專利名稱：用于超聲診斷成像系統(tǒng)的可配置的微波束形成器電路的制作方法
用于超聲診斷成像系統(tǒng)的可配置的微波束形成器電路本發(fā)明涉及醫(yī)療診斷超聲系統(tǒng)，并且具體涉及能夠用于不同換能器陣列的可配置的微波束形成器電路。超聲成像中的術(shù)語“微波束形成器”是指包括在超聲探頭中、執(zhí)行用于探頭中陣列換能器的至少一些波束形成的延遲和求和電路系統(tǒng)。因?yàn)樘筋^是手持的，并且需要體積小、 重量輕，使得聲譜儀操作者使用方便和舒適，所以一般以集成電路形式實(shí)現(xiàn)微波束形成器。 例如，見美國專利7，439，656 (Ossmann)。雖然如美國專利5，997，479 (Savord等)所說明的，微波束形成器最初設(shè)計(jì)用于采用二維換能器陣列的3D成像，但是還可以與用于2D成像的一維換能器陣列一起使用微波束形成器。見美國專利6，705，995(POland等)?？梢匀缑绹鴮＠?，102，863 (Pflugrath等)所說明的使用微波束形成器執(zhí)行探頭中的所有波束形成，或者可以如美國專利5，299, 933 (Larson, III)和Mvord等的專利所說明的使用微波束形成器僅執(zhí)行初始部分的波束形成、在系統(tǒng)主機(jī)中執(zhí)行剩余的波束形成。執(zhí)行波束形成的集成電路芯片不再是完全定制設(shè)計(jì)，而是正在逐漸標(biāo)準(zhǔn)化。例如， 現(xiàn)在提供8通道波束形成器芯片作為標(biāo)準(zhǔn)組件。這種IC的缺點(diǎn)是它們僅可以對(duì)芯片中的 8個(gè)通道進(jìn)行延遲和求和，意味著對(duì)來自典型64元件、1 元件或者更大ID換能器陣列的信號(hào)進(jìn)行波束形成必需要許多IC，并且仍必須對(duì)波束形成器芯片的輸出進(jìn)行組合以形成充分波束形成的信號(hào)。然而，如果在先的電路系統(tǒng)執(zhí)行不超過8個(gè)部分波束形成求和，能夠使用8通道波束形成器芯片執(zhí)行最終波束形成。但是這存在這樣的挑戰(zhàn)對(duì)來自所有元件的所有信號(hào)向下處理成8個(gè)部分波束形成的求和、并且以有效且經(jīng)濟(jì)的、適應(yīng)具有不同數(shù)目換能器元件的陣列的方式完成此處理。根據(jù)本發(fā)明的原理，提供了用于超聲探頭的波束形成器電路，其可配置用于執(zhí)行對(duì)諸如64元件和1 元件換能器陣列的、具有不同規(guī)模的陣列的波束形成的發(fā)射和接收。 在下面所描述的一個(gè)示例中，可以將探頭波束形成器的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)交替地連接到不同的換能器元件。這使得可能采用孔徑平移和變跡(apodization)控制以64元件陣列的全孔徑和1 元件陣列的半孔徑進(jìn)行發(fā)射和接收。在另一個(gè)示例中，波束形成器電路能夠以 64元件或者1 元件陣列的全孔徑進(jìn)行發(fā)射，從64元件陣列以全孔徑接收和從1 元件陣列以可平移的半孔徑接收。在第三示例中，為了操作具有低通道計(jì)數(shù)的最終的波束形成器 (諸如8通道波束形成器IC)，將微波束形成后的接收通道可控連接到不同通道驅(qū)動(dòng)器。在附圖中

圖1以方框圖的形式說明了用于64通道陣列換能器的波束形成器，其提供了對(duì)于 8通道最終波束形成器的部分波束形成后的求和；圖2以部分示意和方框圖的形式說明了可以在2個(gè)換能器元件之間進(jìn)行切換的第一發(fā)射機(jī)和前置放大器組合；圖3說明了使用圖2的多個(gè)發(fā)射機(jī)和前置放大器組合來執(zhí)行利用64元件換能器陣列的發(fā)射和接收；圖4說明了使用圖2的多個(gè)發(fā)射機(jī)和前置放大器組合執(zhí)行利用1 元件換能器陣列的發(fā)射和接收；
圖5說明了使用圖2的多個(gè)發(fā)射機(jī)和前置放大器組合的發(fā)射孔徑平移和合成孔徑接收；圖6以部分示意和方框圖的形式說明了可以在2個(gè)換能器元件之間進(jìn)行切換的第二發(fā)射機(jī)和前置放大器組合；圖7說明了使用圖6的多個(gè)發(fā)射機(jī)和前置放大器組合執(zhí)行利用64元件換能器陣列的發(fā)射和接收；圖8說明了使用圖6的多個(gè)發(fā)射機(jī)和前置放大器組合執(zhí)行利用1 元件換能器陣列的發(fā)射和接收；圖9以方框圖的形式說明了可以有選擇地耦合到2個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器的多個(gè)微波束形成器接收通道；圖10說明了使用圖9的微波束形成器接收通道和通道驅(qū)動(dòng)器將64元件換能器陣列耦合到8通道波束形成器；圖11說明了使用圖9的微波束形成器接收通道和通道驅(qū)動(dòng)器將1 元件換能器陣列連接到8通道波束形成器。首先參考圖1，以方框圖的形式示出了用于64元件換能器陣列的微波束形成器布置。用表示換能器陣列12的元件1-8、29-36和57-67中每個(gè)的方框來表示64元件換能器陣列12。為了發(fā)射，通過脈沖發(fā)生器16驅(qū)動(dòng)每個(gè)元件，該脈沖發(fā)生器采用所期望的脈沖或者對(duì)于該元件恰當(dāng)定時(shí)的波形驅(qū)動(dòng)其元件。通過脈沖發(fā)生器控制18來控制每個(gè)脈沖發(fā)生器的定時(shí)。在該示例中，存在64個(gè)脈沖發(fā)生器，其中64個(gè)換能器元件中的每個(gè)被一個(gè)脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)。這種布置允許為超聲發(fā)射完全使用整個(gè)64元件孔徑。將通過陣列12的換能器元件接收的回波信號(hào)耦合到8個(gè)微波束形成器14，每個(gè)微波束形成器具有對(duì)從8個(gè)換能器元件接收的信號(hào)進(jìn)行處理的8個(gè)通道。每個(gè)微波束形成器通道對(duì)從其換能器元件接收的回波信號(hào)進(jìn)行放大和適當(dāng)延遲，然后將來自8個(gè)通道的8個(gè)經(jīng)放大和延遲的信號(hào)進(jìn)行組合， 以形成來自8個(gè)換能器元件的部分波束形成的信號(hào)。將來自微波束形成器14的8個(gè)部分波束形成的信號(hào)耦合到系統(tǒng)波束形成器10的8個(gè)通道的輸入。系統(tǒng)波束形成器的每個(gè)通道給部分波束形成的信號(hào)施加公共的(大的(bulk))延遲，并且然后對(duì)8個(gè)通道信號(hào)進(jìn)行組合以形成完全波束形成的輸出信號(hào)。能夠以不同方式對(duì)微波束形成器和系統(tǒng)波束形成器進(jìn)行劃分。當(dāng)如在前面Mvord等和Larson III專利中所述的情況下系統(tǒng)波束形成器在超聲系統(tǒng)主機(jī)中并且微波束形成器在探頭中時(shí)，探頭電纜8將微波束形成后的信號(hào)耦合到系統(tǒng)主機(jī)中的系統(tǒng)波束形成器。當(dāng)如在前述Pflugrath等的專利中所示在探頭中執(zhí)行所有波束形成時(shí)，由于系統(tǒng)波束形成器位于探頭中，所以電纜8將是探頭中的印刷電路板跡線或者其它導(dǎo)體。對(duì)于便攜或者手持超聲系統(tǒng)，后一種實(shí)現(xiàn)方式一般是優(yōu)選的。圖1的布置為換能器陣列12的每個(gè)元件提供了單獨(dú)的發(fā)射機(jī)和微波束形成器通道。這樣，由于能夠在發(fā)射和接收期間同時(shí)并行操作所有元件，所以不存在性能折衷。但是， 本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供這樣的微波束形成器配置，其能夠與不同換能器陣列一起使用且具有可接受的折衷。參考圖2，以示意和方框圖的形式示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)造的微波束形成器通道的發(fā)射機(jī)和前置放大器部分。在該示例中，發(fā)射機(jī)是如在同時(shí)提交的美國專利申請序列號(hào)_(Betts)中更充分描述的雙電平脈沖發(fā)生器，將該專利的內(nèi)容通過引用合并于此。雙電平脈沖發(fā)生器觀包括一個(gè)輸出級(jí)110，輸出級(jí)110包括產(chǎn)生在雙極性高電壓供電電平HVl+或HVl-之一上的輸出脈沖的晶體管112和118。第二輸出級(jí)120包括產(chǎn)生在雙極性高電壓供電電平HV2+或HV2-之一上的輸出脈沖的晶體管122和128。脈沖發(fā)生器控制100選擇一個(gè)輸出級(jí)，并且控制所產(chǎn)生的脈沖極性。當(dāng)不產(chǎn)生高電壓脈沖時(shí)，包括晶體管102和104的有源拉地級(jí)(activ印ull-to-ground) 106將輸出拉到地電平或者其它參考電勢。兩個(gè)輸出電平使得能夠產(chǎn)生不同電平的發(fā)射波形和發(fā)射變跡用于旁瓣控制。將脈沖發(fā)生器的兩個(gè)輸出級(jí)都耦合到開關(guān)22和M，在IC實(shí)現(xiàn)方式中，將開關(guān)22和M實(shí)現(xiàn)為半導(dǎo)體開關(guān)。將開關(guān)耦合到一個(gè)或多個(gè)換能器元件的連接點(diǎn)，在該示例中示出為接合焊盤30a 和30b。在本發(fā)明的集成電路實(shí)施例中，接合焊盤是在集成電路封裝外部上的電觸點(diǎn)，在電觸點(diǎn)處可以將IC的電路接合或者電連接到外部電路或者諸如陣列換能器元件的器件。如果以諸如CMUT或者PMUT陣列的半導(dǎo)體形式制造換能器，就可以在通用IC上制造換能器陣列和微波束形成器，在該情況下，將連接點(diǎn)集成到IC中。通過發(fā)射/接收(T/R)開關(guān)沈?qū)?2個(gè)開關(guān)的接合部耦合到微波束形成器接收通道的前置放大器20的輸入。在脈沖的發(fā)射期間，T/R開關(guān)是打開的，以相對(duì)于高電壓發(fā)射信號(hào)保護(hù)前置放大器，并且在發(fā)射之后當(dāng)接收回波時(shí)，T/R開關(guān)是閉合的，以將回波信號(hào)耦合到微波束形成器通道用于接收信號(hào)波束形成。對(duì)通過前置放大器20放大的回波信號(hào)進(jìn)行延遲，然后與來自其它換能器元件的其它經(jīng)延遲的回波信號(hào)進(jìn)行求和，用于波束形成。圖3說明了通過64個(gè)圖2的組合以及每個(gè)微波束形成器通道的其它相關(guān)聯(lián)部件來操作的64元件換能器陣列12的第一示例。在該實(shí)現(xiàn)方式中，將開關(guān)22和M都耦合到同一個(gè)換能器元件，或者備選地，僅將一個(gè)開關(guān)耦合到換能器元件而不使用另一個(gè)開關(guān)。在該實(shí)現(xiàn)方式中，不必打開或者閉合開關(guān)22、24;它們在所有時(shí)間都是閉合的。這樣，如通過耦合到元件1和64的通道部分所例示的，通過64個(gè)微波束形成器通道操作64元件陣列。 能夠在單一 IC上實(shí)現(xiàn)這64個(gè)微波束形成器通道。在發(fā)射期間，通過微波束形成器通道的 64個(gè)脈沖發(fā)生器觀驅(qū)動(dòng)64換能器元件的全部或者一些子集。在回波接收期間，64個(gè)T/R 開關(guān)是閉合的，并且通過64個(gè)前置放大器20對(duì)通過全部陣列所接收的回波信號(hào)進(jìn)行放大， 然后向前傳送到微波束形成器通道的剩余部分用于延遲和后續(xù)求和。因此，64元件陣列能夠作為相控陣列或者作為步進(jìn)線性陣列操作，其中，沿著陣列逐行地步進(jìn)主動(dòng)孔徑。圖4說明了使用圖2和3的64微波束形成器通道的、具有1 元件陣列換能器32 的示例。在該實(shí)施例中，將開關(guān)22和M耦合到不同的換能器元件。由于在相同發(fā)射-接收循環(huán)期間不能夠使用全部1 元件孔徑，所以進(jìn)行取舍。然而，開關(guān)22J4允許沿著換能器陣列對(duì)孔徑進(jìn)行步進(jìn)，使得能夠以步進(jìn)式形式利用全部孔徑。例如，當(dāng)所有開關(guān)22是閉合時(shí)，使用元件1-64用于發(fā)射。在圖5中通過波束Bl的發(fā)射對(duì)此進(jìn)行了說明。隨后，通過打開連接到元件#1的開關(guān)22、并且閉合在同一個(gè)微波束形成器通道上的開關(guān)M以將該微波束形成器通道的脈沖發(fā)生器耦合到元件#65用于發(fā)射，來沿著陣列使孔徑步進(jìn)一個(gè)元件。通過該開關(guān)改變，發(fā)射孔徑現(xiàn)在包括產(chǎn)生如圖5中所示的波束B2的元件2-65?？梢砸赃@種方式對(duì)發(fā)射波束進(jìn)行步進(jìn)，直到最后的64元件發(fā)射孔徑到達(dá)如圖5中所示的使用元件65-1 的發(fā)射波束B65為止。通過使用這些波束左邊和右邊的更小發(fā)射孔徑可以將另外的波束發(fā)射到波束Bl的左邊和/或波束B65的右邊。在該示例中，由于將每個(gè)前置放大器20耦合到開關(guān)22和M的接合部，所以接收孔徑隨著發(fā)射孔徑步進(jìn)。如果期望全部1 元件孔徑用于接收，就將T/R開關(guān)耦合到開關(guān) 22,24之一的輸出(開關(guān)和換能器元件的接合部)，并且將第二 T/R開關(guān)、前置放大器20和相關(guān)聯(lián)接收延遲耦合到另一個(gè)開關(guān)的輸出。這將使得在通過64元件發(fā)射孔徑的每次發(fā)射期間可利用全部1 元件接收孔徑。然而，對(duì)于合成孔徑實(shí)現(xiàn)方式，另外的接收組件不是必須的。在合成孔徑成像中， 發(fā)射同一個(gè)發(fā)射波束兩次。在第一次發(fā)射之后，在一半接收孔徑上完成接收，并且在第二次發(fā)射之后，在另一半接收孔徑上完成接收。然后，對(duì)來自兩半孔徑的、在兩個(gè)發(fā)射-接收循環(huán)中接收的信號(hào)進(jìn)行波束形成，以產(chǎn)生全孔徑接收波束。這也在圖5中進(jìn)行了說明。在使用元件1-64的波束Bl的第一次發(fā)射期間，從元件1-64接收回波信號(hào)，并且對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行保存和部分波束形成，并且保存為接收波束Rla。第二次發(fā)射波束Bi，但是為了接收，打開用于發(fā)射的開關(guān)22并且閉合開關(guān)M，使得從元件65-1 接收回波信號(hào)，并且再次對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行保存或者部分波束形成，并且保存為接收波束Rlb，或者與所存儲(chǔ)的來自第一次波束發(fā)射的回波信號(hào)一起進(jìn)行波束形成。對(duì)部分波束Rla和Rlb進(jìn)行組合，以形成全孔徑接收信號(hào)。這樣，通過使用采用如圖3中所用的相同微波束形成器通道結(jié)構(gòu)的合成孔徑波束形成，可以與64元件發(fā)射孔徑一起使用全部1 元件接收孔徑。圖6是本發(fā)明的微波束形成器通道發(fā)射機(jī)和前置放大器的第二示例的部分示意和方框圖說明。在該實(shí)施例中，高電壓輸出級(jí)Iio和120是分立的，并且添加了第二拉地級(jí) 106’，使得每個(gè)分立的輸出級(jí)具有其自己的拉地電路。雖然如果期望，可以使用不同的電源，但是通過同一個(gè)雙極性高電壓電源HV1+、HVl-對(duì)每個(gè)輸出級(jí)供電。能夠?qū)⒓?jí)110的輸出連接到換能器元件#m，并且能夠?qū)⒘硪患?jí)120的輸出連接到不同的換能器元件#n。通過 T/R開關(guān)沈、26’將每個(gè)換能器元件連接耦合到前置放大器20用于接收信號(hào)處理。該實(shí)現(xiàn)方式提供了利用脈沖發(fā)生器驅(qū)動(dòng)全部1 元件發(fā)射孔徑的性能，該脈沖發(fā)生器利用與圖2 的雙電平脈沖發(fā)生器幾乎相同量的IC區(qū)域。此外，消除了信號(hào)路徑阻抗和開關(guān)22J4所利用的IC基板面。如果兩個(gè)脈沖發(fā)生器110和120使用不同的電源，就能夠獲得圖6中電路的交替使用，得到類似于關(guān)于圖2所描述的脈沖發(fā)生器的雙電平脈沖發(fā)生器。在該情況下，將兩個(gè)接合焊盤30a和30b連接到單一陣列元件。使用雙電平脈沖發(fā)生器來提供用于旁瓣控制的發(fā)射孔徑變跡。這樣，取決于特定應(yīng)用的需求，能夠使用相同的電路提供孔徑平移或變跡。圖7說明了圖6的采用64元件換能器陣列12的微波束形成器通道配置的使用。 在該實(shí)現(xiàn)方式中，存在64個(gè)微波束形成器通道，其中每個(gè)具有兩個(gè)脈沖發(fā)生器110、120。僅需要這些脈沖發(fā)生器的一半來驅(qū)動(dòng)64元件陣列，并且圖7說明了耦合以便驅(qū)動(dòng)陣列12的元件的所有脈沖發(fā)生器110。在該實(shí)現(xiàn)方式中，未使用脈沖發(fā)生器120。在發(fā)射之后，閉合所有通道中所連接的換能器元件和相應(yīng)前置放大器20的輸入之間的T/R開關(guān)，并且將所接收的64個(gè)換能器元件的回波信號(hào)耦合到64個(gè)前置放大器用于放大和后續(xù)的接收波束形成。在圖8中，與1 元件換能器陣列32 —起使用相同的64通道微波束形成器。耦合脈沖發(fā)生器110以驅(qū)動(dòng)陣列的元件1-64，并且耦合脈沖發(fā)生器120以驅(qū)動(dòng)陣列32的元件 65-1觀。這使得能夠使用全部1 元件孔徑用于發(fā)射。在接收時(shí)，閉合每條通道中的T/R 開關(guān)中的一個(gè)，以將來自通道換能器元件中的一個(gè)的接收回波信號(hào)指向通道的前置放大器 20。該操作類似于圖4的操作，其中，能夠同時(shí)耦合多達(dá)64個(gè)元件用于接收，并且通過在全
8部1 元件孔徑交替的一半上相繼進(jìn)行接收，使合成孔徑接收波束形成是可能的。圖9說明了微波束形成器接收通道的部件的布置，通過其使得微波束形成器能夠與64元件或1 元件陣列一起使用用于全孔徑波束形成。在該示例中，每個(gè)微波束形成器接收通道包括耦合到延遲器40的前置放大器20。在該示例中，如在上述Poland等和 Mvord等的專利中所述，通過模擬隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(ARAM)延遲提供延遲。然后，通過開關(guān) 42和44將通過延遲器40所產(chǎn)生的延遲回波信號(hào)引導(dǎo)到兩個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器50a或50b的輸入。通道驅(qū)動(dòng)器的作用是將一個(gè)或多個(gè)微波束形成器通道接收信號(hào)耦合到諸如系統(tǒng)波束形成器的通道的后續(xù)處理器。在給定實(shí)現(xiàn)方式中，通道驅(qū)動(dòng)器可以是復(fù)雜的并且提供諸如求和以及放大的功能，或者它可以像將信號(hào)耦合到后續(xù)通道的導(dǎo)體一樣簡單，并且還可以起到求和節(jié)點(diǎn)的作用。當(dāng)把多個(gè)回波信號(hào)耦合到通道驅(qū)動(dòng)器的輸入時(shí)，同時(shí)在該接合部處對(duì)它們進(jìn)行高效求和。通過通道驅(qū)動(dòng)器耦合在通道驅(qū)動(dòng)器輸入處的組合回波信號(hào)用于后續(xù)處理，例如，如果回波信號(hào)是部分波束形成信號(hào)，就完成波束形成?？匆妶D9的布置包括16個(gè)微波束形成器通道，其可以有選擇地耦合到兩個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器50a和50b。當(dāng)所有16個(gè)開關(guān) 42閉合時(shí)，將所有16個(gè)接收通道耦合到通道驅(qū)動(dòng)器50a，并且當(dāng)所有16個(gè)開關(guān)44閉合，將所有通道耦合到通道驅(qū)動(dòng)器50b。開關(guān)關(guān)閉的其它組合將相應(yīng)在兩個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器之間分配通道。圖10是采用8通道系統(tǒng)波束形成器10的、具有圖9的4種布置的微波束形成器的使用的示例。提供了 4種接收通道布置，每種具有兩個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器，并且因此總共具有8 個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器，在圖10中用50a-50h標(biāo)識(shí)。在每組中，開關(guān)42中的8個(gè)是閉合的，以將8 個(gè)微波束形成器通道的延遲回波信號(hào)耦合到兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器之一，并且開關(guān)44中的8個(gè)是閉合的，以將來自另外8個(gè)微波束形成器通道的回波信號(hào)耦合到另一個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器的輸入。例如，在圖10的上部通道分組中，將頂部8個(gè)接收通道耦合到通道驅(qū)動(dòng)器50a的輸入，并且將下部8個(gè)接收通道耦合到通道驅(qū)動(dòng)器50b的輸入。采用以這種方式設(shè)置的每組16個(gè)通道中的開關(guān)，可以看到來自64元件陣列的8個(gè)元件的8條微波束形成器通道耦合到每個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器50a-50h的輸入，其將來自64個(gè)元件的回波信號(hào)均勻分配給8個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器。將每個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器的輸出耦合到8通道系統(tǒng)波束形成器10的不同通道，其將通道驅(qū)動(dòng)器的部分波束形成信號(hào)在系統(tǒng)波束形成器10的輸出處合并成全波束形成信號(hào)。在圖11的示例中，與1 元件換能器陣列一起使用圖9的接收微波束形成器通道布置。為了該示例的目的，假定將在圖10的右側(cè)上所示的4個(gè)微波束形成器通道分組集成到一個(gè)IC上。使用該IC提供在圖11的右側(cè)上所示的微波束形成器通道分組。如前，該微波束形成器通道分組對(duì)來自64個(gè)換能器元件的回波信號(hào)進(jìn)行接收和處理，在該示例中，64 個(gè)換能器元件包括1 元件陣列換能器的元件1-64。在使用1 元件陣列時(shí)，如圖中所示， 每個(gè)分組中的所有開關(guān)42是閉合的，并且所有開關(guān)44是打開的。該開關(guān)設(shè)置將來自耦合到16個(gè)前置放大器20的16個(gè)元件的所有16個(gè)回波信號(hào)施加到單一通道驅(qū)動(dòng)器。在圖11 中的16個(gè)微波束形成器通道的上部分組中，將來自1 元件陣列的元件1-16的回波信號(hào)全部施加到通道驅(qū)動(dòng)器50a的輸入。通道驅(qū)動(dòng)器50b在該實(shí)現(xiàn)方式中不起作用。如所示， 通過閉合所有開關(guān)42，可以看到通道驅(qū)動(dòng)器50a、50C、50e和50g中的每個(gè)將16個(gè)微波束形成器通道的部分波束形成求和提供給系統(tǒng)波束形成器10的通道1-4之一。至此所描述的圖11示出了如何通過包括在圖11的右側(cè)上所示的接收通道分組的IC對(duì)1 元件陣列的64個(gè)元件(在該示例中的元件1-64)的回波信號(hào)進(jìn)行處理。為了處理剩余的64個(gè)元件，配置與這一個(gè)IC類似的第二 IC從剩余64個(gè)元件中以類似的方式接收回波信號(hào)。如圖11所示，通過該第二 IC提供系統(tǒng)波束形成器的通道5-8的信號(hào)，其中耦合該第二 IC以與圖11中詳細(xì)示出的64個(gè)微波束形成器通道相同的方式對(duì)來自換能器元件65-1 的回波信號(hào)進(jìn)行處理?？梢?，可以對(duì)上述微波束形成器發(fā)射機(jī)和接收通道布置的各種組合進(jìn)行組合，并且集成到能夠與不同規(guī)模換能器陣列、特別是64元件陣列或1 元件陣列一起使用的IC 內(nèi)。于是，必需為制造用于滿足兩種陣列規(guī)模需求的僅一種IC的目的而產(chǎn)生開銷。還可見， 對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，變化將是顯而易見發(fā)生的。例如，可以將圖2、6和9中所示的平行單極、單擲開關(guān)對(duì)中的每個(gè)制造為單極、雙擲開關(guān)，以便實(shí)現(xiàn)相同的目的。對(duì)于不同目標(biāo)規(guī)模的換能器陣列和系統(tǒng)波束形成器，可以期望不同或者更高級(jí)別的集成。將意識(shí)到，可以對(duì)本發(fā)明的微波束形成器IC實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行放大或縮小，以適應(yīng)不同的通道計(jì)數(shù)和組合。雖然上面說明了 64/1 通道組合，但是應(yīng)該理解，只要較高的通道計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)方式是較低的通道計(jì)數(shù)IC的通道數(shù)目的整數(shù)倍，就還可以實(shí)現(xiàn)諸如48/192通道或者32/1 通道的其它組合。
權(quán)利要求
1.一種微波束形成器集成電路，其包括用于換能器陣列的元件的多個(gè)發(fā)射機(jī)和接收通道，所述集成電路可操作用于不同規(guī)模的換能器陣列，并且微波束形成器發(fā)射和接收通道包括發(fā)射機(jī)電路，其具有在其處產(chǎn)生換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，并且可操作用于以與其它發(fā)射機(jī)電路可控定時(shí)的關(guān)系來產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)；多個(gè)連接點(diǎn)，可以通過所述連接點(diǎn)將所述發(fā)射機(jī)輸出有選擇地耦合到一個(gè)或多個(gè)換能器元件，以有選擇地將換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦合到所選擇的換能器元件；發(fā)射/接收開關(guān)，其在回波接收期間是閉合的并且其耦合到所述連接點(diǎn)；以及接收通道，其包括耦合到所述發(fā)射/接收開關(guān)的可控通道延遲。
2.如權(quán)利要求1所述的微波束形成器集成電路，其中，所述連接點(diǎn)還包括第一開關(guān)和第二開關(guān)，所述第一開關(guān)可以閉合以將所述換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦合到第一連接點(diǎn)，并且所述第二開關(guān)可以閉合以將所述換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)耦合到第二連接點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的微波束形成器集成電路，其中，將所述第一連接點(diǎn)和第二連接點(diǎn)耦合到單獨(dú)一個(gè)換能器元件。
4.如權(quán)利要求3所述的微波束形成器集成電路，其中，所述換能器陣列還包括64元件換能器陣列；其中，所述微波束形成器集成電路還包括64個(gè)微波束形成器通道，每個(gè)微波束形成器通道包括發(fā)射機(jī)電路、耦合到發(fā)射機(jī)電路的輸出的至少一個(gè)連接點(diǎn)、發(fā)射/接收開關(guān)以及耦合到所述發(fā)射/接收開關(guān)的接收通道，其中，將所述微波束形成器通道中的每個(gè)的連接點(diǎn)耦合到所述64個(gè)換能器元件中不同的一個(gè)。
5.如權(quán)利要求2所述的微波束形成器集成電路，其中，將所述第一連接點(diǎn)和第二連接點(diǎn)耦合到不同的換能器元件。
6.如權(quán)利要求5所述的微波束形成器集成電路，其中，所述換能器陣列還包括1 元件換能器陣列；其中，所述微波束形成器集成電路還包括64個(gè)微波束形成器通道，每個(gè)微波束形成器通道包括發(fā)射機(jī)電路、有選擇地耦合到發(fā)射機(jī)電路的輸出的至少兩個(gè)連接點(diǎn)、發(fā)射/接收開關(guān)以及耦合到所述發(fā)射/接收開關(guān)的接收通道，其中，將所述微波束形成器通道中的每個(gè)的連接點(diǎn)耦合到所述1 個(gè)換能器元件中不同的一個(gè)。
7.如權(quán)利要求1所述的微波束形成器集成電路，其中，所述發(fā)射機(jī)電路還包括第一脈沖發(fā)生器，其具有在其處產(chǎn)生第一換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，所述第一脈沖發(fā)生器的輸出被耦合到第一連接點(diǎn)；以及第二脈沖發(fā)生器，其具有在其處產(chǎn)生第二換能器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，所述第二脈沖發(fā)生器的輸出被耦合到第二連接點(diǎn)；并且其中，所述發(fā)射/接收開關(guān)還包括第一發(fā)射/接收開關(guān)，其耦合在所述第一連接點(diǎn)和至接收通道的輸入之間；以及第二發(fā)射/接收開關(guān)，其耦合在所述第二連接點(diǎn)和至所述接收通道的輸入之間。
8.如權(quán)利要求7所述的微波束形成器集成電路，其中，所述換能器陣列還包括64元件換能器陣列；其中，所述微波束形成器集成電路還包括64個(gè)微波束形成器通道，每個(gè)微波束形成器通道包括多個(gè)發(fā)射機(jī)電路、耦合到發(fā)射機(jī)電路的輸出的至少一個(gè)連接點(diǎn)、多個(gè)發(fā)射/接收開關(guān)以及耦合到所述發(fā)射/接收開關(guān)的接收通道，其中，將所述微波束形成器通道中的每個(gè)的連接點(diǎn)耦合到所述64個(gè)換能器元件中不同的一個(gè)。
9.如權(quán)利要求7所述的微波束形成器集成電路，其中，所述換能器陣列還包括1 元件換能器陣列；其中，所述微波束形成器集成電路還包括64個(gè)微波束形成器通道，每個(gè)微波束形成器通道包括多個(gè)發(fā)射機(jī)電路、耦合到每個(gè)發(fā)射機(jī)電路的輸出的連接點(diǎn)、多個(gè)發(fā)射/接收開關(guān)以及耦合到所述發(fā)射/接收開關(guān)的接收通道，其中，將所述微波束形成器通道中的每個(gè)的所述連接點(diǎn)耦合到所述1 個(gè)換能器元件中不同的一個(gè)。
10.如權(quán)利要求1所述的微波束形成器集成電路，其中，所述接收通道還包括具有耦合到所述通道延遲的輸出以及耦合到所述發(fā)射/接收開關(guān)的輸入的放大器；并且還包括多個(gè)附加的接收通道，每個(gè)附加的接收通道包括具有耦合以從換能器元件接收回波信號(hào)的輸入和耦合到通道延遲的輸出的放大器； 多個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器；以及耦合在所述接收通道的所述通道延遲和所述通道驅(qū)動(dòng)器之間的多個(gè)開關(guān)，用于將經(jīng)延遲的回波信號(hào)有選擇地施加給通道驅(qū)動(dòng)器。
11.如權(quán)利要求10所述的微波束形成器集成電路，其中，所述換能器陣列還包括64元件換能器陣列；其中，所述微波束形成器集成電路還包括64個(gè)微波束形成器通道，每個(gè)微波束形成器通道包括發(fā)射機(jī)電路、耦合到發(fā)射機(jī)電路的輸出的至少一個(gè)連接點(diǎn)、發(fā)射/接收開關(guān)以及耦合到所述發(fā)射/接收開關(guān)的接收通道，其中，將所述64個(gè)通道配置成具有16個(gè)通道的組，可以將每組的通道通過多個(gè)開關(guān)有選擇地耦合到兩個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器之一；并且其中，將所述通道驅(qū)動(dòng)器耦合到系統(tǒng)波束形成器的通道的輸入。
12.如權(quán)利要求11所述的微波束形成器集成電路，其中，設(shè)置所述多個(gè)開關(guān)以將8個(gè)微波束形成器通道耦合到各個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器。
13.如權(quán)利要求10所述的微波束形成器集成電路，其中，所述換能器陣列還包括1 元件換能器陣列；其中，所述微波束形成器集成電路還包括64個(gè)微波束形成器通道，每個(gè)微波束形成器通道包括發(fā)射機(jī)電路、耦合到發(fā)射機(jī)電路的輸出的至少一個(gè)連接點(diǎn)、發(fā)射/接收開關(guān)以及耦合到所述發(fā)射/接收開關(guān)的接收通道，其中，將所述64個(gè)通道配置成具有16個(gè)通道的組，可以將每組的通道通過多個(gè)開關(guān)有選擇地耦合到兩個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器之一；并且其中，設(shè)置所述多個(gè)開關(guān)以將每組的通道耦合到一個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器；并且其中，將通過所述開關(guān)耦合到微波束形成器通道的所述通道驅(qū)動(dòng)器耦合到系統(tǒng)波束形成器的通道的輸入。
14.如權(quán)利要求13所述的微波束形成器集成電路，還包括具有64個(gè)微波束形成器通道的第二微波束形成器集成電路，其配置并且具有與所述第一微波束形成器集成電路的開關(guān)設(shè)置相同的開關(guān)設(shè)置，其中，將通過所述第二微波束形成器集成電路的開關(guān)耦合到所述第二微波束形成器集成電路的微波束形成器通道的通道驅(qū)動(dòng)器耦合到所述系統(tǒng)波束形成器的通道的輸入。
全文摘要
一種具有64個(gè)微波束形成器通道的微波束形成器集成電路，其可以與64元件或者128元件陣列換能器一起使用。每個(gè)微波束形成器通道包括發(fā)射機(jī)、用于將發(fā)射機(jī)有選擇地耦合到一個(gè)或多個(gè)換能器元件的多個(gè)連接點(diǎn)、耦合到發(fā)射機(jī)輸出的發(fā)射/接收開關(guān)、以及包括可變延遲的接收通道?？梢詫⑦B接點(diǎn)配置為具有耦合到換能器元件的僅一個(gè)連接點(diǎn)、耦合到同一個(gè)換能器元件的兩個(gè)連接點(diǎn)、或者耦合到多個(gè)換能器元件的多個(gè)連接點(diǎn)。發(fā)射機(jī)還可以包括耦合到每個(gè)連接點(diǎn)的獨(dú)立的脈沖發(fā)生器。將接收通道以16個(gè)每組進(jìn)行分組，可以將組有選擇地耦合到兩個(gè)通道驅(qū)動(dòng)器之一，以將部分波束形成的信號(hào)提供給系統(tǒng)波束形成器的通道。
文檔編號(hào)G01S7/52GK102216805SQ200980144593
公開日2011年10月12日 申請日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
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