專利名稱：多電平發(fā)送器和用于發(fā)送方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及產(chǎn)生波形。具體地，本發(fā)明涉及用于超聲系統(tǒng)的發(fā)送和接收電路。
背景技術(shù)：
短、高能發(fā)送波形驅(qū)動用于診斷的醫(yī)學(xué)成像的超聲變換器(transducer)。發(fā)送波形由開關(guān)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生。簡單的開關(guān)脈沖發(fā)生器避免了與線性輸出放大器關(guān)聯(lián)的耗散，但提供了對發(fā)送能譜的受限的控制。例如，簡單的雙極或單極的波形被產(chǎn)生。
U.S.專利No.6,083,164和6,083,945公開了使用開關(guān)脈沖發(fā)生器的發(fā)送和接收電路。U.S.專利No.6,083,164的

圖14公開了被連接于有電壓源的初級繞組的兩個開關(guān)S1、S2。變壓器的次級繞組實(shí)現(xiàn)了用于在變換器元件處產(chǎn)生雙極波形的正或負(fù)電壓值。利用額外的初級繞組、關(guān)聯(lián)的開關(guān)和不同的源電壓，不同振幅的雙極波形可由變壓器產(chǎn)生。由于不同電壓被用于每個初級繞組，可產(chǎn)生有兩個不同振幅的雙極波形。變壓器中的磁通路(flux path)是所有繞組公用的，因此對任何特定發(fā)送脈沖，響應(yīng)于兩個電壓的僅一個的雙極波形被產(chǎn)生。電流偏置的二極管橋旁路變壓器以接收回波(echo)信息。
具有受控能譜的較復(fù)雜的發(fā)送波形被用U.S.專利No.5,675,554的發(fā)送射束形成裝置產(chǎn)生。數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生復(fù)雜的多電平波形，如有高斯包絡(luò)的多周期正弦波形。放大器被提供于數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器之后。有高功率損耗的線性放大器被用于保存所需高功率波形。
發(fā)明簡述本發(fā)明由隨后的權(quán)利要求限定，并且本部分的任何內(nèi)容不應(yīng)看作是對那些權(quán)利要求的限定。為了介紹，以下所述的優(yōu)選實(shí)施例包括用于產(chǎn)生多電平發(fā)送波形的方法和發(fā)送器。不同的電壓被疊加或求和。開關(guān)控制求和的電壓的振幅和極性以使具有多于兩個電壓水平的發(fā)送波形被提供。
沒有功率放大器的簡單開關(guān)脈沖發(fā)生器在第三磁通路中結(jié)合被施加給兩個或以上的磁通路的磁通量。在第三磁通路中疊加磁通量提供了響應(yīng)于被施加給第一和第二磁通路的兩個不同電壓的輸出電壓。輸出繞組上的匝數(shù)與輸入繞組上匝數(shù)的比可另外被用于按比例放大或縮小輸出電壓。
可選或另外地，多個變壓器的次級繞組被與變換器元件串聯(lián)連接。響應(yīng)于每個變壓器的輸入電壓，多電平發(fā)送波形被產(chǎn)生。
本發(fā)明另外的方面和優(yōu)點(diǎn)將在以下與優(yōu)選實(shí)施例一起被討論。
附圖簡述部件和圖不必要按比例縮放，相反，重點(diǎn)是示出發(fā)明的原理。而且在圖中，相同的參考數(shù)字表示不同視圖中的相應(yīng)部分。
圖1A為一個實(shí)施例的變壓器的前視圖。
圖1B為用于控制圖1A變壓器的一個實(shí)施例的開關(guān)圖。
圖2為另一個實(shí)施例的變壓器的橫斷面頂視圖。
圖3為使用圖1A變壓器的一個實(shí)施例的發(fā)送器和接收器電路的電路圖。
圖4為用于操作圖3的發(fā)送器的一個實(shí)施例的控制信號的圖形表示。
圖5為響應(yīng)于圖4控制信號所產(chǎn)生的發(fā)送波形的圖形表示。
圖6為被與變換器元件串聯(lián)連接的多個變壓器的一個實(shí)施例的方塊圖。
圖7為使用一個實(shí)施例串聯(lián)變壓器的發(fā)送器和接收器電路的電路圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述通過疊加多個輸入電壓而產(chǎn)生多電平發(fā)送波形或脈沖，如有三個、四個或更多非零振幅的波形。在一個實(shí)施例中，有三個或更多磁通路的變壓器疊加磁通量在多個其它通路中的通路之一中。在另一個實(shí)施例中，在被串聯(lián)連接的多個變壓器的次級繞組處產(chǎn)生的電壓被求和。任何一個實(shí)施例的疊加都提供了多電平輸出發(fā)送波形。
圖1A示出用于疊加磁通量的一個實(shí)施例的變壓器。為響應(yīng)于固定的一組輸入電平而產(chǎn)生發(fā)送脈沖，變壓器10包括有三個或更多分離磁通路14、16、18的鐵氧體芯12、次級繞組20和初級繞組22和24。附加的，不同或較少的繞組和磁通路可被提供。
芯12包括鐵氧體芯或其它磁芯材料。例如，Siemens CorporationRM4LP-T 38鐵氧體芯被使用，但有相同或不同形狀的、由相同或其它制造商制造的其它磁芯材料可被使用。其它磁芯材料被描述于U.S.專利No.6,083,164和6,050,945中，其公開內(nèi)容在此引入作為參考。磁芯12為低外形或小的器件以便與其它電路集成，但較大的磁芯12可被使用。
鐵氧體芯12形成三個磁通路14、16和18。磁通路14、16和18可以是任何各種相同或不同的形狀和尺寸。在一個實(shí)施例中，磁通路14、16和18的每個都包括圓形或正方形的斷面形狀以便于繞線。
兩個初級繞組22和24分別繞分離的磁通路14和18被纏繞。初級繞組22、24包括繞磁芯12的磁通路14、18被纏繞一或多匝的銅或其它導(dǎo)體。被施加給初級繞組22、24的電壓控制磁通量Φ1和Φ2的方向和振幅。電壓為相同或不同的電壓電平和極性。在一個實(shí)施例中，用于初級繞組22、24的每個電壓都是三態(tài)的(ternary)(+，-，0)，并且每個都響應(yīng)于相同磁通路上的兩個分離的繞組和四個開啟-關(guān)閉開關(guān)。
次級繞組20包括繞第三磁通路16被纏繞的銅或其它傳導(dǎo)性材料。次級繞組20繞磁通路16被纏繞一或多匝。響應(yīng)于通過磁通路16的磁通量Φ3，電壓在次級繞組20處被產(chǎn)生。磁通路16的磁通量Φ3響應(yīng)于磁通路14和18的磁通量Φ1和Φ2。例如，響應(yīng)于初級繞組22和24的磁通量在磁通路16處被求和。次級繞組20處的電壓近似于初級繞組22和24輸入電壓的匝數(shù)加權(quán)和。利用通過用于次級繞組20的磁通路16為初級繞組22、24提供分離的磁通路14、18，不同初級電壓的疊加或組合提供了多電平輸出電壓。初級和次級繞組22、20、24的繞組比控制輸出電壓的疊加或求和加權(quán)函數(shù)。
圖2示出變壓器10的可選實(shí)施例。鐵氧體芯26具有五個磁通路28、30?？蛇x地，4個、6個或更多的磁通路被提供。初級繞組32被纏繞在磁通路28的四個上。次級繞組34繞磁通路30的一個如中心磁通路而被纏繞。通過控制初級繞組32的電壓，響應(yīng)于初級繞組32的電壓在次級繞組34上被產(chǎn)生。次級繞組34處的電壓為初級繞組32上電壓的匝數(shù)加權(quán)疊加。響應(yīng)于其它磁通路28的磁通量，在磁通路30中產(chǎn)生磁通量。
圖1A的變壓器10可操作以當(dāng)給定兩個不同的三態(tài)輸入電壓V1和V2時，提供四個正、四個負(fù)和一個零電平的輸出電壓V3。通過使用二態(tài)(binary)開關(guān)以在初級繞組22、24的每個處提供或正、或負(fù)或零電平的電壓，多電平發(fā)送波形被以九個不同的電壓電平而產(chǎn)生。例如，通過提供+Va、-Va或0給初級繞組22以及+Vb、-Vb或0給初級繞組24，輸出繞組V3可實(shí)現(xiàn)如圖1B中所示的九個截然不同的電平。通過以1∶3的比選取Va和Vb，九個輸出電平被均勻地間隔。然而，Va∶Vb的其它選擇可被用于有利于獲得不均勻間隔的輸出電平。例如，7電平均勻間隔的輸出被提供了Va∶Vb＝1∶2，并且其中未利用減法模式。當(dāng)圖2的變壓器10為每個初級繞組32使用不同的電壓電平時，81個不同輸出電壓電平是可能的。一般而言，有N個初級繞組(每個在一個分離的磁通路上)的變壓器可提供3N個輸出電平，這是由于每個初級可假定三個可能的狀態(tài)(+，-，和0)。
圖3示出使用變壓器10的發(fā)送器和接收器電路40的一個實(shí)施例。電路40包括變壓器10、超聲變換器元件42、包括二極管46和接收放大器44的接收通路、兩個電壓源48、50以及多個開關(guān)52、54、56、58、64、66、68和70。另外，不同或較少的部件可被提供。在這個實(shí)施例中，附加繞組62和60被分別提供于與繞組22和24相同的磁通路上以提供每個初級的零電平狀態(tài)。
超聲變換器元件42包括壓電或靜電元件。元件42為被單獨(dú)使用的單個元件或作為元件陣列的一部分?？蛇x地，元件42代表兩個或多個變換器元件。附加元件可被提供于變壓器10和超聲元件42之間，如濾波器、調(diào)諧電感或路由開關(guān)。
接收放大器44和二極管46接收表示聲回波信號的、來自變換器元件42的電信號。放大器44輸出接收信號，用于射束形成或其它過程。在可選的實(shí)施例沖，不同的配置或部件被用于作為接收通路而連接到變換器元件42。
變壓器10包括三個分離的磁通路。次級繞組20繞一個磁通路纏繞。初級繞組24和零電壓繞組60繞第二磁通路而纏繞，而另一個初級繞組22和零電壓繞組62繞另一個磁通路而被纏繞。次級繞組20被串聯(lián)連接于變換器元件42和接收放大器44之間。次級繞組20被示出為具有六匝，但任何匝數(shù)可被提供。初級繞組22和24被示出為具有兩匝，但任何匝數(shù)可被使用。用于一個初級繞組22的匝數(shù)與用于另一個初級繞組24的匝數(shù)相同或不同。初級繞組22、24的每個的相反端與開關(guān)52、54、56、58之一連接。
開關(guān)52、54、56、58為晶體管，如場效應(yīng)晶體管，但其它晶體管、集成開關(guān)或模擬開關(guān)可被使用。響應(yīng)于控制信號L、H，開關(guān)52、54、56、58將初級繞組22、24連接或斷開于地?？刂菩盘朙、H、Z從用于控制電路40的邏輯設(shè)備如現(xiàn)場可編程門陣列、特定用途集成電路、數(shù)字信號處理器、其它處理器或其組合而被提供。邏輯控制器被編程或設(shè)計以操作電路40，以便于對發(fā)送波形的射束到射束的控制。
初級繞組22、24的每個被電壓源48、50分接。電壓源48、50包括模擬電源、變壓器、分壓器、電池、電容器或其它電壓源。電壓源48、50分接到初級繞組22、24的中心，但非中心或偏移的分接可被使用。用于變壓器10每個磁通路的電壓源48、50提供相同或不同的電壓。例如，電壓源48的電壓V2是另一個電壓源50的電壓V1的兩倍或三倍。通過將開關(guān)54連接于地，電壓被提供于電壓源48和地之間的初級繞組24上，產(chǎn)生一個極性的通量。當(dāng)開關(guān)52將初級繞組24連接于地時，電壓被提供于初級繞組24上，產(chǎn)生相反極性的通量。當(dāng)開關(guān)52和54均打開時，沒有電壓驅(qū)動的電流流過初級繞組24，并且這個繞組不對這個通路中的通量有貢獻(xiàn)。另一個初級繞組22的開關(guān)以類似方式操作。因此，初級繞組22、24的每個可操作以響應(yīng)于開關(guān)52、54、56、58的斷開或閉合以及電壓源48、50的電壓而在其相應(yīng)的通路中提供正的、負(fù)的通量或?qū)ν繘]有貢獻(xiàn)。
零電壓繞組60、62繞每個與初級繞組22、24相同的磁通路而被提供。零電壓繞組包括與關(guān)聯(lián)的初級繞組22、24相同的匝數(shù)，但不同的匝數(shù)可被使用。零電壓繞組60、62是不分接的。例如，沒有電壓源與零電壓繞組60、62連接。可選地，電壓源可與零電壓繞組的兩端連接。
一個或多個開關(guān)64、66、68、70與零電壓繞組60、62的每個連接。開關(guān)64、66、68、70為場效應(yīng)晶體管，但其它晶體管、集成電路或其它開關(guān)設(shè)備可被使用。開關(guān)64、66、68、70將零電壓繞組60、62的相反端連接或斷開于地。控制信號Z斷開或閉合開關(guān)64、66、68和70。作為將零電壓繞組60和62連接于地的可選項，開關(guān)64到70將零電壓繞組60、62連接于相同的電壓源或電位源。
當(dāng)在相應(yīng)的初級繞組22、24處需要零電壓時，響應(yīng)于控制信號Z，開關(guān)64、66、68、70被閉合。通過迫使通量在其相應(yīng)通路中為零，如在操作的接收模式期間或當(dāng)特定的初級繞組22、24不提供電壓給次級繞組20時，這個零驅(qū)動狀態(tài)避免了不需要的通量信號。對于在次級繞組20處通量的適當(dāng)疊加，零伏驅(qū)動狀態(tài)防止磁通量被產(chǎn)生或流過通路。零驅(qū)動狀態(tài)被用最小功率消耗激勵并避免了二極管橋或其它二極管的必要性。在可選實(shí)施例中，包括二極管橋的二極管可被提供。
響應(yīng)于開關(guān)控制信號L、H和Z，多電平發(fā)送波形由電路40產(chǎn)生。圖4示出用于產(chǎn)生圖5中所示多電平發(fā)送波形的控制信號。圖4和5假定了利用作為電壓源50的電壓的三倍的電壓源48的電壓的電路40的工作。電壓源48、50均在兩匝初級繞組22和24的每個的中心處被分接。分別響應(yīng)于初級繞組22、24的每個處的H1和H2控制信號，正電壓被產(chǎn)生。分別響應(yīng)于初級繞組22、24的每個處的L1和L2控制信號的每個，相同振幅的負(fù)電壓被產(chǎn)生。
當(dāng)初級繞組22、24之一不產(chǎn)生正或負(fù)電壓(例如L和H信號為關(guān)或低)時，Z信號是高的以驅(qū)動零電壓繞組60、62的零電壓狀態(tài)。為回波信號的接收操作，在那個時間周期內(nèi)，Z信號維持開或高。Z控制可在非零驅(qū)動狀態(tài)之間或在正和負(fù)輸出的過渡期間被啟動，但當(dāng)關(guān)聯(lián)的初級繞組開關(guān)52、54、56和58正被用于產(chǎn)生發(fā)送波形時可保持低或關(guān)。
通過使用如L、H和Z信號的關(guān)/開狀態(tài)所示的二態(tài)控制，圖5的多電平發(fā)送波形被產(chǎn)生。通過在第一半周期時切換L1開(on)而在第二半周期時切換H1開，發(fā)送波形的初始正和負(fù)周期被產(chǎn)生。因此，在產(chǎn)生發(fā)送波形第一周期的期間，Z2為開，而L2和H2為關(guān)。發(fā)送波形第一周期的電壓峰值對應(yīng)于電壓源50的電壓電平V1。通過在半個周期首先使L2和H1開并使L1和H2關(guān)，然后在周期的第二半時顛倒這個邏輯，發(fā)送波形的第二周期被產(chǎn)生。在整個第二周期期間Z1和Z2為關(guān)。在第二周期期間，電壓電平與源50和48的電壓差成比例，并且典型地為第一周期振幅的兩倍(假定1∶3的Va∶Vb比)。通過使用控制信號L2和H2，由初級繞組24產(chǎn)生發(fā)送波形的第三周期。因此，在產(chǎn)生發(fā)送波形的第三周期期間，Z1為開，而L1和H1為關(guān)。對于第一負(fù)走向的半周期，在該半周期期間L1被切換為高，而對于正走向的第二半周期，H2被切換為高。發(fā)送波形第三周期的電壓峰值與電壓源50成比例，并典型地為對應(yīng)于電壓源48電壓電平的第一周期振幅的三倍(假定1∶3的Va∶Vb比)。發(fā)送波形第四周期的振幅比先前周期高，如等于電壓源48、50兩者處電壓之和。由于初級繞組22、24均被用于發(fā)送波形的第四周期，如由Z1和Z2為低或關(guān)所表示的，均使零驅(qū)動狀態(tài)為關(guān)。對于第一負(fù)走向的半周期，在相同的時間周期內(nèi)L1和L2均被切換成開。在正走向的半周期期間，在相同時間處H1和H2均被切換成開。如圖4和5中所示，發(fā)送波形的其余周期被以與第一、第二和第三周期類似的方式產(chǎn)生。較少或較大數(shù)量的周期可被提供，并且開始和結(jié)束的半周期可以是相同的極性(如圖5中所示)或是相反的極性。
響應(yīng)于兩個不同初級繞組22、24處的兩個不同電壓以及次級繞組20處磁通量的疊加，圖5的發(fā)送波形被產(chǎn)生。通過提供附加的初級繞組和磁通路以及/或者在初級繞組22、24處對電壓另外的控制，附加振幅電平可被產(chǎn)生。如圖5中所示，包括零電壓電平的九個電壓電平被提供。通過加和減兩個源電壓48和50，圖5的發(fā)送波形被產(chǎn)生。
在可選的實(shí)施例中，通過僅用正電壓電平加正電壓電平并用負(fù)電壓電平加負(fù)電壓電平，較少的振幅電平被提供。因此，用于從一個電壓電平減去另一個電壓電平的控制不被使用。每個電平對應(yīng)于半周期期間的峰值電壓或發(fā)送波形的其它部分。通過使用加或減電壓電平的任何組合，三個或更多非零、不同的峰值振幅被提供。
除了或者可選的通過疊加磁通量進(jìn)行的電壓求和以外，被施加給變換器元件42的電壓亦通過被與變換器元件42串聯(lián)放置的變壓器而被疊加。圖6示出與變換器元件42串聯(lián)連接的兩個變壓器82、84。附加的變壓器可被連接。變壓器82、84可包括如上述有三個或更多分離磁通路的變壓器或其它變壓器。例如，標(biāo)準(zhǔn)的變壓器產(chǎn)生雙極電壓輸出。一個或兩個不同的初級繞組繞一個通路被提供以使電流繞磁通路以相反的方向流動，以便產(chǎn)生正或負(fù)的振幅。每個變壓器可操作以提供兩個或多個狀態(tài)或者電壓振幅作為次級繞組上的輸出。如所示，一個變壓器82可操作驅(qū)動三個狀態(tài)，如與零電壓、正電壓和負(fù)電壓狀態(tài)關(guān)聯(lián)。亦如所示，另一個變壓器84可操作驅(qū)動五個狀態(tài)，如與兩個不同的正振幅、兩個不同的負(fù)振幅和零電壓電平關(guān)聯(lián)。變壓器82、84能在可選實(shí)施例中提供相同數(shù)量的狀態(tài)。被提供給變換器元件42的多電平發(fā)送波形處的振幅電平數(shù)是由串聯(lián)的變壓器82、84提供的狀態(tài)數(shù)的函數(shù)。例如，電壓狀態(tài)的數(shù)量是兩個變壓器82、84的狀態(tài)數(shù)的乘性函數(shù)(multiplication function)。在圖6中所示的實(shí)施例中，變壓器82的三個狀態(tài)和變壓器84的五個狀態(tài)提供了多電平發(fā)送波形的15個可能的振幅電平。
通過串聯(lián)連接變壓器82、84的次級繞組，變壓器82輸出的電壓被與變壓器84提供的電壓求和。電壓之和被提供給變換器元件42。用于選擇變壓器82、84特定狀態(tài)的控制信號被定時(time)以提供多電平發(fā)送波形，如圖5中所示的發(fā)送波形或其它多電平發(fā)送波形。
圖7示出發(fā)送器和接收器電路90，其用于使用基于匝的調(diào)節(jié)(scaling)而組合多個串聯(lián)連接的變壓器，以產(chǎn)生多電平發(fā)送波形。電路90包括三個變壓器92、94和96，但附加或較少的變壓器可被使用。電路90亦包括電壓源98、用于變壓器92、94和96的每個的四個單極控制開關(guān)100、用于變壓器92、94和96的每個的一個雙極零電壓驅(qū)動開關(guān)102(或兩個單極開關(guān))、接收二極管46和變換器元件42。另外，不同或較少的部件可被提供，如沒有零驅(qū)動開關(guān)102而提供一個或多個變壓器92、94和96，提供較少或附加的控制開關(guān)100，或提供較少或附加的變壓器92、94和96。
變壓器92、94和96的每個的次級繞組20被串聯(lián)連接于與二極管46關(guān)聯(lián)的接收部分和變換器元件42之間。變壓器92、94和96包括兩個不同的初級繞組104和106。一個初級繞組106與零驅(qū)動狀態(tài)關(guān)聯(lián)并纏繞在與另一個初級繞組104相同的磁通路上。初級繞組104由電壓源98在中心處分接，但從電壓源98的偏移或非中心分接可被提供給一個或多個變壓器92、94和96。相同的電壓源98連接于變壓器92、94和96的每個上。在可選的實(shí)施例中，有相同或不同電壓輸出的不同電壓源被提供給變壓器92、94和96的每個。初級繞組104的相反端被連接于開關(guān)100，如通過二極管106的晶體管或其它開關(guān)設(shè)備。附加的二極管106可被提供，或者二極管可被提供于不同的位置。初級繞組104亦由附加開關(guān)100在一端和初級繞組104每側(cè)的中心之間的中途(但不等的間隔可被使用)分接。開關(guān)100可連接于地。在可選的實(shí)施例中，次級繞組20和初級繞組104對應(yīng)于如針對圖3的上述的變壓器。
被分接于初級繞組104的開關(guān)100的數(shù)量決定每個變壓器92、94和96的最大狀態(tài)數(shù)。在提供四個開關(guān)100的地方，最大五個輸出狀態(tài)是可能的，包括零輸出電平。通過閉合開關(guān)100之一，不同的正或負(fù)電壓輸出被產(chǎn)生。到地的單個連接產(chǎn)生從電壓源98到所連接地的電壓?；诒挥糜谂c地連接的開關(guān)100的分接位置，不同的電壓電平被提供。如所示，正或負(fù)的最大電壓以及正或負(fù)的最大電壓的一半作為輸出而被提供。對于零電壓輸出，用于特定變壓器92、94和96的開關(guān)100被保持?jǐn)嚅_，而開關(guān)102被閉合。在變壓器92、94或96的磁通路上初級繞組106上的地連接驅(qū)動用于那個特定變壓器92、94和96的零電壓狀態(tài)。作為關(guān)聯(lián)初級繞組106中零驅(qū)動開關(guān)102的選擇，二極管橋可被提供用于隔離用于接收回波信號的變壓器92、94、96。
相對于彼此調(diào)節(jié)變壓器92、94和96的電壓貢獻(xiàn)是由每個變壓器92、94和96的匝數(shù)比提供的。如圖7中所示，由變壓器92、94和96的每個提供的電壓輸出貢獻(xiàn)是通過具有不同的初級與次級繞組的匝數(shù)比、相對于彼此而調(diào)節(jié)的。在還有的其它實(shí)施例中，不同的電壓作為用于每個變壓器92、94和96的電壓源而被提供以調(diào)節(jié)電壓。由電壓源和不同匝數(shù)比提供的不同電壓電平的組合亦可被使用。在可選實(shí)施例中，相同的初級與次級匝數(shù)比被提供給每個變壓器92、94和96。
在圖7中，利用用于每個變壓器92、94、96的相同電壓源98，變壓器92為次級繞組20的每五匝提供初級繞組104的一或二匝，導(dǎo)致五或2.5倍源電壓98的輸出。變壓器94為次級繞組20的每一匝提供初級繞組104的一或二匝，導(dǎo)致一或0.5倍源電壓98的輸出。變壓器96為次級繞組20的每一匝提供初級繞組104的五或十匝，導(dǎo)致0.2或0.1倍源電壓98的輸出。以振幅之間的2.5倍電壓VTX步長，變壓器92具有電壓源98的十倍電壓的范圍。變壓器94提供二VTX電壓，具有0.5VTX步長。最低有效的變壓器96具有0.4VTX電壓的范圍，步長0.1VTX。電路90可操作以提供多電平發(fā)送波形的125個不同峰值電壓振幅電平。
每個開關(guān)100和102一個的十五個控制信號控制作為時間的函數(shù)的發(fā)送波形的產(chǎn)生。二態(tài)控制信號示出開關(guān)100、102是斷開還是閉合。對于一個或多個變壓器92、94、96，一個開關(guān)被閉合以提供正或負(fù)的調(diào)節(jié)的電壓。
用于操作電路90的一個邏輯基四表示(logic base fourrepresentation)被如下提供輸出電壓＝(A(2.2)+B(0.5)+C(0.1)-6.2)VTX，其中A、B和C為范圍從0到4的值，對應(yīng)于被標(biāo)記為圖7的0、1、2、3、4的開關(guān)100。響應(yīng)于在變壓器92、94和96的次級繞組20上產(chǎn)生的每個正和/或負(fù)電壓，電壓之和作為發(fā)送波形半周期的一個峰值振幅而被提供。
在一個實(shí)施例中，正電壓在變壓器92、94和96的子集上被提供，而負(fù)電壓在一個或多個其它變壓器92、94和96上被提供。所有正電壓、所有負(fù)電壓、正和負(fù)電壓以及0值電壓的各種組合為發(fā)送波形提供了多個振幅。不同的變壓器92、94和96的調(diào)節(jié)或繞組比提供了發(fā)送波形振幅電平的較高分辨率或較精確的調(diào)整。
當(dāng)本發(fā)明已參照各種實(shí)施例被描述時，應(yīng)理解可進(jìn)行許多改變和改動而不背離本發(fā)明的范圍。例如，從一系列變壓器進(jìn)行的每個磁通量疊加或電壓疊加被單獨(dú)或組合地提供給發(fā)送器和接收器電路。任何可能的現(xiàn)在、已知或以后被發(fā)展的開關(guān)、電壓源、變壓器磁芯、超聲變換器元件或控制設(shè)備可被使用。
因此期望以上具體描述被理解為本發(fā)明當(dāng)前實(shí)施例的說明，而不是對本發(fā)明的限定。僅隨后的權(quán)利要求，包括所有等效物，欲限定本
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生多電平發(fā)送波形的方法，該方法包括(a)響應(yīng)于第一開關(guān)而施加第一電壓；(b)響應(yīng)于第二開關(guān)而施加第二電壓；以及(c)作為時間的函數(shù)，響應(yīng)于(a)和(b)，從第一變壓器輸出具有至少三個不同非零峰值振幅的發(fā)送波形。
2.權(quán)利要求1的方法，其中(a)包括在第一變壓器上施加第一電壓，(b)包括在與第一變壓器串聯(lián)的第二變壓器上施加第二電壓。
3.權(quán)利要求1的方法，其中(a)和(b)包括在第一變壓器的第一和第二分離磁通路上產(chǎn)生第一和第二電壓，而(c)包括從繞第一變壓器第三磁通路的次級繞組輸出發(fā)送波形，第三磁通路與第一和第二磁通路分離。
4.權(quán)利要求1的方法，其中(a)和(b)包括在第一變壓器的第一和第二磁通路上分別施加第一和第二電壓；而(c)包括作為第一和第二電壓的函數(shù)，在第三磁通路上產(chǎn)生第三電壓。
5.權(quán)利要求4的方法，其中(c)包括第三磁通路中疊加來自第一和第二磁通路的磁通量。
6.權(quán)利要求4的方法，其中第一和第二電壓為三態(tài)的(+，-和0)。
7.權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括(d)在變壓器的第四磁通路上施加第四電壓；其中(c)包括產(chǎn)生作為第一、第二和第四電壓之和的第三電壓。
8.權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括(d)將繞第一磁通路的第一初級繞組分接于第一電壓源；以及(e)閉合被連接于第一初級繞組相反端的第一和第二開關(guān)之一。
9.權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括(d)當(dāng)?shù)谝浑妷簽榱銜r，將繞第一磁通路的未分接繞組連接于地。
10.權(quán)利要求4的方法，進(jìn)一步包括(d)響應(yīng)于被分接于第一磁通路上第一初級繞組的第一電壓源，施加第一電壓；(e)響應(yīng)于被分接于第二磁通路上第二初級繞組的第二電壓源，施加第二電壓；其中第一和第二電壓源可操作輸出不同的電壓。
11.權(quán)利要求4的方法，其中(c)包括求和或減去第一電壓和第二電壓。
12.權(quán)利要求4的方法，其中(c)包括將零值第一電壓與第二電壓求和。
13.權(quán)利要求4的方法，其中(c)包括產(chǎn)生有至少八個不同非零電壓電平的發(fā)送波形。
14.權(quán)利要求2的方法，其中(c)包括將發(fā)送波形施加給超聲變換器元件，這里發(fā)送波形響應(yīng)于第一和第二電壓的和函數(shù)。
15.權(quán)利要求14的方法，其中(a)包括(a1)提供第一變壓器的第一初級繞組，第一初級繞組被至少電壓源和三個開關(guān)分接；以及(a2)將三個開關(guān)之一連接于地。
16.權(quán)利要求14的方法，其中(c)包括產(chǎn)生具有至少四個電壓電平的發(fā)送波形，該至少四個電壓電平分別響應(yīng)于第一和第二變壓器的第一和第二繞組比，第一繞組比不同于第二繞組比。
17.權(quán)利要求14的方法，進(jìn)一步包括(d)以相同的電壓源分別分接第一和第二變壓器的第一和第二初級繞組。
18.權(quán)利要求14的方法，其中(a)包括產(chǎn)生作為時間和第一變壓器最大狀態(tài)數(shù)的函數(shù)的第一電壓；而(b)包括產(chǎn)生作為時間和第二變壓器最大狀態(tài)數(shù)的函數(shù)的第二電壓，第一變壓器的最大狀態(tài)數(shù)不同于第二變壓器的最大狀態(tài)數(shù)。
19.權(quán)利要求14的方法，其中(a)包括產(chǎn)生負(fù)電壓，而(b)包括產(chǎn)生正電壓。
20.權(quán)利要求14的方法，其中(a)包括響應(yīng)于在第三磁通路中疊加來自第一和第二分離磁通路的磁通量，產(chǎn)生第一電壓。
21.權(quán)利要求16的方法，進(jìn)一步包括(d)對和函數(shù)進(jìn)行控制，作為用于每個第一和第二變壓器的基本四個控制信號的函數(shù)。
22.一種用于產(chǎn)生多電平發(fā)送波形的超聲發(fā)送器，該發(fā)送器包括變換器元件；以及變壓器，具有有至少第一、第二和第三磁通路的磁芯、繞第三磁通路的次級繞組、分別繞第一和第二磁通路的第一和第二初級繞組，次級繞組被與變換器元件連接并且響應(yīng)于來自第一和第二初級繞組的發(fā)送電壓。
23.權(quán)利要求22的發(fā)送器，其中變壓器可操作在次級繞組輸出次級電壓，次級電壓為第一和第二初級繞組處分別的第一和第二電壓之和。
24.權(quán)利要求22的發(fā)送器，其中接收放大器被與次級繞組連接。
25.權(quán)利要求22的發(fā)送器，其中變壓器進(jìn)一步包括第四和第五磁通路。
26.權(quán)利要求22的發(fā)送器，進(jìn)一步包括被連接于第一初級繞組相反端的第一和第二開關(guān)；以及被連接于第一初級繞組的第一電壓源。
27.權(quán)利要求26的發(fā)送器，進(jìn)一步包括繞第一磁通路的零電壓繞組；以及被與零電壓繞組的相反端分別連接并與地連接的第三和第四開關(guān)。
28.權(quán)利要求27的發(fā)送器，其中零電壓繞組是不分接的，并且當(dāng)?shù)谝缓偷诙_關(guān)為斷開時，第三和第四開關(guān)可操作將零電壓繞組連接于地。
29.權(quán)利要求26的發(fā)送器，進(jìn)一步包括被連接于第二初級繞組相反端的第三和第四開關(guān)；以及被連接于第二初級繞組的第二電壓源。
30.權(quán)利要求29的發(fā)送器，其中第一電壓源可操作輸出不同于第二電壓源的電壓。
31.權(quán)利要求29的發(fā)送器，其中第二初級繞組可操作輸出負(fù)電壓，而第一初級繞組可操作輸出正電壓。
32.一種用于產(chǎn)生多電平發(fā)送波形的超聲發(fā)送器，該發(fā)送器包括超聲變換器元件；被串聯(lián)連接、分別具有第一和第二次級繞組的第一和第二變壓器，變換器元件被與第一和第二次級繞組串聯(lián)連接，第一和第二變壓器分別具有第一和第二初級繞組；以及被與第一和第二初級繞組連接的第一和第二開關(guān)；其中超聲變換器元件處的發(fā)送脈沖響應(yīng)于第一和第二開關(guān)。
33.權(quán)利要求32的發(fā)送器，其中發(fā)送脈沖包括輸出電壓，該輸出電壓為第一和第二初級繞組上的電壓之和。
34.權(quán)利要求32的發(fā)送器，進(jìn)一步包括可在第一初級繞組和地之間連接的第三和第四開關(guān)；其中在不同于第三開關(guān)的第一初級繞組的電壓源分接側(cè)，第一開關(guān)可在第一初級繞組和地之間連接。
35.權(quán)利要求32的發(fā)送器，其中第一初級繞組對第一次級繞組的第一匝數(shù)比不同于第二初級繞組與第二次級繞組的匝數(shù)比。
36.權(quán)利要求35的發(fā)送器，其中相同的電壓源分接第一初級繞組和第二初級繞組。
37.權(quán)利要求35的發(fā)送器，其中發(fā)送脈沖具有至少四個電平，該至少四個電平響應(yīng)于不同的繞組比。
38.權(quán)利要求32的發(fā)送器，其中第一次級繞組可操作輸出負(fù)電壓，而第二次級繞組可操作輸出正電壓。
39.權(quán)利要求32的發(fā)送器，其中第一變壓器具有至少三個分離的磁通路，第一初級繞組包括繞三個分離磁通路中第一和第二個的分離繞組，而第一次級繞組繞三個分離磁通路中的第三個。
全文摘要
用于產(chǎn)生用于醫(yī)學(xué)診斷超聲的多電平發(fā)送波形的發(fā)送器被提供。來自多個源的電壓被疊加或求和。開關(guān)控制和電壓的振幅和極性以使具有四個或更多如九個電壓水平的發(fā)送波形被提供。沒有功率放大器的簡單開關(guān)脈沖發(fā)生器在第三磁通路中結(jié)合被施加給兩個或多個磁通路的電壓。第三磁通路中疊加磁通量提供了響應(yīng)于兩個不同電壓的和以及差的輸出電壓?？蛇x或另外地，多個變壓器的次級繞組被與變換器元件串聯(lián)連接。通過將不同的輸入電壓提供給每個變壓器，多電平發(fā)送波形被產(chǎn)生。
文檔編號H04R17/00GK1439461SQ0310660
公開日2003年9月3日 申請日期2003年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月19日
發(fā)明者D·A·彼得森, R·N·費(fèi)爾普斯 申請人:美國西門子醫(yī)療解決公司