用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載,尤其是驅(qū)動(dòng)超聲換能器的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和驅(qū)動(dòng)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)獨(dú)立電容性負(fù)載元件(52)的負(fù)載(52)，尤其是驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)換能器元件(52)的超聲換能器的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(40)，其包括：輸入端子(44、46)，其用于將所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(40)連接到電源(48)；多個(gè)輸出端子(50)，每個(gè)用于將所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(40)連接到負(fù)載元件(52)中的一個(gè)；第一可控開(kāi)關(guān)(54)，其連接到所述輸入端子的第一輸入端子(44)；以及多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件(42)，其每個(gè)具有彼此串聯(lián)連接的第二可控開(kāi)關(guān)(60)和電阻器(58)，其中，所述驅(qū)動(dòng)元件(42)中的每個(gè)與所述第一可控開(kāi)關(guān)(54)串聯(lián)連接并連接到所述輸入端子中的第二輸入端子(46)，并且其中，所述輸出端子(50)中的每個(gè)連接到用于驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載元件(52)的所述驅(qū)動(dòng)元件(42)中的一個(gè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載，尤其是驅(qū)動(dòng)超聲換能器的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備和驅(qū)動(dòng)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)獨(dú)立電容性負(fù)載元件，尤其是驅(qū)動(dòng)包括多個(gè)換能器元件的超聲換能器的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備以及對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方法。此外，本發(fā)明涉及超聲裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在用于三維成像的超聲換能器領(lǐng)域中，通過(guò)集成二維聲學(xué)換能器元件陣列來(lái)設(shè)計(jì)換能器探頭。所述換能器元件通常是由用于發(fā)射壓力波的壓電材料形成的。換能器元件常常也用于探測(cè)用于三維成像的超聲反射。通常由具有用于獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)換能器元件的集成的驅(qū)動(dòng)器元件的ASIC來(lái)控制或驅(qū)動(dòng)所述換能器元件。
[0003]已存在的3D超聲換能器被用于經(jīng)皮及經(jīng)食道的成像并且提供在2MHz到1MHz的范圍中的成像頻率。在這一成像頻率范圍中，用于驅(qū)動(dòng)換能器元件的ASIC被設(shè)計(jì)為具有用于控制、發(fā)送、并接收對(duì)應(yīng)于單個(gè)換能器元件的陣列的陣列中的聲學(xué)信號(hào)的電路。由特定應(yīng)用的成像需求(即，超聲換能器的視場(chǎng)和頻率)確定換能器元件的尺寸。通常二維陣列中的換能器元件的間距在ΙΟΟμπι和300 μm之間。
[0004]對(duì)于基于導(dǎo)管的成像設(shè)備和系統(tǒng)而言，當(dāng)前可利用的成像換能器探頭和驅(qū)動(dòng)器設(shè)備太大，并且以兩個(gè)低的頻率工作以提供器官之內(nèi)(例如在心臟之內(nèi))的必要的二維和三維成像。尤其是對(duì)于用于檢查心臟的應(yīng)用而言，針對(duì)消融程序和結(jié)構(gòu)性心臟修復(fù)，換能器探頭必須提供引導(dǎo)和位置信息。這些應(yīng)用需要較高的頻率，例如15-60MHZ，以提供所需要的成像特性。此外，為了獲得基于導(dǎo)管的應(yīng)用所需的頻率和尺寸，能夠采用電容性微機(jī)械超聲換能器(CMUT)來(lái)代替所述壓電換能器元件。CMUT能夠以比壓電材料更高的頻率和更小的尺寸提供優(yōu)異的聲學(xué)性能，并且能夠使用廉價(jià)的半導(dǎo)體加工技術(shù)來(lái)進(jìn)行制造。
[0005]從US 2006/0264747 Al已知減小所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的尺寸的一種可能。這一驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的微型波束形成器結(jié)合到具有公共電壓源或公共電流源的群集。然而，由于大量的高電壓晶體管被集成在ASIC中，所以所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的尺寸仍然太大而不能被容納在基于導(dǎo)管的換能器探頭中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此本發(fā)明的目的是提供用于驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)獨(dú)立電容性負(fù)載元件的負(fù)載的具有減小的尺寸的改進(jìn)的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備以及對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)方法。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)獨(dú)立電容性負(fù)載元件的負(fù)載，尤其是驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)換能器元件的超聲換能器的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，包括:
[0008]-輸入端子，其用于將驅(qū)動(dòng)器設(shè)備連接到電源；
[0009]-多個(gè)輸出端子，其將所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備連接到所述負(fù)載元件中的一個(gè)，
[0010]-第一可控開(kāi)關(guān)，其連接到所述輸入端子的第一輸入端子，以及
[0011]-多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件，每個(gè)具有彼此串聯(lián)連接的第二可控開(kāi)關(guān)和電阻器，其中，所述驅(qū)動(dòng)元件中的每個(gè)與所述第一可控開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接并連接到所述輸入端子中的第二輸入端子，并且其中，所述輸出端子中的每個(gè)連接到用于驅(qū)動(dòng)所述負(fù)載元件的所述驅(qū)動(dòng)元件中的一個(gè)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)獨(dú)立電容性負(fù)載元件的負(fù)載，尤其是用于驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)換能器元件的超聲換能器的驅(qū)動(dòng)方法，其包括以下步驟:
[0013]-將所述負(fù)載元件連接到驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，
[0014]-經(jīng)由單個(gè)可控開(kāi)關(guān)將所述電容性負(fù)載元件連接到第一電壓電平，并且
[0015]-經(jīng)由多個(gè)可控開(kāi)關(guān)將所述電容性負(fù)載元件個(gè)體地連接到第二電壓電平，所述多個(gè)可控開(kāi)關(guān)每個(gè)與所述電容性負(fù)載元件中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的又一方面提供了一種超聲裝置，所述超聲裝置包括:超聲換能器，其具有多個(gè)換能器元件，尤其是具有換能器元件陣列；以及至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其用于個(gè)體地驅(qū)動(dòng)根據(jù)本發(fā)明所提供的所述超聲換能器元件。
[0017]在從屬權(quán)利要求中定義了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，要求保護(hù)的方法具有如要求保護(hù)的設(shè)備并且如從屬權(quán)利要求中定義的相似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例。
[0018]本發(fā)明是基于這樣的想法的，即經(jīng)由單個(gè)高電壓晶體管來(lái)對(duì)所述電容性負(fù)載進(jìn)行充電或放電，并且利用個(gè)體地耦合到所述輸出端子的第二高電壓晶體管來(lái)對(duì)所述電容性負(fù)載元件個(gè)體地進(jìn)行放電或充電。因?yàn)榻?jīng)由所述單個(gè)高電壓晶體管對(duì)所有的所述電容性負(fù)載元件進(jìn)行充電或放電，所以能夠減小集成的晶體管元件的整體數(shù)量。因此，借助于根據(jù)本發(fā)明所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備以及驅(qū)動(dòng)方法，能夠明顯地減小所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的尺寸。
[0019]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述輸出端子每個(gè)連接到在所述電阻器與所述第二可控開(kāi)關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)。借助于這一特殊連接，所述電容性負(fù)載元件借助于所述電阻器而彼此獨(dú)立，使得能夠?qū)λ鲭娙菪载?fù)載元件緩慢地進(jìn)行充電并容易地個(gè)體地對(duì)所述電容性負(fù)載元件進(jìn)行放電，而不相互干擾并且不引起聲學(xué)能量。
[0020]在另一實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備包括多個(gè)開(kāi)關(guān)控制元件，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)控制元件與所述第二可控開(kāi)關(guān)中的每個(gè)相關(guān)聯(lián)，以控制所述第二可控開(kāi)關(guān)。提供所述開(kāi)關(guān)控制元件來(lái)控制所述第二可控開(kāi)關(guān)個(gè)體地進(jìn)行切換，以個(gè)體地對(duì)所述電容性負(fù)載元件進(jìn)行充電或放電。
[0021]在另一實(shí)施例中，提供所述第一可控開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)所述電容性負(fù)載元件進(jìn)行充電，并且其中，提供所述第二可控開(kāi)關(guān)來(lái)個(gè)體地對(duì)所述電容性負(fù)載元件進(jìn)行放電。這是用于利用低的控制努力來(lái)個(gè)體地驅(qū)動(dòng)所述超聲換能器元件并用于提供二維或三維壓力波的簡(jiǎn)單解決方案。
[0022]在另一實(shí)施例中，提供所述第二可控開(kāi)關(guān)來(lái)個(gè)體地對(duì)所述電容性負(fù)載元件進(jìn)行充電，并且提供所述第一可控開(kāi)關(guān)來(lái)對(duì)所述電容性負(fù)載元件進(jìn)行放電。這是用于利用低的控制努力來(lái)個(gè)體地驅(qū)動(dòng)所述超聲換能器元件并用于提供二維或三維壓力波的簡(jiǎn)單解決方案。
[0023]在另一實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)控制元件被配置為基于交錯(cuò)的時(shí)間(staggered time)來(lái)切換所述第二可控開(kāi)關(guān)。這是用于提供用于高質(zhì)量三維成像的三維壓力脈沖的實(shí)踐解決方案。
[0024]在另一實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)控制元件被配置為控制所述第一可控開(kāi)關(guān)和所述第二可控開(kāi)關(guān)，使得所述第一可控開(kāi)關(guān)和所述第二可控開(kāi)關(guān)至少暫時(shí)地同時(shí)導(dǎo)電。這使所述驅(qū)動(dòng)元件之間的串?dāng)_最小化。
[0025]在另一實(shí)施例中，所述驅(qū)動(dòng)元件中的每個(gè)具有連接到所述第二可控開(kāi)關(guān)的接收電路。這是用于驅(qū)動(dòng)所述電容性負(fù)載元件并用于借助于所述驅(qū)動(dòng)元件來(lái)探測(cè)超聲反射以進(jìn)一步減小所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的尺寸的一種可能。
[0026]在另一實(shí)施例中，所述第二可控開(kāi)關(guān)中的每個(gè)經(jīng)由第三可控開(kāi)關(guān)連接到所述第二輸入端子，并且其中，所述接收電路中的每個(gè)連接到在所述第二可控開(kāi)關(guān)中的每個(gè)與所述第三可控開(kāi)關(guān)中的每個(gè)之間節(jié)點(diǎn)。這是用于對(duì)所述接收線圈和用于探測(cè)所述超聲反射的所述電容性負(fù)載元件進(jìn)行連接及切斷以對(duì)所述接收電路進(jìn)行激活和去激活的簡(jiǎn)單解決方案。
[0027]在另一實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)控制元件適于在所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的驅(qū)動(dòng)模式中將所述第三可控開(kāi)關(guān)和所述第二可控開(kāi)關(guān)切換為導(dǎo)電狀態(tài)。這是用于利用低的控制努力來(lái)激活所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的驅(qū)動(dòng)模式的實(shí)踐可能。
[0028]在另一實(shí)施例中，所述開(kāi)關(guān)控制元件用于在接收模式中當(dāng)所述接收電路被激活時(shí)將所述第二可控開(kāi)關(guān)切換為導(dǎo)電狀態(tài)，并且將所述第三可控開(kāi)關(guān)切換為非導(dǎo)電狀態(tài)。這是用于利用低的控制努力而從所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的所述驅(qū)動(dòng)模式切換到所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的所述接收模式的有用解決方案。
[0029]在另一實(shí)施例中，所述第一可控開(kāi)關(guān)和所述第二可控開(kāi)關(guān)集成在一個(gè)單個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備中。這是用于提供用于基于導(dǎo)管的成像超聲換能器的小的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的解決方案。
[0030]如上所述，本發(fā)明提供了用于驅(qū)動(dòng)諸如用于三維超聲成像的換能器元件的多個(gè)獨(dú)立電容性負(fù)載元件的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，能夠個(gè)體地驅(qū)動(dòng)所述獨(dú)立電容性負(fù)載元件，并且其中，減小了所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的尺寸。實(shí)現(xiàn)了所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的尺寸的減小，這是因?yàn)榻?jīng)由所述第一可控開(kāi)關(guān)在一個(gè)步驟中對(duì)全部所述電容性負(fù)載元件進(jìn)行充電，并且利用所述第二可控開(kāi)關(guān)個(gè)體地對(duì)所述電容性負(fù)載元件進(jìn)行放電。因此，能夠減小開(kāi)關(guān)的數(shù)量和驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的尺寸。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]參考下文描述的(一個(gè)或多個(gè))實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他方面將顯而易見(jiàn)并得到闡述，在下面的附圖中，
[0032]圖1示出了用于驅(qū)動(dòng)超聲換能器的換能器元件的已知驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的示意性方框圖；
[0033]圖2示出了具有用于個(gè)體地驅(qū)動(dòng)獨(dú)立換能器元件的多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備；
[0034]圖3示出了圖2中所示的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的可控開(kāi)關(guān)和用于驅(qū)動(dòng)所述換能器元件的輸出電壓的時(shí)序圖；
[0035]圖4示出了用于驅(qū)動(dòng)換能器元件并用于利用所述換能器元件測(cè)量超聲反射的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的示意性方框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0036]圖1示出了用于驅(qū)動(dòng)超聲換能器元件12的已知驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10。驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10包括端子14、16，端子14、16作為用于將驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10連接到電源18的供電連接件，電源18向驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10提供供電電壓VlO。在這一特定實(shí)施例中，第二輸入端子16和電源18每個(gè)連接到地電平20。
[0037]驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10包括輸出端子22，輸出端子22用于將驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10連接到超聲換能器元件12。驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10包括彼此串聯(lián)連接的兩個(gè)可控開(kāi)關(guān)24、26，其中，輸出端子22連接到在第一與第二可控開(kāi)關(guān)24、26之間的節(jié)點(diǎn)28。可控開(kāi)關(guān)24、26形成用于向輸出端子22提供不同電壓電平的半橋?？煽亻_(kāi)關(guān)24、26經(jīng)由控制輸入部連接到控制單元?？刂茊卧?0借助于控制信號(hào)來(lái)控制可控開(kāi)關(guān)24、26，并且利用連接在控制單元30與第一可控開(kāi)關(guān)24之間的電平轉(zhuǎn)換器32來(lái)以交替的方式切換控制單元30。
[0038]通過(guò)向超聲換能器元件12提供不同的電壓電平(在這一情況中是VlO和地)，來(lái)以交替的方式對(duì)超聲換能器元件12進(jìn)行充電和放電，并且超聲換能器元件12提供壓力波，所述壓力波的頻率對(duì)應(yīng)于控制信號(hào)的及可控開(kāi)關(guān)24、26的切換頻率。
[0039]可控開(kāi)關(guān)24、26通常被形成為具有不同導(dǎo)電型的高電壓半導(dǎo)體晶體管。所述高電壓晶體管通常集成在諸如ASIC的半導(dǎo)體設(shè)備中以減小驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10的尺寸。為了驅(qū)動(dòng)諸如換能器元件陣列的多個(gè)換能器元件12，對(duì)應(yīng)數(shù)量的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10必須集成在一個(gè)ASIC中并且需要彼此隔離，使得這些ASIC的芯片區(qū)通常大。
[0040]圖2示出了用于驅(qū)動(dòng)多個(gè)換能器元件的、一般用40指示的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備的示意性方框圖。驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件42、42’。在圖2中，作為范例示出兩個(gè)驅(qū)動(dòng)元件42、42’，然而，對(duì)應(yīng)于在換能器元件的一個(gè)面片之內(nèi)的要被驅(qū)動(dòng)的換能器元件的數(shù)量，驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40通常包括多于兩個(gè)驅(qū)動(dòng)元件42、42’，例如，36個(gè)驅(qū)動(dòng)元件。整個(gè)換能器探頭包含許多換能器面片以及例如1000個(gè)換能器元件。換能器元件優(yōu)選地布置在例如大約6x6的元件的面片中以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)的利用的優(yōu)化，針對(duì)在一個(gè)面片中的小數(shù)量的換能器元件以及電力損失，所述面片元件數(shù)減小，針對(duì)大的面片由于第一可控開(kāi)關(guān)和第二可控開(kāi)關(guān)的交疊時(shí)間，所述面片元件數(shù)增大。驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40包括輸入端子44、46，輸入端子44、46作為用于將驅(qū)動(dòng)器設(shè)備連接到電源48的供電連接件，電源48提供用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40的供電電壓V20。在這一情況中，第二輸入端子46、46’和電源40均連接到地，然而在特定實(shí)施例中，輸入端子46、46’也能夠連接到不同電壓電平。
[0041]驅(qū)動(dòng)元件42、42’均連接到用于個(gè)體地驅(qū)動(dòng)換能器元件52、52’的輸出端子50、50’。換能器元件52、52’通常集成在一維換能器元件陣列或二維換能器元件陣列中，以形成超聲換能器并且提供二維壓力波或三維壓力波。
[0042]驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40包括連接到輸入端子中的第一輸入端子44的第一可控開(kāi)關(guān)54，并且第一可控開(kāi)關(guān)54由開(kāi)關(guān)控制單元56控制。驅(qū)動(dòng)元件42、42’均連接到第一可控開(kāi)關(guān)54。驅(qū)動(dòng)元件42、42’彼此并聯(lián)連接并且均包括電阻器58以及第二可控開(kāi)關(guān)60，電阻器58以及第二可控開(kāi)關(guān)60串聯(lián)連接在第一可控開(kāi)關(guān)54與第二輸出端子46之間。電阻器58、58’與第二可控開(kāi)關(guān)60、60’之間的節(jié)點(diǎn)62、62’連接到驅(qū)動(dòng)元件42、42’的相應(yīng)的輸出端子50、50’，以向換能器元件52、52’中的每個(gè)提供輸出電壓。第二可控開(kāi)關(guān)60、60’每個(gè)經(jīng)由由開(kāi)關(guān)控制單元64、64’提供的控制信號(hào)而被控制。驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40包括控制單元66，控制單元66控制用于切換第一可控開(kāi)關(guān)54和第二可控開(kāi)關(guān)60、60’的開(kāi)關(guān)控制單元56、64、64’。電平轉(zhuǎn)換器68連接在控制單元66與第一可控開(kāi)關(guān)54的開(kāi)關(guān)控制單元56之間，以切換第一可控開(kāi)關(guān)54和第二可控開(kāi)關(guān)60、60’。
[0043]在驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40的操作期間，第一可控開(kāi)關(guān)54被導(dǎo)通(即，切換到導(dǎo)電狀態(tài))而第二可控開(kāi)關(guān)60、60’被關(guān)斷(即，在非導(dǎo)電狀態(tài)中)。在第一可控開(kāi)關(guān)54的這一導(dǎo)通時(shí)間期間，輸出端子50、50 ’經(jīng)由電阻器58、58 ’連接到電源48。在這一導(dǎo)通時(shí)間期間，經(jīng)由電阻器58、58’對(duì)電容性負(fù)載元件42、42’(即換能器元件52、52’)進(jìn)行充電。在已經(jīng)將換能器元件52、52 ’充電到電壓V20之后，個(gè)體地導(dǎo)通第二可控開(kāi)關(guān)60、60 ’，以通過(guò)將輸出端子50、50’連接到第二輸入端子46，來(lái)個(gè)體地對(duì)電容性負(fù)載元件42、42’ (即換能器元件42、42’ )進(jìn)行放電?？梢栽趯⒌诙煽亻_(kāi)關(guān)60、60’導(dǎo)通之前或在當(dāng)將第二可控開(kāi)關(guān)60、60’導(dǎo)通時(shí)的同時(shí)，關(guān)斷第一可控開(kāi)關(guān)54，以減小電阻器58、58’中的電源損失。備選地，當(dāng)將第二可控開(kāi)關(guān)60、60’導(dǎo)通到導(dǎo)電狀態(tài)時(shí)，第一可控開(kāi)關(guān)54可以仍然是導(dǎo)電的，以減小換能器元件52、52’之間的串?dāng)_。由于換能器元件52、52’和電阻器58、58’的電容，經(jīng)由第一可控開(kāi)關(guān)54同時(shí)地執(zhí)行對(duì)換能器元件52、52’的充電，并且比較慢地執(zhí)行對(duì)換能器元件52、52’的充電。由于所述充電的低的頻率，換能器元件52、52’沒(méi)有生成明顯的聲壓。在對(duì)換能器元件52、52’進(jìn)行第一放電期間，換能器元件52、52’中的每個(gè)個(gè)體地生成壓力波。
[0044]驅(qū)動(dòng)元件42、42’形成驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40的不同通道，其中，每個(gè)通道包含用于激活第二可控開(kāi)關(guān)60、60’的個(gè)體開(kāi)關(guān)控制單元64、64’。取決于對(duì)第二可控開(kāi)關(guān)60、60’的切換的定時(shí)，能夠以常規(guī)的方式對(duì)超聲換能器發(fā)射的壓力波進(jìn)行操縱和聚焦。
[0045]第一可控開(kāi)關(guān)54和第二可控開(kāi)關(guān)60、60’是具有不同導(dǎo)電型的高電壓晶體管。在圖2中示出的情況中，第一可控開(kāi)關(guān)54是p-MOS晶體管并且第二可控開(kāi)關(guān)是n-MOS晶體管。在備選的實(shí)施例中，導(dǎo)電型能夠是反過(guò)來(lái)的。
[0046]通常換能器元件52、52’與驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40集成到一起并且緊密地被定位在一起。因此，能夠利用相對(duì)于彼此的短定時(shí)延遲來(lái)激活不同通道。對(duì)第一可控開(kāi)關(guān)54的控制能夠關(guān)于對(duì)第二可控開(kāi)關(guān)60、60’的控制而被優(yōu)化。第一可控開(kāi)關(guān)54和第二可控開(kāi)關(guān)60、60’的導(dǎo)通時(shí)間的交疊應(yīng)當(dāng)被最小化或優(yōu)化。在特定實(shí)施例中，在對(duì)第二可控開(kāi)關(guān)的切換期間導(dǎo)通第一可控開(kāi)關(guān)54，以最小化不同驅(qū)動(dòng)元件42、42’之間的串?dāng)_。對(duì)電平轉(zhuǎn)換器68的定時(shí)并不是與在圖1中示出的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備10中同樣關(guān)鍵的，這是因?yàn)殡娮杵?8、58’防止驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40短路。因此，電平轉(zhuǎn)換器68可以是非時(shí)間挑剔(timing-critical)的簡(jiǎn)單電路。
[0047]在備選的實(shí)施例中，輸入端子44連接到地并且輸入端子46、46’連接到電源48，并且換能器元件50、50’經(jīng)由第二可控開(kāi)關(guān)60、60’個(gè)體地進(jìn)行充電并經(jīng)由第一可控開(kāi)關(guān)54個(gè)體地進(jìn)行放電。
[0048]圖3示出了具有用于驅(qū)動(dòng)三個(gè)換能器元件的三個(gè)驅(qū)動(dòng)元件42的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40的定時(shí)圖。
[0049]在圖3中，示意性示出了用于驅(qū)動(dòng)第一可控開(kāi)關(guān)54的驅(qū)動(dòng)信號(hào)VI，并且三個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)V2、V3、V4被示意性示為驅(qū)動(dòng)三個(gè)不同驅(qū)動(dòng)元件42的第二可控開(kāi)關(guān)60。此外，示意性示出了三個(gè)驅(qū)動(dòng)元件42的不同輸出端子的輸出電壓Visa。
[0050]在tl處，第一可控開(kāi)關(guān)54被導(dǎo)通(即，切換到導(dǎo)電狀態(tài))，而第二可控開(kāi)關(guān)60被關(guān)斷(即，處于非導(dǎo)電狀態(tài))。在對(duì)換能器元件52同時(shí)進(jìn)行充電時(shí)，電壓Visa緩慢地增加。在t2處，如所示地利用驅(qū)動(dòng)信號(hào)V4來(lái)導(dǎo)通第二晶體管60中的一個(gè)。在t2處，如所示地通過(guò)快速地降低t2處的輸出電壓Visa，來(lái)快速地對(duì)與這一第二晶體管相關(guān)聯(lián)的相應(yīng)的換能器元件52進(jìn)行放電。在t3處，如所示地利用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)V2來(lái)導(dǎo)通第二可控開(kāi)關(guān)中的第二個(gè)，并且如所示地通過(guò)快速地降低t3處的輸出電壓Visa，來(lái)對(duì)相關(guān)聯(lián)的換能器元件52進(jìn)行放電。在t4處，如所示地利用相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)V3來(lái)導(dǎo)通第二可控開(kāi)關(guān)中的第三個(gè)，并且如示意性所示地利用輸出電壓Visa來(lái)對(duì)相關(guān)聯(lián)的換能器元件52進(jìn)行放電。在t5處，將第一可控開(kāi)關(guān)54和三個(gè)第二可控開(kāi)關(guān)60關(guān)斷。在t2與t5之間的時(shí)相期間，生成超聲換能器的壓力波。在t5處，所有可控開(kāi)關(guān)54、60被關(guān)斷并且驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40被切換為讀數(shù)模式(read-mode)。在讀數(shù)模式期間，換能器元件52探測(cè)超聲反射，所述超聲反射在換能器元件52中引起能夠由驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40探測(cè)到的反射電流，如下所述。在tl’處再次開(kāi)始對(duì)換能器元件52進(jìn)行充電。在這一實(shí)施例中，在t5處，針對(duì)隨后的接收模式，第二可控開(kāi)關(guān)60被關(guān)斷，然而，取決于用于探測(cè)超聲換能器元件52的電流的接收線圈，第二可控開(kāi)關(guān)60在接收模式期間備選地可以仍然是導(dǎo)通的。
[0051]圖4示出了包括用于探測(cè)超聲換能器元件52的超聲反射的接收元件的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40的實(shí)施例。相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件，其中，這里僅詳細(xì)地解釋差異。
[0052]圖4中示出的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40包括五個(gè)探測(cè)元件42、42’、42”、42”’、42””，其中，僅詳細(xì)示出了驅(qū)動(dòng)元件中的一個(gè)42并且示意性示出了其他驅(qū)動(dòng)元件42’、42”、42”’、42””。
[0053]第三可控開(kāi)關(guān)70連接在第二可控開(kāi)關(guān)60與第二輸入端子46之間。接收電路72連接到在第二可控開(kāi)關(guān)60與第三可控開(kāi)關(guān)70之間的節(jié)點(diǎn)74。開(kāi)關(guān)控制單元64連接到第三可控開(kāi)關(guān)70，以控制第三可控開(kāi)關(guān)70。第三可控開(kāi)關(guān)70優(yōu)選地是低電壓晶體管。
[0054]在圖3中所示的在t2和t5之間的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40的驅(qū)動(dòng)模式中，每個(gè)驅(qū)動(dòng)元件42的第三可控開(kāi)關(guān)70被導(dǎo)通到導(dǎo)電狀態(tài)，接收器電路72被關(guān)斷并且第二可控開(kāi)關(guān)60、60’被導(dǎo)通到導(dǎo)電狀態(tài)以生成聲壓。在驅(qū)動(dòng)模式中，第二可控開(kāi)關(guān)60、60’起級(jí)聯(lián)級(jí)的作用并且防止節(jié)點(diǎn)74的高電壓，使得接收器電路72能夠由低電壓部件形成。在這一驅(qū)動(dòng)模式中，如上所述，提供聲壓波。在如圖3中所示的在t5和tl’之間的接收模式期間，第二可控開(kāi)關(guān)60、60’依然是導(dǎo)電的并且第三可控開(kāi)關(guān)70被關(guān)斷到非導(dǎo)電狀態(tài)。接收器電路72被激活并且由換能器元件52生成的電流經(jīng)由第二可控開(kāi)關(guān)60流到接收電器路72中，以探測(cè)換能器電流并且探測(cè)相應(yīng)的超聲反射。接收器電路72在這一情況中可以充當(dāng)具有低的輸入阻抗的互阻抗放大器。因此，圖4中所示的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40能夠驅(qū)動(dòng)換能器元件52來(lái)提供聚焦的壓力波并且還能夠探測(cè)所述超聲反射。
[0055]在另一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40包括一個(gè)第四可控開(kāi)關(guān)76、一個(gè)第五可控開(kāi)關(guān)78、以及與第一可控開(kāi)關(guān)54相關(guān)聯(lián)的第二接收器電路80。利用開(kāi)關(guān)控制單元82來(lái)控制第四可控開(kāi)關(guān)76和第五可控開(kāi)關(guān)78。第四可控開(kāi)關(guān)76和第五可控開(kāi)關(guān)78串聯(lián)連接在第一可控開(kāi)關(guān)54與第二輸入端子46之間。第二接收電路80連接到在第四可控開(kāi)關(guān)76與第五可控開(kāi)關(guān)78之間的節(jié)點(diǎn)84。在驅(qū)動(dòng)器設(shè)備40的接收模式中，第二接收電路80被激活并且還導(dǎo)致使驅(qū)動(dòng)元件42、42’、42”、42”’、42””之間的串?dāng)_最小化的低的阻抗。
[0056]盡管已經(jīng)在附圖和前文的描述中詳細(xì)說(shuō)明并描述了本發(fā)明，但這種說(shuō)明和描述被視為說(shuō)明性或示范性的，而非限制性的；本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員通過(guò)研宄附圖、公開(kāi)內(nèi)容以及權(quán)利要求書(shū)，在實(shí)踐要求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)，能夠理解并實(shí)現(xiàn)對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的其他變型。
[0057]在權(quán)利要求書(shū)中，詞語(yǔ)“包括”不排除其他元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)。單個(gè)元件或其他單元可以完成權(quán)利要求中記載的若干項(xiàng)目的功能。盡管在互不相同的從屬權(quán)利要求中記載了特定措施，但是這并不指示不能有利地使用這些措施的組合。
[0058]計(jì)算機(jī)程序可以被存儲(chǔ)/分布在適合的介質(zhì)上，例如與其他硬件一起提供或作為其他硬件的部分提供的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)或固態(tài)介質(zhì)，但是也可以被以其他形式分布，例如經(jīng)由因特網(wǎng)或其他的有線或無(wú)線的電信系統(tǒng)。
[0059]權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)被解釋為對(duì)范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)獨(dú)立電容性負(fù)載元件(52)的負(fù)載(52)，尤其是驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)換能器元件(52)的超聲換能器的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(40)，包括: -輸入端子(44、46)，其用于將所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(40)連接到電源(48); -多個(gè)輸出端子(50)，每個(gè)用于將所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(40)連接到負(fù)載元件(52)中的一個(gè)， -第一可控開(kāi)關(guān)(54)，其連接到所述輸入端子的第一輸入端子(44)，以及 -多個(gè)驅(qū)動(dòng)元件(42)，每個(gè)具有彼此串聯(lián)連接的第二可控開(kāi)關(guān)￠0)和電阻器(58)，其中，所述驅(qū)動(dòng)元件(42)中的每個(gè)與所述第一可控開(kāi)關(guān)(54)串聯(lián)連接并連接到所述輸入端子中的第二輸入端子(46)，并且其中，所述輸出端子(50)中的每個(gè)連接到所述驅(qū)動(dòng)元件(42)中的一個(gè)，用于為所述負(fù)載元件(52)供電。
2.如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，所述輸出端子(50)每個(gè)連接到在所述電阻器(58)與所述第二可控開(kāi)關(guān)(60)之間的節(jié)點(diǎn)(62)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，還包括多個(gè)開(kāi)關(guān)控制元件(56、64)，所述多個(gè)開(kāi)關(guān)控制元件與所述可控開(kāi)關(guān)(54、60)中的每個(gè)相關(guān)聯(lián)，用于控制所述可控開(kāi)關(guān)(54、60)。
4.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，所述第一可控開(kāi)關(guān)(54)被提供用于對(duì)所述電容性負(fù)載元件(52)進(jìn)行充電，并且其中，所述第二可控開(kāi)關(guān)￠0)被提供用于個(gè)體地對(duì)所述電容性負(fù)載元件(52)進(jìn)行放電。
5.如權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，所述第一可控開(kāi)關(guān)(54)被提供用于對(duì)所述電容性負(fù)載元件(52)進(jìn)行放電，并且其中，所述第二可控開(kāi)關(guān)￠0)被提供用于個(gè)體地對(duì)所述電容性負(fù)載元件(52)進(jìn)行充電。
6.如權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，所述開(kāi)關(guān)控制元件(64)適于基于交錯(cuò)的時(shí)間來(lái)切換所述第二可控開(kāi)關(guān)(60)。
7.如權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，所述開(kāi)關(guān)控制元件(64)適于控制所述第一可控開(kāi)關(guān)(54)和所述第二可控開(kāi)關(guān)(60)，使得所述第一可控開(kāi)關(guān)(54)和所述第二可控開(kāi)關(guān)(60)暫時(shí)地同時(shí)導(dǎo)電。
8.如權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，所述驅(qū)動(dòng)元件中的每個(gè)具有連接到所述第二可控開(kāi)關(guān)(60)的接收電路(72)。
9.如權(quán)利要求8所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，所述第二可控開(kāi)關(guān)中的每個(gè)經(jīng)由第三可控開(kāi)關(guān)(70)連接到所述第二輸入端子(46)，并且其中，所述接收電路(72)中的每個(gè)連接到處于所述第二可控開(kāi)關(guān)￠0)中的每個(gè)與所述第三可控開(kāi)關(guān)(70)中的每個(gè)之間節(jié)點(diǎn)(74)。
10.如權(quán)利要求9所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，所述開(kāi)關(guān)控制元件￠4)適于在所述驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(40)的驅(qū)動(dòng)模式中將所述第三可控開(kāi)關(guān)(70)和所述第二可控開(kāi)關(guān)￠0)切換為導(dǎo)電狀態(tài)。
11.如權(quán)利要求10所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，所述開(kāi)關(guān)控制元件(64)適于當(dāng)所述接收電路(72)被激活時(shí)在接收模式中將所述第二可控開(kāi)關(guān)(60)切換為導(dǎo)電狀態(tài)并且將所述第三可控開(kāi)關(guān)(70)切換為非導(dǎo)電狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求1至11中的任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器設(shè)備，其中，所述第一可控開(kāi)關(guān)(54)和所述第二可控開(kāi)關(guān)￠0)被集成在一個(gè)單個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備中。
13.—種用于驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)獨(dú)立電容性負(fù)載元件(52)的負(fù)載，尤其是用于驅(qū)動(dòng)具有多個(gè)換能器元件(52)的超聲換能器的驅(qū)動(dòng)方法，包括以下步驟: -將所述負(fù)載元件(52)連接到驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(40)， -經(jīng)由單個(gè)可控開(kāi)關(guān)(54)將所述電容性負(fù)載元件(52)連接到第一電壓電平， -經(jīng)由多個(gè)可控開(kāi)關(guān)￠0)來(lái)將所述電容性負(fù)載元件(52)個(gè)體地連接到第二電壓電平，所述多個(gè)可控開(kāi)關(guān)每個(gè)與所述電容性負(fù)載元件(52)中的一個(gè)相關(guān)聯(lián)。
14.一種超聲裝置，包括: -超聲換能器，其包括多個(gè)換能器元件(52)，尤其是包括換能器元件(52)陣列，以及-至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)器設(shè)備(40)，其用于個(gè)體地驅(qū)動(dòng)如權(quán)利要求1至12中的任一項(xiàng)所述的超聲換能器元件(52)。
【文檔編號(hào)】B60B1/02GK104470729SQ201380037952
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月18日
【發(fā)明者】A·C·范倫斯, G·A·布羅克-費(fèi)希爾 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司