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的至少一部分，并且關(guān)于多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)時(shí)延。根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)的多信道脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)器電路包括時(shí)鐘選擇器裝置，其用于接收多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第一部分，并且響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第一部分而在多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中進(jìn)行選擇，從而提供多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)；延遲裝置，其用于接收多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第二部分，并且響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第二部分而延遲多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，從而提供延遲的時(shí)鐘信號(hào)，該延遲的時(shí)鐘信號(hào)相應(yīng)于所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)并且關(guān)于所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)而在時(shí)間上延遲；和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其用于接收多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)和延遲的時(shí)鐘信號(hào)，并且響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)和延遲的時(shí)鐘信號(hào)而根據(jù)延遲的時(shí)鐘信號(hào)來存儲(chǔ)多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)并檢索存儲(chǔ)的多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的各個(gè)部分。


圖1是傳統(tǒng)的波束形成超聲波系統(tǒng)的發(fā)射信道和接收信道的功能方框圖。圖2是實(shí)施根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的子波束形成的
6超聲波系統(tǒng)的發(fā)射信道和接收信道的功能方框圖。圖3是具有根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的子波束形成發(fā)射機(jī)的超聲波系統(tǒng)的八個(gè)信道的功能方框圖。圖4是用于信號(hào)脈沖發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)器電路的功能方框圖，所述脈沖器用于驅(qū)動(dòng)根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的超聲波換能器。圖5是圖4中的電路的多個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)器信道中的一個(gè)驅(qū)動(dòng)器信道的一個(gè)示例性實(shí)施例的功能方框圖。
具體實(shí)施例方式下面的具體實(shí)施方式
是參考附圖的目前要求保護(hù)的本發(fā)明的示例性實(shí)施例。這些說明是為了示例性說明而非限制本發(fā)明的范圍。充分詳細(xì)地描述了這些實(shí)施例，從而使本領(lǐng)域的一個(gè)普通技術(shù)人員能實(shí)踐本發(fā)明的主題，并且將理解的是，在不偏離本發(fā)明的主題的精神或范圍的情況下，可以對(duì)實(shí)施的其他實(shí)施例做出一些改變。貫穿本公開，在沒有來自上下文的相反的清晰指示的情況下，將理解的是，所描述的各電路元件的數(shù)量可以是單數(shù)或復(fù)數(shù)。例如，術(shù)語“電路”和“所述電路”可以包括單個(gè)組件或多個(gè)組件，所述組件是有源和/或無源的，并連接或耦合在一起(例如，作為一個(gè)或更多個(gè)集成電路芯片)，從而提供所述功能。此外，術(shù)語“信號(hào)”可以指一個(gè)或更多個(gè)電流、 一個(gè)或更多個(gè)電壓或數(shù)據(jù)信號(hào)。在附圖中，相似或相關(guān)的元件將具有相似或相關(guān)的字母、數(shù)字或字母數(shù)字指示符。進(jìn)一步地，雖然已經(jīng)在實(shí)施方式的背景中利用分立的電子電路(優(yōu)選地，以一個(gè)或更多個(gè)集成電路芯片的形式)討論了本發(fā)明，但是可以可替換地利用一個(gè)或更多個(gè)適當(dāng)編程的處理器來實(shí)施這種電路的任何零件的功能，這取決于要處理的信號(hào)頻率或數(shù)據(jù)傳輸率。而且，就附圖示出各種實(shí)施例的功能方框圖而言，功能方框不一定表示硬件電路之間的劃分。因此，例如，一個(gè)或更多個(gè)功能方框(例如，處理器、存儲(chǔ)器等)可以在單個(gè)硬件(例如，通用信號(hào)處理器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、硬盤驅(qū)動(dòng)器等等)中實(shí)施。相似地，所描述的任何程序可以是獨(dú)立程序、可以是并入操作系統(tǒng)中的子程序、可以是安裝的軟件包中的功能元件等。參考圖2，使用根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的子波束形成的超聲波系統(tǒng)簡(jiǎn)化了處理器/控制器100的全球數(shù)字波束形成器電路和AFE 200之間的信號(hào)接口。全球數(shù)字波束形成器102將總信道數(shù)N劃分為多個(gè)較小的η個(gè)信道的組或“子波束”，其提供多個(gè)子波束的發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)103并且接收多個(gè)子波束的接收數(shù)據(jù)信號(hào)215。在發(fā)射路徑中，這些Ν/η個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)103用于由Ν/η個(gè)子波束形成器電路20 提供N個(gè)子波束信號(hào)203。(例如，如果由N = 256個(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)換能器陣列210，并且每個(gè)子波束形成器電路202提供η = 8個(gè)子波束信號(hào)，那么全球數(shù)字波束形成器102只需要提供N/n = 32個(gè)發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)103。)子波束信號(hào)203用作驅(qū)動(dòng)器電路206的模擬驅(qū)動(dòng)信號(hào)，所述驅(qū)動(dòng)器電路 206提供用于換能器陣列的驅(qū)動(dòng)信號(hào)207。通過時(shí)變?cè)鲆娣糯笃?10放大來自換能器陣列210的接收信號(hào)209，并且由ADC電路212轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的放大信號(hào)211，從而產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)213。由子波束形成接收器電路 214處理這些數(shù)字信號(hào)213(在共同未決的專利申請(qǐng)中公開了其主題并且要求保護(hù)其一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例)，從而提供Ν/η個(gè)接收數(shù)據(jù)信號(hào)215。
根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的這種子波束形成降低了整個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜性和功率消耗。例如，在數(shù)字域中例如利用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)實(shí)施傳統(tǒng)的波束形成，所述FPGA例如作為全球數(shù)字波束形成器102的部件，具有消耗大量功率的大量的內(nèi)插計(jì)算，而在模擬域和混合信號(hào)域中執(zhí)行根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例的子波束形成，從而實(shí)現(xiàn)高精確度，同時(shí)消耗較小的功率。參考圖3，根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，在發(fā)射信號(hào)路徑中執(zhí)行子波束形成。AFE 200(圖幻的發(fā)射信號(hào)路徑中的每個(gè)子波束形成器電路20 接收發(fā)射波束形成控制信號(hào)103a、103b，包括子波束形成分布數(shù)據(jù)、全球波束偏移數(shù)據(jù)、校正補(bǔ)償數(shù)據(jù)、稀疏選擇數(shù)據(jù)和發(fā)射起動(dòng)、或“觸發(fā)”、控制數(shù)據(jù)以及時(shí)鐘信號(hào)103c。時(shí)鐘信號(hào)103c驅(qū)動(dòng)鎖相環(huán)(PLL)電路222，該鎖相環(huán)電路提供所需的具有不同頻率和相位的各種時(shí)鐘信號(hào)。子波束形成器電路20 接收由子波束形成分布數(shù)據(jù)信號(hào)Btx 103a限定的波束形
成需求，并將其轉(zhuǎn)換為具有可編程的信號(hào)振幅和時(shí)間延遲的多個(gè)波形to、tl.....t7203a。
例如，具有200ns的信號(hào)持續(xù)時(shí)間的波形可以預(yù)先存儲(chǔ)在子波束形成器電路20 中，并且子波束形成分布數(shù)據(jù)指定所述波形被連續(xù)延遲Ins并且其振幅降低百分之一。因此，在使觸發(fā)信號(hào)Bst 10 有效之后，子波束形成器電路20 將提供八個(gè)信號(hào)203a，使得tl(n)= 0. 99*t0 (n-lns)，t2 (η) = 0. 98*t0 (n_2ns)，· · ·，t7 (η) = 0. 93*t0 (n_7ns)?？商鎿Q地,可以在驅(qū)動(dòng)器電路206a中進(jìn)行信號(hào)振幅的修改，例如，根據(jù)可編程的正217p和負(fù)217η電源電壓(下面將更詳細(xì)地討論)。如上所述，子波束形成的信號(hào)203a驅(qū)動(dòng)所述驅(qū)動(dòng)器電路206a，該驅(qū)動(dòng)器電路提供用于其各自的換能器(如上所述)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)207a。子波束形成器電路20 向驅(qū)動(dòng)電路 206a的電源管理電路216提供一個(gè)或更多個(gè)控制信號(hào)217c。根據(jù)這些一個(gè)或更多個(gè)控制信號(hào)217c，電源管理電路216控制用于驅(qū)動(dòng)器電路206a的正217p和負(fù)217η電源電壓。例如，根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)器電路206a使用電源電壓217ρ、217η由電源管理電路216 控制的G類放大器，因而為換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)207a提供振幅控制?？商鎿Q地，驅(qū)動(dòng)器電路206a 可以通過簡(jiǎn)單的脈沖發(fā)生器、多電平脈沖發(fā)生器或其他類型的放大器(例如，A/B類)的形式實(shí)施。形成精確的波束形狀所需的精細(xì)的相位控制需要比脈沖速度更精細(xì)或是在每個(gè)周期中具有更多相位的時(shí)序。例如，如果40Ms/s (每秒鐘百萬樣本)用于生成脈沖波形，則采樣時(shí)間分辨率是25ns (納秒)，這一般是不足夠的。因此，需要40MHz來同步更高的頻率， 例如160MHz，從而產(chǎn)生6. 25ns的更精細(xì)的時(shí)鐘周期移位。如下面更詳細(xì)的討論，粗糙的延遲控制可以用于以6. 25ns的增量延遲信號(hào)203a。對(duì)于精細(xì)的延遲，可以使用多相位時(shí)鐘信號(hào)。例如，對(duì)于m = 8個(gè)相位，精細(xì)的時(shí)間分辨率將是一個(gè)時(shí)鐘周期的1/8，或是0. 78125ns。通過子波束形成器20 在充分高的頻率下工作，可以進(jìn)行操作以提供多個(gè)脈沖， 以實(shí)施脈寬調(diào)制(PWM)功能，從而生成任意的波形，或是提供代碼激勵(lì)的脈沖，從而向超聲波目標(biāo)提供更多的能量?？梢栽谧硬ㄊ纬善?0 中提供校準(zhǔn)，從而提高控制效率和顧及信號(hào)通過至換能器的信號(hào)路徑的損失。這種校準(zhǔn)可以包括針對(duì)時(shí)間延遲和振幅變化的校準(zhǔn)。例如，在各種換能器、驅(qū)動(dòng)器放大器和其他電路元件(有源的和無源的)中，在某種程度上將總是存在操作差異。校準(zhǔn)過程(例如，作為生產(chǎn)測(cè)試的部分)可以包括捕獲這些差異并將其轉(zhuǎn)換為偏移數(shù)據(jù)，以便存儲(chǔ)在子波束形成器20 中，因而允許基于這些偏移數(shù)據(jù)對(duì)波束分布進(jìn)行調(diào)整，以便提供更加精確的波束形成性能。此外，通過驅(qū)動(dòng)換能器的子集(例如偶數(shù)的或奇數(shù)的或單獨(dú)選擇的換能器)可以提供稀疏波束形成。例如，作為波束分布形成的一部分，生成的各種波形中選擇的波形的振幅可以被限定為零(或是其他一些預(yù)定的低數(shù)值)。參考圖4，根據(jù)目前要求保護(hù)的本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施例，可以利用雙電平驅(qū)動(dòng)器或脈沖發(fā)生器(脈沖器)實(shí)施驅(qū)動(dòng)器電路206aa，大致如圖所示。根據(jù)發(fā)射使能信號(hào) 103c的觸發(fā)控制電路242提供了起始控制信號(hào)243a，從而通過八對(duì)移位寄存器信道250提供脈沖信號(hào)，以及提供了用于有限狀態(tài)機(jī)(FSM) M8的加載控制信號(hào)對(duì)北，所述有限狀態(tài)機(jī)提供控制并將輸入的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為合適的格式。串行接口電路244接收脈沖和控制數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)103d，并將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)對(duì)5，以便加載到FSM 248中。FSM 248為數(shù)據(jù)信道250提供脈沖模式數(shù)據(jù)249a(例如，128位)和延遲分布數(shù)據(jù)M9b (例如， 17位)，并為PLL電路246提供控制信號(hào)M9c。PLL電路246接收基準(zhǔn)和偏置信號(hào)103e，并在過采樣頻率fc下生成多相位時(shí)鐘信號(hào)在示例性的實(shí)施例中為160MHz并具有八個(gè)相位)。數(shù)據(jù)信道250接收脈沖模式數(shù)據(jù)和延遲分布數(shù)據(jù)249b，并由觸發(fā)控制信號(hào)和多相位時(shí)鐘信號(hào)M7的選定相位控制(在下面更加詳細(xì)地討論)。每個(gè)數(shù)據(jù)信道
250為脈沖器驅(qū)動(dòng)器電路提供兩個(gè)輸出位P (P0、PI、P2.....P7)，Ν(Ν0、Ni、N2.....N7)以
驅(qū)動(dòng)脈沖器驅(qū)動(dòng)器電路各自的換能器。這兩個(gè)位允許四電平的脈沖器控制，當(dāng)驅(qū)動(dòng)雙極脈沖器時(shí)，使用其中的三個(gè)電平。例如，這四個(gè)電平可以定義如下Pn = 0和Nn = 0用于零輸出電壓；Pn = 1和Nn = 0用于大多數(shù)正脈沖電壓；Pn = 0和Nn = 1用于大多數(shù)負(fù)脈沖電壓；以及Pn= 1和Nn = 1用于阻尼脈沖回波?？梢酝ㄟ^相等的時(shí)序延遲每對(duì)信號(hào)Pru
Nn ；然而，八個(gè)信號(hào)對(duì)Ρ0/Ν0、P1/N1.....P7/N7 一般是根據(jù)以上所述的波束形成需求延遲
不同的時(shí)序間隔(例如，信號(hào)對(duì)Pl/m相對(duì)于信號(hào)對(duì)Ρ0/Ν0延遲1. 5ns)。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，每個(gè)數(shù)據(jù)信道250為每個(gè)控制位P、N提供多達(dá)64個(gè)脈沖，因而允許PWM或代碼激勵(lì)的多脈沖信號(hào)。PLL電路246在過采樣頻率fc = 160MHz下提供多相位時(shí)鐘信號(hào)M7。在八個(gè)相位的情況下，提供了 0.7825ns的精細(xì)延遲。串行接口 244允許接收不同的延遲分布數(shù)據(jù)并將其加載到FSM 248用于不同波束模式。發(fā)射使能信號(hào)103c允許同時(shí)觸發(fā)所有的數(shù)據(jù)信道250。通過將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在FSM 248內(nèi)或?qū)Ｓ么鎯?chǔ)器(未示出)內(nèi)，可以提供校準(zhǔn)。參考圖5，數(shù)據(jù)信道250中的一個(gè)數(shù)據(jù)信道的一個(gè)示例性實(shí)施例250aa包括多路復(fù)用器沈2、移位寄存器^4p、264n、計(jì)數(shù)器266和邏輯電路沈8、270、272，基本上如所示地進(jìn)行互連。脈沖模式數(shù)據(jù)在移位寄存器沈4 、26如之間分離并加載到移位寄存器^4p、 264η。延遲分布數(shù)據(jù)M9b向多路復(fù)用器262提供控制位，以用于選擇多相位時(shí)鐘信號(hào)M7 中的一個(gè)相位(例如，三個(gè)位用于在八個(gè)相位中選擇)，延遲分布數(shù)據(jù)M9b還提供用于加載計(jì)數(shù)器沈6的位(例如，14)。因此，計(jì)數(shù)器266控制粗糙的延遲，而多相位時(shí)鐘信號(hào)247控制精細(xì)的延遲。所選擇的時(shí)鐘信號(hào)相位263驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器266和可編程分頻器沈5。分頻器 265將時(shí)鐘263按比例調(diào)節(jié)為由預(yù)先加載的比例因子控制的更低頻率的時(shí)鐘沈如，以用于可編程脈沖觸發(fā)頻率。計(jì)數(shù)器266輸出267在每次觸發(fā)之前保持為邏輯“0”，并由“觸發(fā)”控制信號(hào)控制。在使“觸發(fā)”控制信號(hào)有效之后，計(jì)數(shù)器266開始計(jì)數(shù)。在由加載的計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)確定的粗糙延遲間隔已經(jīng)逝去之后，有效的終端計(jì)數(shù)輸出267使分頻后的時(shí)鐘能經(jīng)由與(AND)門272穿過，以作為移位寄存器沈4 、26如的時(shí)鐘信號(hào)273。(當(dāng)計(jì)數(shù)器266達(dá)到粗糙延遲值時(shí)，輸入AND門268和反饋反相器270禁用計(jì)數(shù)器時(shí)鐘沈9，保持計(jì)數(shù)器266輸出終端有效，直到“觸發(fā)”控制信號(hào)被無效)。因此，在由粗糙延遲和精細(xì)延遲限定的延遲間隔的末尾，用于脈沖器的控制位251ap、251an根據(jù)加載到移位寄存器^4p、264n的位模式由使能時(shí)鐘信號(hào)273按時(shí)鐘輸出。另一個(gè)計(jì)數(shù)器274計(jì)數(shù)觸發(fā)的脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)定的長(zhǎng)度時(shí)，使計(jì)數(shù)器274的終端計(jì)數(shù)輸出27 有效，因而通過反相器 275和AND門272禁用時(shí)鐘信號(hào)273。(其控制策略與第一計(jì)數(shù)器沈6的控制策略相似)。 終端計(jì)數(shù)輸出27 在每次觸發(fā)之前保持無效(de-asserted)，并由“觸發(fā)”控制信號(hào)控制。在每次觸發(fā)之后，移位寄存器沈4 、26如將自動(dòng)設(shè)定為其預(yù)先加載的值，以便為下一次的觸發(fā)做準(zhǔn)備。 在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作方法中的各種其他的修改和替換對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯然的。盡管已經(jīng)關(guān)于具體的優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，所要求保護(hù)的本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)不適當(dāng)?shù)叵抻谶@些具體的實(shí)施例。意圖是權(quán)利要求限定本發(fā)明的范圍，因而覆蓋這些權(quán)利要求及其等價(jià)物的范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)和方法。
權(quán)利要求
1.一種包括用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)的多信道脈沖器驅(qū)動(dòng)器電路的設(shè)備， 所述設(shè)備包括脈沖控制電路，用于提供包括多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)、多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的多個(gè)子波束脈沖控制信號(hào)；和信號(hào)脈沖生成電路，其耦合到所述脈沖控制電路并通過提供多個(gè)串行子波束信號(hào)脈沖而響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)、子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)，其中所述多個(gè)子波束串行信號(hào)脈沖中的一個(gè)或更多個(gè)各自的信號(hào)脈沖相應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的至少一部分，并且關(guān)于所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)時(shí)延。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)具有共同的頻率和相互不同的相位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述脈沖控制電路包括有限狀態(tài)機(jī)FSM電路，從而提供所述多個(gè)子波束脈沖控制信號(hào)中包括所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)和子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述脈沖控制電路包括鎖相環(huán)PLL電路，從而提供所述多個(gè)子波束脈沖控制信號(hào)中包括所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)具有共同的頻率和相互不同的相位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述脈沖控制電路包括有限狀態(tài)機(jī)FSM電路，從而提供所述多個(gè)子波束脈沖控制信號(hào)中包括所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)和子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的部分以及提供時(shí)鐘控制信號(hào)；以及鎖相環(huán)PLL電路，其耦合到所述FSM電路并通過提供所述多個(gè)子波束脈沖控制信號(hào)中包括所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的另一部分而響應(yīng)于所述時(shí)鐘控制信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)具有共同的頻率和相互不同的相位。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述信號(hào)脈沖生成電路包括時(shí)鐘選擇電路，其通過提供所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)而響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第一部分和所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)；延遲電路，其耦合到所述時(shí)鐘選擇電路并通過提供延遲的時(shí)鐘信號(hào)而響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第二部分和所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中所述選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)相應(yīng)于所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中所述選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)并且關(guān)于所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中所述選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)而在時(shí)間上延遲；和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，其耦合到所述延遲電路并且通過根據(jù)所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)存儲(chǔ)所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)并檢索存儲(chǔ)的所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的各個(gè)部分而響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)和所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)根據(jù)第一延遲和第二延遲關(guān)于所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中所述選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)而在時(shí)間上延遲，其中所述第一延遲與所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的所述第一部分相關(guān)；所述第二延遲與所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的所述第二部分相關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述第一延遲小于所述第二延遲。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述時(shí)鐘選擇電路包括多路復(fù)用器電路。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述延遲電路包括計(jì)數(shù)器電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路包括第一移位寄存器電路，其通過根據(jù)所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)檢索存儲(chǔ)的所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的各自的第一部分而響應(yīng)于所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)；和第二移位寄存器電路，其通過根據(jù)所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)檢索存儲(chǔ)的所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的各自的第二部分而響應(yīng)于所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)；和存儲(chǔ)的所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的檢索的所述各自的第一部分和第二部分根據(jù)所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)提供兩位數(shù)據(jù)信號(hào)的序列。
14.一種包括用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)的多信道脈沖器驅(qū)動(dòng)器電路的設(shè)備，所述設(shè)備包括時(shí)鐘選擇電路，其通過提供多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)而響應(yīng)于多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第一部分和所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)；延遲電路，其耦合到所述時(shí)鐘選擇電路并通過提供延遲的時(shí)鐘信號(hào)而響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第二部分和所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中所述選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)相應(yīng)于所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中所述選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)并且關(guān)于所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中所述選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)而在時(shí)間上延遲；和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路，其耦合到所述延遲電路并且通過根據(jù)所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)存儲(chǔ)多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)并檢索存儲(chǔ)的所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的各個(gè)部分而響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)和所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)具有共同的頻率和相互不同的相位。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)根據(jù)第一延遲和第二延遲關(guān)于所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中所述選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)而在時(shí)間上延遲所述第一延遲與所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的所述第一部分相關(guān)；和所述第二延遲與所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的所述第二部分相關(guān)。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述第一延遲小于所述第二延遲。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述時(shí)鐘選擇電路包括多路復(fù)用器電路。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述延遲電路包括計(jì)數(shù)器電路。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中 所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路包括第一移位寄存器電路，其通過根據(jù)所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)檢索存儲(chǔ)的所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的各自的第一部分而響應(yīng)于所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)；和第二移位寄存器電路，其通過根據(jù)所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)檢索存儲(chǔ)的所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的各自的第二部分而響應(yīng)于所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)；和存儲(chǔ)的所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的檢索的所述各自的第一部分和第二部分根據(jù)所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)提供兩位數(shù)據(jù)信號(hào)的序列。
21.一種包括用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)的多信道脈沖器驅(qū)動(dòng)器電路的設(shè)備，所述設(shè)備包括脈沖控制器裝置，其用于提供多個(gè)子波束脈沖控制信號(hào)，該子波束脈沖控制信號(hào)包括多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)、多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)；和信號(hào)脈沖發(fā)生器裝置，其用于接收所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)、子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)，并且響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)、子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)而提供多個(gè)串行子波束信號(hào)脈沖，其中所述多個(gè)子波束串行信號(hào)脈沖中的一個(gè)或更多個(gè)各自的信號(hào)脈沖相應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的至少一部分，并且關(guān)于所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)時(shí)延。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)具有共同的頻率和相互不同的相位。
23.一種包括用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)的多信道脈沖器驅(qū)動(dòng)器電路的設(shè)備，所述設(shè)備包括時(shí)鐘選擇器裝置，其用于接收多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第一部分，并且響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第一部分而在多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中進(jìn)行選擇，從而提供所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)；延遲裝置，其用于接收所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第二部分，并且響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)的第二部分而延遲所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，從而提供延遲的時(shí)鐘信號(hào)，該延遲的時(shí)鐘信號(hào)相應(yīng)于所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)并且關(guān)于所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)中選擇的一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)而在時(shí)間上延遲；和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，其用于接收多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)和所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)，并且響應(yīng)于所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)和延遲的時(shí)鐘信號(hào)而根據(jù)所述延遲的時(shí)鐘信號(hào)來存儲(chǔ)所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)并檢索存儲(chǔ)的所述多個(gè)子波束脈沖模式數(shù)據(jù)的各個(gè)部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中所述多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)具有共同的頻率和相互不同的相位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于超聲波系統(tǒng)的子波束形成發(fā)射機(jī)的多信道脈沖器驅(qū)動(dòng)器電路，其中通過根據(jù)子波束脈沖延遲數(shù)據(jù)和多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)延遲子波束脈沖模式數(shù)據(jù)而形成子波束信號(hào)。
文檔編號(hào)A61B8/00GK102481139SQ201080040565
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者J-Y·吳, W·馬, Z·張 申請(qǐng)人:美國國家半導(dǎo)體公司