CN104470729A - 用于驱动负载,尤其是驱动超声换能器的驱动器设备和驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于驱动具有多个独立电容性负载元件(52)的负载(52)，尤其是驱动具有多个换能器元件(52)的超声换能器的驱动器设备(40)，其包括：输入端子(44、46)，其用于将所述驱动器设备(40)连接到电源(48)；多个输出端子(50)，每个用于将所述驱动器设备(40)连接到负载元件(52)中的一个；第一可控开关(54)，其连接到所述输入端子的第一输入端子(44)；以及多个驱动元件(42)，其每个具有彼此串联连接的第二可控开关(60)和电阻器(58)，其中，所述驱动元件(42)中的每个与所述第一可控开关(54)串联连接并连接到所述输入端子中的第二输入端子(46)，并且其中，所述输出端子(50)中的每个连接到用于驱动所述负载元件(52)的所述驱动元件(42)中的一个。

Description

用于驱动负载,尤其是驱动超声换能器的驱动器设备和驱动方法
技术领域
本发明涉及用于驱动具有多个独立电容性负载元件，尤其是驱动包括多个换能器元件的超声换能器的驱动器设备以及对应的驱动方法。此外，本发明涉及超声装置。
背景技术
在用于三维成像的超声换能器领域中，通过集成二维声学换能器元件阵列来设计换能器探头。所述换能器元件通常是由用于发射压力波的压电材料形成的。换能器元件常常也用于探测用于三维成像的超声反射。通常由具有用于独立地驱动换能器元件的集成的驱动器元件的ASIC来控制或驱动所述换能器元件。
已存在的3D超声换能器被用于经皮及经食道的成像并且提供在2MHz到10MHz的范围中的成像频率。在这一成像频率范围中，用于驱动换能器元件的ASIC被设计为具有用于控制、发送、并接收对应于单个换能器元件的阵列的阵列中的声学信号的电路。由特定应用的成像需求(即，超声换能器的视场和频率)确定换能器元件的尺寸。通常二维阵列中的换能器元件的间距在100μm和300μm之间。
对于基于导管的成像设备和系统而言，当前可利用的成像换能器探头和驱动器设备太大，并且以两个低的频率工作以提供器官之内(例如在心脏之内)的必要的二维和三维成像。尤其是对于用于检查心脏的应用而言，针对消融程序和结构性心脏修复，换能器探头必须提供引导和位置信息。这些应用需要较高的频率，例如15-60MHz，以提供所需要的成像特性。此外，为了获得基于导管的应用所需的频率和尺寸，能够采用电容性微机械超声换能器(CMUT)来代替所述压电换能器元件。CMUT能够以比压电材料更高的频率和更小的尺寸提供优异的声学性能，并且能够使用廉价的半导体加工技术来进行制造。
从US 2006/0264747 A1已知减小所述驱动器设备的尺寸的一种可能。这一驱动器设备的微型波束形成器结合到具有公共电压源或公共电流源的群集。然而，由于大量的高电压晶体管被集成在ASIC中，所以所述驱动器设备的尺寸仍然太大而不能被容纳在基于导管的换能器探头中。
发明内容
因此本发明的目的是提供用于驱动具有多个独立电容性负载元件的负载的具有减小的尺寸的改进的驱动器设备以及对应的驱动方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于驱动具有多个独立电容性负载元件的负载，尤其是驱动具有多个换能器元件的超声换能器的驱动器设备，包括：
-输入端子，其用于将驱动器设备连接到电源；
-多个输出端子，其将所述驱动器设备连接到所述负载元件中的一个，
-第一可控开关，其连接到所述输入端子的第一输入端子，以及
-多个驱动元件，每个具有彼此串联连接的第二可控开关和电阻器，其中，所述驱动元件中的每个与所述第一可控开关串联连接并连接到所述输入端子中的第二输入端子，并且其中，所述输出端子中的每个连接到用于驱动所述负载元件的所述驱动元件中的一个。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于驱动具有多个独立电容性负载元件的负载，尤其是用于驱动具有多个换能器元件的超声换能器的驱动方法，其包括以下步骤：
-将所述负载元件连接到驱动器设备，
-经由单个可控开关将所述电容性负载元件连接到第一电压电平，并且
-经由多个可控开关将所述电容性负载元件个体地连接到第二电压电平，所述多个可控开关每个与所述电容性负载元件中的一个相关联。
根据本发明的又一方面提供了一种超声装置，所述超声装置包括：超声换能器，其具有多个换能器元件，尤其是具有换能器元件阵列；以及至少一个驱动器设备，其用于个体地驱动根据本发明所提供的所述超声换能器元件。
在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的方法具有如要求保护的设备并且如从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。
本发明是基于这样的想法的，即经由单个高电压晶体管来对所述电容性负载进行充电或放电，并且利用个体地耦合到所述输出端子的第二高电压晶体管来对所述电容性负载元件个体地进行放电或充电。因为经由所述单个高电压晶体管对所有的所述电容性负载元件进行充电或放电，所以能够减小集成的晶体管元件的整体数量。因此，借助于根据本发明所述的驱动器设备以及驱动方法，能够明显地减小所述驱动器设备的尺寸。
在优选实施例中，所述输出端子每个连接到在所述电阻器与所述第二可控开关之间的节点。借助于这一特殊连接，所述电容性负载元件借助于所述电阻器而彼此独立，使得能够对所述电容性负载元件缓慢地进行充电并容易地个体地对所述电容性负载元件进行放电，而不相互干扰并且不引起声学能量。
在另一实施例中，所述驱动器设备包括多个开关控制元件，所述多个开关控制元件与所述第二可控开关中的每个相关联，以控制所述第二可控开关。提供所述开关控制元件来控制所述第二可控开关个体地进行切换，以个体地对所述电容性负载元件进行充电或放电。
在另一实施例中，提供所述第一可控开关来对所述电容性负载元件进行充电，并且其中，提供所述第二可控开关来个体地对所述电容性负载元件进行放电。这是用于利用低的控制努力来个体地驱动所述超声换能器元件并用于提供二维或三维压力波的简单解决方案。
在另一实施例中，提供所述第二可控开关来个体地对所述电容性负载元件进行充电，并且提供所述第一可控开关来对所述电容性负载元件进行放电。这是用于利用低的控制努力来个体地驱动所述超声换能器元件并用于提供二维或三维压力波的简单解决方案。
在另一实施例中，所述开关控制元件被配置为基于交错的时间(staggered time)来切换所述第二可控开关。这是用于提供用于高质量三维成像的三维压力脉冲的实践解决方案。
在另一实施例中，所述开关控制元件被配置为控制所述第一可控开关和所述第二可控开关，使得所述第一可控开关和所述第二可控开关至少暂时地同时导电。这使所述驱动元件之间的串扰最小化。
在另一实施例中，所述驱动元件中的每个具有连接到所述第二可控开关的接收电路。这是用于驱动所述电容性负载元件并用于借助于所述驱动元件来探测超声反射以进一步减小所述驱动器设备的尺寸的一种可能。
在另一实施例中，所述第二可控开关中的每个经由第三可控开关连接到所述第二输入端子，并且其中，所述接收电路中的每个连接到在所述第二可控开关中的每个与所述第三可控开关中的每个之间节点。这是用于对所述接收线圈和用于探测所述超声反射的所述电容性负载元件进行连接及切断以对所述接收电路进行激活和去激活的简单解决方案。
在另一实施例中，所述开关控制元件适于在所述驱动器设备的驱动模式中将所述第三可控开关和所述第二可控开关切换为导电状态。这是用于利用低的控制努力来激活所述驱动器设备的驱动模式的实践可能。
在另一实施例中，所述开关控制元件用于在接收模式中当所述接收电路被激活时将所述第二可控开关切换为导电状态，并且将所述第三可控开关切换为非导电状态。这是用于利用低的控制努力而从所述驱动器设备的所述驱动模式切换到所述驱动器设备的所述接收模式的有用解决方案。
在另一实施例中，所述第一可控开关和所述第二可控开关集成在一个单个半导体设备中。这是用于提供用于基于导管的成像超声换能器的小的驱动器设备的解决方案。
如上所述，本发明提供了用于驱动诸如用于三维超声成像的换能器元件的多个独立电容性负载元件的驱动器设备，其中，能够个体地驱动所述独立电容性负载元件，并且其中，减小了所述驱动器设备的尺寸。实现了所述驱动器设备的尺寸的减小，这是因为经由所述第一可控开关在一个步骤中对全部所述电容性负载元件进行充电，并且利用所述第二可控开关个体地对所述电容性负载元件进行放电。因此，能够减小开关的数量和驱动器设备的尺寸。
附图说明
参考下文描述的(一个或多个)实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得到阐述，在下面的附图中，
图1示出了用于驱动超声换能器的换能器元件的已知驱动器设备的示意性方框图；
图2示出了具有用于个体地驱动独立换能器元件的多个驱动元件的驱动器设备；
图3示出了图2中所示的驱动器设备的可控开关和用于驱动所述换能器元件的输出电压的时序图；
图4示出了用于驱动换能器元件并用于利用所述换能器元件测量超声反射的驱动器设备的示意性方框图。
具体实施方式
图1示出了用于驱动超声换能器元件12的已知驱动器设备10。驱动器设备10包括端子14、16，端子14、16作为用于将驱动器设备10连接到电源18的供电连接件，电源18向驱动器设备10提供供电电压V10。在这一特定实施例中，第二输入端子16和电源18每个连接到地电平20。
驱动器设备10包括输出端子22，输出端子22用于将驱动器设备10连接到超声换能器元件12。驱动器设备10包括彼此串联连接的两个可控开关24、26，其中，输出端子22连接到在第一与第二可控开关24、26之间的节点28。可控开关24、26形成用于向输出端子22提供不同电压电平的半桥。可控开关24、26经由控制输入部连接到控制单元。控制单元30借助于控制信号来控制可控开关24、26，并且利用连接在控制单元30与第一可控开关24之间的电平转换器32来以交替的方式切换控制单元30。
通过向超声换能器元件12提供不同的电压电平(在这一情况中是V10和地)，来以交替的方式对超声换能器元件12进行充电和放电，并且超声换能器元件12提供压力波，所述压力波的频率对应于控制信号的及可控开关24、26的切换频率。
可控开关24、26通常被形成为具有不同导电型的高电压半导体晶体管。所述高电压晶体管通常集成在诸如ASIC的半导体设备中以减小驱动器设备10的尺寸。为了驱动诸如换能器元件阵列的多个换能器元件12，对应数量的驱动器设备10必须集成在一个ASIC中并且需要彼此隔离，使得这些ASIC的芯片区通常大。
图2示出了用于驱动多个换能器元件的、一般用40指示的驱动器设备的示意性方框图。驱动器设备40包括多个驱动元件42、42’。在图2中，作为范例示出两个驱动元件42、42’，然而，对应于在换能器元件的一个面片之内的要被驱动的换能器元件的数量，驱动器设备40通常包括多于两个驱动元件42、42’，例如，36个驱动元件。整个换能器探头包含许多换能器面片以及例如1000个换能器元件。换能器元件优选地布置在例如大约6x6的元件的面片中以实现对区的利用的优化，针对在一个面片中的小数量的换能器元件以及电力损失，所述面片元件数减小，针对大的面片由于第一可控开关和第二可控开关的交叠时间，所述面片元件数增大。驱动器设备40包括输入端子44、46，输入端子44、46作为用于将驱动器设备连接到电源48的供电连接件，电源48提供用于驱动驱动器设备40的供电电压V20。在这一情况中，第二输入端子46、46’和电源40均连接到地，然而在特定实施例中，输入端子46、46’也能够连接到不同电压电平。
驱动元件42、42’均连接到用于个体地驱动换能器元件52、52’的输出端子50、50’。换能器元件52、52’通常集成在一维换能器元件阵列或二维换能器元件阵列中，以形成超声换能器并且提供二维压力波或三维压力波。
驱动器设备40包括连接到输入端子中的第一输入端子44的第一可控开关54，并且第一可控开关54由开关控制单元56控制。驱动元件42、42’均连接到第一可控开关54。驱动元件42、42’彼此并联连接并且均包括电阻器58以及第二可控开关60，电阻器58以及第二可控开关60串联连接在第一可控开关54与第二输出端子46之间。电阻器58、58’与第二可控开关60、60’之间的节点62、62’连接到驱动元件42、42’的相应的输出端子50、50’，以向换能器元件52、52’中的每个提供输出电压。第二可控开关60、60’每个经由由开关控制单元64、64’提供的控制信号而被控制。驱动器设备40包括控制单元66，控制单元66控制用于切换第一可控开关54和第二可控开关60、60’的开关控制单元56、64、64’。电平转换器68连接在控制单元66与第一可控开关54的开关控制单元56之间，以切换第一可控开关54和第二可控开关60、60’。
在驱动器设备40的操作期间，第一可控开关54被导通(即，切换到导电状态)而第二可控开关60、60’被关断(即，在非导电状态中)。在第一可控开关54的这一导通时间期间，输出端子50、50’经由电阻器58、58’连接到电源48。在这一导通时间期间，经由电阻器58、58’对电容性负载元件42、42’(即换能器元件52、52’)进行充电。在已经将换能器元件52、52’充电到电压V20之后，个体地导通第二可控开关60、60’，以通过将输出端子50、50’连接到第二输入端子46，来个体地对电容性负载元件42、42’(即换能器元件42、42’)进行放电。可以在将第二可控开关60、60’导通之前或在当将第二可控开关60、60’导通时的同时，关断第一可控开关54，以减小电阻器58、58’中的电源损失。备选地，当将第二可控开关60、60’导通到导电状态时，第一可控开关54可以仍然是导电的，以减小换能器元件52、52’之间的串扰。由于换能器元件52、52’和电阻器58、58’的电容，经由第一可控开关54同时地执行对换能器元件52、52’的充电，并且比较慢地执行对换能器元件52、52’的充电。由于所述充电的低的频率，换能器元件52、52’没有生成明显的声压。在对换能器元件52、52’进行第一放电期间，换能器元件52、52’中的每个个体地生成压力波。
驱动元件42、42’形成驱动器设备40的不同通道，其中，每个通道包含用于激活第二可控开关60、60’的个体开关控制单元64、64’。取决于对第二可控开关60、60’的切换的定时，能够以常规的方式对超声换能器发射的压力波进行操纵和聚焦。
第一可控开关54和第二可控开关60、60’是具有不同导电型的高电压晶体管。在图2中示出的情况中，第一可控开关54是p-MOS晶体管并且第二可控开关是n-MOS晶体管。在备选的实施例中，导电型能够是反过来的。
通常换能器元件52、52’与驱动器设备40集成到一起并且紧密地被定位在一起。因此，能够利用相对于彼此的短定时延迟来激活不同通道。对第一可控开关54的控制能够关于对第二可控开关60、60’的控制而被优化。第一可控开关54和第二可控开关60、60’的导通时间的交叠应当被最小化或优化。在特定实施例中，在对第二可控开关的切换期间导通第一可控开关54，以最小化不同驱动元件42、42’之间的串扰。对电平转换器68的定时并不是与在图1中示出的驱动器设备10中同样关键的，这是因为电阻器58、58’防止驱动器设备40短路。因此，电平转换器68可以是非时间挑剔(timing-critical)的简单电路。
在备选的实施例中，输入端子44连接到地并且输入端子46、46’连接到电源48，并且换能器元件50、50’经由第二可控开关60、60’个体地进行充电并经由第一可控开关54个体地进行放电。
图3示出了具有用于驱动三个换能器元件的三个驱动元件42的驱动器设备40的定时图。
在图3中，示意性示出了用于驱动第一可控开关54的驱动信号V1，并且三个驱动信号V2、V3、V4被示意性示为驱动三个不同驱动元件42的第二可控开关60。此外，示意性示出了三个驱动元件42的不同输出端子的输出电压V输出。
在t1处，第一可控开关54被导通(即，切换到导电状态)，而第二可控开关60被关断(即，处于非导电状态)。在对换能器元件52同时进行充电时，电压V输出缓慢地增加。在t2处，如所示地利用驱动信号V4来导通第二晶体管60中的一个。在t2处，如所示地通过快速地降低t2处的输出电压V输出，来快速地对与这一第二晶体管相关联的相应的换能器元件52进行放电。在t3处，如所示地利用相应的驱动信号V2来导通第二可控开关中的第二个，并且如所示地通过快速地降低t3处的输出电压V输出，来对相关联的换能器元件52进行放电。在t4处，如所示地利用相应的驱动信号V3来导通第二可控开关中的第三个，并且如示意性所示地利用输出电压V输出来对相关联的换能器元件52进行放电。在t5处，将第一可控开关54和三个第二可控开关60关断。在t2与t5之间的时相期间，生成超声换能器的压力波。在t5处，所有可控开关54、60被关断并且驱动器设备40被切换为读数模式(read-mode)。在读数模式期间，换能器元件52探测超声反射，所述超声反射在换能器元件52中引起能够由驱动器设备40探测到的反射电流，如下所述。在t1’处再次开始对换能器元件52进行充电。在这一实施例中，在t5处，针对随后的接收模式，第二可控开关60被关断，然而，取决于用于探测超声换能器元件52的电流的接收线圈，第二可控开关60在接收模式期间备选地可以仍然是导通的。
图4示出了包括用于探测超声换能器元件52的超声反射的接收元件的驱动器设备40的实施例。相同的附图标记指示相同的元件，其中，这里仅详细地解释差异。
图4中示出的驱动器设备40包括五个探测元件42、42’、42”、42”’、42””，其中，仅详细示出了驱动元件中的一个42并且示意性示出了其他驱动元件42’、42”、42”’、42””。
第三可控开关70连接在第二可控开关60与第二输入端子46之间。接收电路72连接到在第二可控开关60与第三可控开关70之间的节点74。开关控制单元64连接到第三可控开关70，以控制第三可控开关70。第三可控开关70优选地是低电压晶体管。
在图3中所示的在t2和t5之间的驱动器设备40的驱动模式中，每个驱动元件42的第三可控开关70被导通到导电状态，接收器电路72被关断并且第二可控开关60、60’被导通到导电状态以生成声压。在驱动模式中，第二可控开关60、60’起级联级的作用并且防止节点74的高电压，使得接收器电路72能够由低电压部件形成。在这一驱动模式中，如上所述，提供声压波。在如图3中所示的在t5和t1’之间的接收模式期间，第二可控开关60、60’依然是导电的并且第三可控开关70被关断到非导电状态。接收器电路72被激活并且由换能器元件52生成的电流经由第二可控开关60流到接收电器路72中，以探测换能器电流并且探测相应的超声反射。接收器电路72在这一情况中可以充当具有低的输入阻抗的互阻抗放大器。因此，图4中所示的驱动器设备40能够驱动换能器元件52来提供聚焦的压力波并且还能够探测所述超声反射。
在另一实施例中，驱动器设备40包括一个第四可控开关76、一个第五可控开关78、以及与第一可控开关54相关联的第二接收器电路80。利用开关控制单元82来控制第四可控开关76和第五可控开关78。第四可控开关76和第五可控开关78串联连接在第一可控开关54与第二输入端子46之间。第二接收电路80连接到在第四可控开关76与第五可控开关78之间的节点84。在驱动器设备40的接收模式中，第二接收电路80被激活并且还导致使驱动元件42、42’、42”、42”’、42””之间的串扰最小化的低的阻抗。
尽管已经在附图和前文的描述中详细说明并描述了本发明，但这种说明和描述被视为说明性或示范性的，而非限制性的；本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员通过研究附图、公开内容以及权利要求书，在实践要求保护的本发明时，能够理解并实现对所公开的实施例的其他变型。
在权利要求书中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其他单元可以完成权利要求中记载的若干项目的功能。尽管在互不相同的从属权利要求中记载了特定措施，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
计算机程序可以被存储/分布在适合的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的部分提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以被以其他形式分布，例如经由因特网或其他的有线或无线的电信系统。
权利要求中的任何附图标记都不应被解释为对范围的限制。

Claims (14)

1.一种用于驱动具有多个独立电容性负载元件(52)的负载(52)，尤其是驱动具有多个换能器元件(52)的超声换能器的驱动器设备(40)，包括：
-输入端子(44、46)，其用于将所述驱动器设备(40)连接到电源(48)；
-多个输出端子(50)，每个用于将所述驱动器设备(40)连接到负载元件(52)中的一个，
-第一可控开关(54)，其连接到所述输入端子的第一输入端子(44)，以及
-多个驱动元件(42)，每个具有彼此串联连接的第二可控开关(60)和电阻器(58)，其中，所述驱动元件(42)中的每个与所述第一可控开关(54)串联连接并连接到所述输入端子中的第二输入端子(46)，并且其中，所述输出端子(50)中的每个连接到所述驱动元件(42)中的一个，用于为所述负载元件(52)供电。
2.如权利要求1所述的驱动器设备，其中，所述输出端子(50)每个连接到在所述电阻器(58)与所述第二可控开关(60)之间的节点(62)。
3.如权利要求1或2所述的驱动器设备，还包括多个开关控制元件(56、64)，所述多个开关控制元件与所述可控开关(54、60)中的每个相关联，用于控制所述可控开关(54、60)。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的驱动器设备，其中，所述第一可控开关(54)被提供用于对所述电容性负载元件(52)进行充电，并且其中，所述第二可控开关(60)被提供用于个体地对所述电容性负载元件(52)进行放电。
5.如权利要求1至3中的任一项所述的驱动器设备，其中，所述第一可控开关(54)被提供用于对所述电容性负载元件(52)进行放电，并且其中，所述第二可控开关(60)被提供用于个体地对所述电容性负载元件(52)进行充电。
6.如权利要求5所述的驱动器设备，其中，所述开关控制元件(64)适于基于交错的时间来切换所述第二可控开关(60)。
7.如权利要求1至5中的任一项所述的驱动器设备，其中，所述开关控制元件(64)适于控制所述第一可控开关(54)和所述第二可控开关(60)，使得所述第一可控开关(54)和所述第二可控开关(60)暂时地同时导电。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的驱动器设备，其中，所述驱动元件中的每个具有连接到所述第二可控开关(60)的接收电路(72)。
9.如权利要求8所述的驱动器设备，其中，所述第二可控开关中的每个经由第三可控开关(70)连接到所述第二输入端子(46)，并且其中，所述接收电路(72)中的每个连接到处于所述第二可控开关(60)中的每个与所述第三可控开关(70)中的每个之间节点(74)。
10.如权利要求9所述的驱动器设备，其中，所述开关控制元件(64)适于在所述驱动器设备(40)的驱动模式中将所述第三可控开关(70)和所述第二可控开关(60)切换为导电状态。
11.如权利要求10所述的驱动器设备，其中，所述开关控制元件(64)适于当所述接收电路(72)被激活时在接收模式中将所述第二可控开关(60)切换为导电状态并且将所述第三可控开关(70)切换为非导电状态。
12.如权利要求1至11中的任一项所述的驱动器设备，其中，所述第一可控开关(54)和所述第二可控开关(60)被集成在一个单个半导体设备中。
13.一种用于驱动具有多个独立电容性负载元件(52)的负载，尤其是用于驱动具有多个换能器元件(52)的超声换能器的驱动方法，包括以下步骤：
-将所述负载元件(52)连接到驱动器设备(40)，
-经由单个可控开关(54)将所述电容性负载元件(52)连接到第一电压电平，
-经由多个可控开关(60)来将所述电容性负载元件(52)个体地连接到第二电压电平，所述多个可控开关每个与所述电容性负载元件(52)中的一个相关联。
14.一种超声装置，包括：
-超声换能器，其包括多个换能器元件(52)，尤其是包括换能器元件(52)阵列，以及
-至少一个驱动器设备(40)，其用于个体地驱动如权利要求1至12中的任一项所述的超声换能器元件(52)。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109789445A (zh) * 2016-09-30 2019-05-21 罗伯特·博世有限公司 用于血流速度检测的组合式mimo阵列和相控阵列

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BR112015000815B1 (pt) * 2012-07-18 2021-11-09 Koninklijke Philips N.V. Dispositivo condutor e método de condução para conduzir uma carga tendo uma pluralidade de elementos de carga capacitiva separados, e, aparelho de ultrassom
JP6163563B2 (ja) * 2013-12-19 2017-07-12 株式会社日立製作所 超音波プローブとその素子回路、並びに、それを利用した超音波診断装置
JP7094217B2 (ja) 2015-08-11 2022-07-01 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 増大された患者安全性を持つ容量性マイクロマシン超音波トランスデューサ
US10399121B2 (en) * 2016-09-12 2019-09-03 Kolo Medical, Ltd. Bias application for capacitive micromachined ultrasonic transducers
EP3885055B1 (en) * 2020-03-24 2023-07-05 Imec VZW Method of generating ultrasound and ultrasound generator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3989963A (en) * 1974-08-01 1976-11-02 Fiat Societa Per Azioni Control circuits for piezo electric transducers
US4841492A (en) * 1987-08-05 1989-06-20 North American Philips Corporation Apodization of ultrasound transmission
CN1613273A (zh) * 2002-09-23 2005-05-04 顶峰集团有限公司 装套筒的超声换能器
CN102159334A (zh) * 2008-09-16 2011-08-17 皇家飞利浦电子股份有限公司 电容性微机械加工的超声换能器
CN102224019A (zh) * 2008-11-21 2011-10-19 罗伯特·博世有限公司 超声波转换器、超声波传感器和用于运行超声波传感器的方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60158840A (ja) * 1984-01-31 1985-08-20 株式会社東芝 超音波診断装置
US4817066A (en) * 1985-10-09 1989-03-28 Hitachi, Ltd Transmitter/receiver for ultrasonic diagnostic system
JPH083528B2 (ja) * 1986-07-15 1996-01-17 株式会社日立製作所 超音波装置
JPS6283683A (ja) * 1985-10-09 1987-04-17 Hitachi Ltd パルス信号の送受信装置
DE19514308A1 (de) 1995-04-18 1996-10-24 Siemens Ag Ultraschallwandlerkopf mit integrierten steuerbaren Verstärkereinrichtungen
US6380766B2 (en) * 1999-03-19 2002-04-30 Bernard J Savord Integrated circuitry for use with transducer elements in an imaging system
ATE384958T1 (de) 2003-08-25 2008-02-15 Koninkl Philips Electronics Nv Sende-apodisierungsregelung für mikrostrahlformer
US7314445B2 (en) * 2003-12-30 2008-01-01 General Electric Company Integrated low-voltage transmit/receive switch for ultrasound imaging system
US7878064B2 (en) * 2004-06-12 2011-02-01 Akubio Limited Analytical apparatus with array of sensors and calibrating element
JP4839099B2 (ja) * 2006-03-03 2011-12-14 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 マイクロマシンプロセスにより製造された超音波振動子、超音波振動子装置、その体腔内超音波診断装置、及びその制御方法
WO2008074767A2 (en) * 2006-12-20 2008-06-26 Primozone Production Ab Power supply apparatus for a capacitive load
US8961421B2 (en) * 2007-04-19 2015-02-24 General Electric Company Transmit/receive circuitry for ultrasound systems
US7824335B2 (en) * 2007-04-26 2010-11-02 General Electric Company Reconfigurable array with multi-level transmitters
US20090182229A1 (en) 2008-01-10 2009-07-16 Robert Gideon Wodnicki UltraSound System With Highly Integrated ASIC Architecture
US8721550B2 (en) * 2008-10-30 2014-05-13 Texas Instruments Incorporated High voltage ultrasound transmitter with symmetrical high and low side drivers comprising stacked transistors and fast discharge
US9022941B2 (en) * 2009-04-02 2015-05-05 Hitachi Medical Corporation Ultrasonic diagnostic apparatus and carrier signal generating circuit
BR112015000815B1 (pt) * 2012-07-18 2021-11-09 Koninklijke Philips N.V. Dispositivo condutor e método de condução para conduzir uma carga tendo uma pluralidade de elementos de carga capacitiva separados, e, aparelho de ultrassom

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3989963A (en) * 1974-08-01 1976-11-02 Fiat Societa Per Azioni Control circuits for piezo electric transducers
US4841492A (en) * 1987-08-05 1989-06-20 North American Philips Corporation Apodization of ultrasound transmission
CN1613273A (zh) * 2002-09-23 2005-05-04 顶峰集团有限公司 装套筒的超声换能器
CN102159334A (zh) * 2008-09-16 2011-08-17 皇家飞利浦电子股份有限公司 电容性微机械加工的超声换能器
CN102224019A (zh) * 2008-11-21 2011-10-19 罗伯特·博世有限公司 超声波转换器、超声波传感器和用于运行超声波传感器的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109789445A (zh) * 2016-09-30 2019-05-21 罗伯特·博世有限公司 用于血流速度检测的组合式mimo阵列和相控阵列
CN109789445B (zh) * 2016-09-30 2021-09-07 罗伯特·博世有限公司 用于检测血流速度的系统和方法

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