CN106465020B - 用于配置操作模式的压电换能器 - Google Patents

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Abstract

在实施方式中，贴片设备包括多个压电换能器元件和邻接及支撑所述多个压电换能器元件的基底。所述基底包括编程以根据预编程的序列连续配置贴片的操作模式的集成电路，该集成电路连续选择所述压电换能器元件的相应子集来激活。所述集成电路包括用于选择性激活这种子集的脉冲逻辑和用于传达这种激活导致的贴片感测信号的解复用逻辑。在另一实施方式中，解复用逻辑是贴片的第一电压域的一部分，并且脉冲逻辑是贴片的第二电压域的一部分。基底可以包括用于保护解复用逻辑免受所述第二电压域的相对高电压电平的影响。

Description

用于配置操作模式的压电换能器
相关申请
本申请涉及于2014年5月30日递交的标题为“PPIEZOELECTRIC TRANSDUCERDEVICE WITH FLEXIBLE SUBSTRATE”的代理人案号No.7411.P021的美国专利申请号No.14/292,438，和于2014年5月30日递交的标题为“PIEZOELECTRIC TRANSDUCER DEVICE WITHLENS STRUCTURES”的代理人案号No.7411.P022的美国专利申请号No.14/292,445。
背景
1.技术领域
本说明书主要涉及压电换能器。
2.背景技术
压电换能器包括能够将电能转换成机械能(声能量或超声能量)以及将机械能转换成电能的压电元件。因此，压电换能器既可以用作机械能的发射机也可以用作冲击(impinge)机械能的传感器。
超声压电换能器设备可以包括响应于时变驱动电压以高频振动的压电振动元件，并且在与该振动元件暴露的外表面相接触的传播介质(例如，空气、水或组织)中生成高频压力波。该高频压力波可以传播至其它媒介中。相同的振动元件还可以接收从传播介质反射的压力波，以及将所接收的压力波转换成电信号。该电信号可以连同驱动电压信号一起被处理以获得关于传播介质中密度或弹性模量的变化的信息。
超声压电换能器设备可以包括压电振动元件阵列，每个振动元件可以利用各自的驱动电压和/或脉宽和时延被单独控制，以使得具有期望方向、形状和焦点的压力波可以在传播介质中通过振动元件阵列共同地创建，并且关于传播介质中密度或弹性模量的变化的信息可以基于压电振动元件阵列捕获的反射压力波和/或折射压力波而被更加准确和精确地确定。
附图说明
本发明的不同实施方式通过示例而非限制性的通过附图被阐释，以及其中：
图1A-1H阐释包括(一个或多个)振动元件阵列的压电换能器设备的示例配置。
图2A-2C阐释包括振动元件的示例压电换能器设备的纵向横截面。
图3是阐释根据实施方式的压电换能器设备的元件的功能框图。
图4是阐释根据实施方式的压电换能器设备的元件的功能框图。
图5阐释根据各个实施方式的每一压电换能器设备的不同操作模式。
图6阐释根据实施方式的柔性压电换能器设备的元件。
图7是阐释根据实施方式的压电换能器总成的元件的功能框图。
图8A、8B阐释根据实施方式的超声探测设备的元件。
图9A、9B是阐释根据相应实施方式的各自透镜结构的元件的功能框图。
图10是阐释根据实施方式的超声换能器系统的元件的功能框图。
具体实施方式
压电超声换能器设备能够通过使用响应于高频时变驱动电压而振动的压电换能器阵列在传播介质(例如，空气、水、组织、骨骼、金属等)中生成高频压力波。振动换能器阵列暴露的外表面可以接近于传播介质或与传播介质相接触来设置以将暴露的外表面的振动携带的能量耦合至沿着传播介质中一个或多个方向传播的压力波携带的能量。超声换能器设备通常生成具有高于人类听力范围的频率的声波。然而，在一些实施方式中，根据本说明书中的描述制造的压电换能器设备可以被用于生成具有在人类听力范围内或低于人类听力范围的频率的声波。
当压力波遇见传播介质内或媒介之间边缘处的密度和/或弹性模量的变化时，压力波被反射。反射的压力波的一些可以由换能器阵列暴露的外表面捕获并且被转换成由超声换能器设备的感测电路感测的电压信号。感测的电压信号可以连同驱动电压信号一起被处理以获得关于传播介质中或媒介之间边缘处的密度和/或弹性模量的变化的信息。
当振动换能器阵列中每个振动元件的振动被单独控制以及利用各自的时延及频率被计时，则具有期望形状、大小、方向和速度的波前可以被生成。振动元件的大小和间距、换能器阵列的布局、驱动频率、及振动元件各自的延迟和位置可以与该振动元件上感测的电压信号各自的强度和计时共同使用，以确定传播介质内密度和/或弹性模量的变化，以及以推断在传播介质中压力波遇到的目标的位置、大小、形状和/或速度以及/或者结构变化。所推断的关于传播介质中的目标的位置、大小、形状和/或速度以及/或者结构变化的信息可以在外置的显示装置上呈现，例如，作为彩色图像或单色图像来呈现。超声换能器设备可以发现许多应用，其中媒介或多个媒介内的内部结构变化的成像是感兴趣的，诸如在医疗诊断、产品缺陷检测、微创外科设备等等中。
特定实施方式多方面提供了包括多个压电换能器元件和基本结构(或简称为“基底(base)”)的设备(出于简洁的目的，于此称为“贴片(tile)”)，其中所述基础结构邻近且支持各个压电换能器元件。基底可以包括集成电路，该集成电路被编程或以其他方式被配置成多方面实施贴片的多种操作模式中的任何操作模式。例如，基底可以被预编程具有操作模式的序列。代替依赖于如在常规(以及更少集成的)方式中的相对的高电压(HV)模拟开关，特定实施方式通过使用低电压(LV)(例如3.3V)模拟开关允许更好的集成以针对运行选择换能器元件。例如，特定实施方式在瓦块的比较高电压驱动/传送功能和该瓦块的较低感测/接收功能之间提供一些隔离措施。LV模拟开关明显小于HV模拟开关，二者具有类似的导通率(Ron)。此外，LV模拟开关可以不需要电平移位器和/或门驱动电路。
体积-或三维(3D)-成像可以利用一个或多个可配置的(例如，包括可重新配置的)贴片而被执行，其中每个贴片包括各自的二维(2D)压电换能器元件的阵列。例如，多个可配置的贴片可以不同地布置在探测器的曲面上，其中所述多个贴片运行以成像楔形、圆锥体或其它例如被定义为来自曲面的一部分的投影的锥形体积。在探测器运行期间，多个贴片可以随时间被不同地重新配置，例如以增加、减少、移动或者以其他方式改变被成像的体积。可选择地或另外，多个贴片的重新配置可以改变将针对特定大小和位置的体积而执行的成像。
某些其它实施方式从不同方面提供可包括柔性(例如塑胶模)基底和耦合至基底的多个贴片的设备。柔性基底至贴片的耦合可以例如利用适应于常规柔性MEMS技术的操作而被执行。基底可以已经在其中或其上布置了信号线以交换至多个贴片的信号、交换来自多个贴片的信号或交换多个贴片之间的信号。因此，基底可以用作设备和用于处理和/或传达成像信息的远程系统之间交换的背板。多个或所有贴片均可以被预编程以实施各自多个(例如一系列)操作模式中的任何一个，但是某些实施方式并不限制于这方面。柔性基底可以允许多个贴片被绑定(例如附着)或以其他方式耦合至探测器设备的表明，该探测器设备的表面包括非常小的曲率半径。
还有其它实施方式不同地提供一个或多个曲面透镜结构以促进传播自探测器设备的波的形成。探测器设备可以包括具有曲面的部分和不同地耦合至该曲面的多个贴片。一些或所有这种贴片可以经由柔性薄膜被耦合至曲面，但是某些实施方式并不限制于这方面。在一种实施方式中，多个不同透镜中的每一者均被耦合至各自的贴片。可选择地，包括多透镜区域的单个透镜体可以耦合在多个贴片上。
图1A-1G阐述了包括(一个或多个)弯曲的振动元件的压电换能器设备的示例性配置。在一些实施方式中，换能器设备包括换能器阵列。换能器阵列中的元件可以被布置在基本平坦的平面上。如图1A所示，换能器设备102包括手柄部分104。换能器阵列106可以在手柄104的一个末端108处被附着至手柄104，其中手柄的形状被修改(例如，扩宽、平整等)以适应换能器阵列106的形状和大小。在该示例中，换能器阵列106的振动外表面面向沿着手柄104的长轴的前进方向，即，其上装配有阵列106的基底的外表面105垂直于手柄104的长轴。在其它实施方式中，换能器阵列106的暴露的外表面可以面向沿着垂直于手柄104的长轴(或者与手柄104的长轴成锐角)的方向的侧面。换能器设备102的操作者可以操纵手柄104以按照期望来改变线性换能器阵列106的振动外表面的方向和位置(例如，面向将被成像的(一个或多个)区域)。
压电换能器设备102可以可选择地包括在振动元件106的线性阵列下面和手柄部分104内部(例如，扩宽和平整的第一末端108)集成的应用特定集成电路(或者ASIC，未示出)。连接至ASIC的外部输入连接的线缆110可以从手柄104的后端出去并且可以被连接至外部装置(例如控制设备和/或显示设备)。
在一些实施方式中，换能器设备可以包括二维换能器阵列。每个二维换能器阵列可以包括分布在二维阵列中的多个弯曲的阵列元件。二维阵列所覆盖的区域可以具有各种形状，例如，长方形、正方形、圆形、八边形、六边形、圆形等等。二维阵列中的振动元件可以分布在由直线组成的格子(例如，正方形格子或六边形格子)上或由更复杂图案组成的格子上。二维换能器阵列的振动外表面也可以基本上在平面内。二维换能器阵列可以附着至手柄(例如，在直圆柱手柄的一个末端处)以形成换能器设备。换能器阵列的振动外表面的平面可以面向前面(例如垂直于手柄的长轴(例如，如图1B所示))，或者面向侧面，即平行于手柄的长轴(或者与手柄的长轴呈锐角)(例如，如图1C所示)。
换能器设备的操作者可以操作换能器设备的手柄以按照期望改变二维换能器阵列的振动外表面的朝向和位置(例如，面向将被成像的(一个或多个)区域)。
如图1B所示，压电换能器设备112包括在第一末端118处附着至手柄114的正向的六边形换能器阵列。压电换能器设备112可以选择地包括在振动元件的六边形阵列下面和手柄部分114内部的集成ASIC(未示出)。连接至ASIC的外部连接的线缆120可以从手柄114的后面(例如，第二末端)出来并且被连接至外部装置(例如，控制设备和/或显示设备)。正向换能器设备112可以被用于血管内超声(IVUS)成像，这利用常规超声成像是不可行的。
图1C示出包括在第一末端128处附着至手柄124的侧向正方形换能器阵列126。压电换能器设备122可以选择地包括振动元件的正方形阵列后面和手柄部分124内的集成ASIC(未示出)。连接ASIC的外部连接的线缆130可以从手柄124的后面(例如，第二末端)出来并且被连接至外部装置(例如控制设备和/或显示设备)。
在一些实施方式中，换能器设备可以包括沿着曲线或围绕曲面覆盖的一维换能器阵列或二维换能器阵列，以使得换能器阵列的振动外表面是曲线或曲面。
例如，图1D示出了包括沿着曲线运行并在手柄134的第一末端138(例如，扩大的、弯曲的和平整的部分)附着至手柄134的线性换能器阵列136的示例性换能器设备132。换能器设备132还包括连接至ASIC(未示出)并从手柄134的后端出去的线缆140。
图1E示出了包括围绕圆形的圆周运行并在手柄144的末端148处附着至手柄144的正向线性换能器阵列146的示例性换能器设备142。换能器设备142还包括连接至ASIC(未示出)并从手柄144的后端出去的线缆150。
图1F示出包括围绕圆形的圆周运行并且在手柄154的末端158处附着至手柄154的侧向线性换能器阵列156的示例性换能器设备152。换能器设备152还包括连接至ASIC(未示出)并从手柄154的后端出去的线缆160。
在一些实施方式中，图1D、1E和1F所示的线性换能器阵列136、146和156的每个振动元件可以由小的二维子阵列来替代。例如，每个子阵列可以是小的正方形换能器阵列。如图1G所示，换能器设备162包括多个振动元件正方形子阵列(例如，正方形子阵列168)形成的正向二维环形阵列166，其中正向环形阵列166被附着至换能器设备162的手柄164的第一末端。换能器设备162还包括连接至ASIC(未示出)并且从手柄164的后端出来的线缆170。
类似地，如图1H所示，换能器设备172包括多个振动元件正方形子阵列(例如，正方形子阵列178)形成的侧向阵列176，其中侧向阵列176被附着至换能器设备172的手柄174的第一末端。换能器设备172还包括连接至ASIC(未示出)并且从手柄174的后端出去的线缆180。
图1A-1H中所示的换能器设备的配置仅仅是阐释性的。整个换能器阵列的振动外表面的朝向(例如，前向、侧向或其它面向角度)和整体形状(例如，平坦或弯曲、线性、多边形或环形)的不同组合、手柄上换能器阵列的位置和换能器阵列上振动元件的布局在换能器设备的各种实施方式中是可行的。
此外，依赖于应用(例如，期望的运行频率、成像区域、成像分辨率等)，换能器阵列中的振动元件的总数、换能器阵列的大小、换能器阵列中振动元件的大小、间距和/或分布也可以变化。在一个示例中，线性阵列包括具有200微米间距的128个50微米半径的振动元件。在另一示例中，正方形阵列包括具有200微米间距的16个75微米的振动元件。例如，各个振动元件(诸如50至150微米直径的凸面或凹面顶)可以按照具有两个至四个的紧凑小间距簇来布置，例如，其中较大间距分离这种簇的中心。在一个阐述性实施方式中，阵列可以包括128个振动元件，每个振动元件包括具有两个至四个较小的圆顶(dome)的簇，其中元件之间的间距是(例如)200微米。其它示例配置可以根据不同实施方式而被不同地提供。
在图2A-2C的上下文中，各个换能器元件的示例性微机械(即，微机电或MEMS)方面现在被简略地描述。应该理解的是，图2A-2C中描述的结构主要作为特定实施方式的特定方面的上下文被包括并且进一步阐述了各种实施方式关于压电换能器设备结构的广泛适用性。
在图2A中，凸形换能器元件202包括顶表面204，顶表面204在操作期间形成压电MEMS超声换能器(pMUT)阵列的振动外表面的一部分。换能器元件202还包括附着到基底280的顶表面的底表面206。换能器元件202包括布置在参考电极212和驱动/感测电极214之间的凸形或圆顶形压电膜210。在一个实施方式中，例如，压电膜210可以通过在具有在平面顶表面上形成的圆顶的轮廓转移基底(例如，图案化的硅)上在均匀层中沉积(例如，溅射)压电材料颗粒而被形成。示例性的压电材料是锆钛酸铅(PZT)，但是本领域中任何已知的适合于常规微机械加工的材料也可以使用，例如但不限于聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物颗粒、BaTiO3、单晶PMN-PT和氮化铝(AlN)。驱动/感测电极和参考电极214、212每个均可以是在轮廓至轮廓转移基底上沉积(例如，通过PVD、ALD、CVD等)的导电材料的薄膜层。用于驱动电极层的导电材料可以是用于这种功能的本领域中任何已知的材料，例如但不限于Au、Pt、Ni、Ir等中的一种或多种)，其合金(例如，AdSn、IrTiW、AdTiW、AuNi等)，其氧化物(例如，IrO2、NiO2、PtO2等)，或两种或更多种这种材料的复合堆叠。
进一步如图2A所示，在一些实施方式中，换能器元件202可以可选地包括薄膜层222，诸如二氧化硅，其可以在制造期间用作支撑和/或蚀刻停止。电介质膜224还可用于将驱动/感测电极214与参考电极212绝缘。垂直取向的电互连件226经由驱动/感测电极轨道285将驱动/感测电极214连接到驱动/感测电路。类似的互连件232将参考电极212连接到参考轨道234。具有孔241的环形支撑件236机械地将压电膜210耦合到衬底280，该孔的对称轴线限定了换能器元件202的中心。支撑件236可以是任何常规材料，例如但不限于二氧化硅、多晶硅、多晶锗、SiGe等。支撑件236的示例性厚度范围为10-50μm，并且膜224的示例性厚度范围为2-20μm。
图2B示出了换能器元件242的另一示例配置，其中功能上类似于换能器元件202中的结构的结构用相同的附图标记来标识。换能器元件242阐释了在静态下凹入的凹形压电薄膜250。于此，驱动/感测电极214布置在凹形压电膜250的底表面下方，而参考电极212布置在顶表面上方。还示出了顶部保护钝化层263。
图2C示出了换能器元件282的另一示例配置，其中功能上类似于换能器元件202中的结构的结构用相同的附图标记来标识。换能器元件282阐释了在静态下为平面的平面压电膜290。于此，驱动/感测电极214被布置在平面压电膜290的底表面下方，而参考电极212被布置在顶表面上方。与图2A-2C的每一个中描述的相反的电极配置也是可行的。
图3阐释了根据实施方式的用于提供表示超声(或其他)成像信息的信号的贴片300的元件。贴片300是包括压电换能器元件阵列和用于阵列运行的集成电路(例如，包括脉冲逻辑、解复用器逻辑和/或数字控制逻辑)的设备的一个示例。出于简洁的目的，压电阵列和这种支撑基底的集成组合在本文中称为“贴片”。这种集成电路可以是邻接并物理支撑阵列的基底的一部分。例如，贴片300可以是封装设备。某些实施方式提供将基底的解复用逻辑作为电压域的一部分，与基底的另一电压域的相应的工作电压电平(或电压范围)相比，其特征在于其是相对低的工作电压电平(或电压范围)。
作为说明性而非限制性的方式，贴片300可以包括基底305和由基底305的一侧支撑的换能器阵列310。例如，基底305可以包括衬底，诸如图2A-2C中的那些不同支撑换能器的结构任意者。基底305可以包括集成电路，例如包括单个集成电路(IC)管芯或IC管芯堆叠，其被编程以实现多个操作模式中的任一个，每个模式用于换能器阵列305的相应操作以生成图像信息。在一个实施方式中，基底305包括控制逻辑350，例如包括微控制器或类似装置以接收来自外部系统(未示出)的提供给贴片300的信号，例如包括经由控制接口360接收的控制信号。控制信号可以编程控制逻辑350以能够实现贴片300的多个操作模式中的任何操作模式。在控制逻辑350中编程的说明性模式354表示贴片300的这种多个操作模式中的一个示例。可选择地，在控制逻辑350已经用模式354编程之后，可以经由接口360将控制信号提供给贴片300。
模式354的编程可包括向控制逻辑350提供(或以其它方式定义)各自的状态信息S1、S2、...、SN，每一个状态信息至少部分地实现相应的操作模式。尽管某些实施方式在这方面不受限制，但是状态信息S1、S2、...、SN可以不同地存储在控制逻辑350的存储器中。可选择地或另外，控制逻辑350可以包括诸如现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程门阵列(PGA)的电路，其中这种电路可编程以实现状态机或其它逻辑以不同地配置由状态信息S1、S2、...、SN表示的模式354。然而，某些实施方式并不限于特定机制，由此控制逻辑350将实现模式354中的任何模式。
对于模式354中的给定模式，用于配置模式的状态信息可以包括例如地址、位图或指定阵列310的对应于该模式的换能器元件子集的其它信息。该模式的后续配置可以基于这种状态信息导致子集的选择，例如，用于仅激活子集以传达图像信息。状态信息还可以包括一个或多个值，每一个值用于表征一些或全部换能器元件子集的激活的相应参数(例如电压电平、持续时间、时间延迟、频率等)的。例如，可以选择给定子集的每个换能器元件用于由相同的电压电平、持续时间、时间延迟、频率等所表征的激活。可选地或另外，用于该模式的这种状态信息可以包括用于指定将被执行以从设备300传送图像信息的解复用的信息。例如，给定子集的每个换能器元件可以被选择以被切换地连接到总线的相同信号线。
用于给定模式的压电换能器元件的子集可以包括阵列310中将根据该给定模式操作的所有压电换能器元件。模式可以指定或以其它方式确定元件的子集将根据模式而被不同地耦合，每一个元件提供要从贴片300输出的相应信号。模式可以将相应子集的元件的每一者与相应的信号线(未示出)相关联，该信号线将被例如经由接口365耦合到贴片300。例如，该模式可以将这些元件的每一者与接口365的多个焊盘、引脚或其他输入/输出(I/O)触点(未示出)中的相应一个相关联。
作为说明性而非限制性的方式，模式可切换地将子集元件中的每一者与用于从贴片300的输出信号的不同的相应路径耦合。可选择地或此外，这种模式可以切换地将子集的多个元件耦合到用于从贴片300的输出信号的相同路径。为了避免使各种实施方式的某些特征模糊不清，于此针对压电换能器元件中的每一者与该贴片用于传送(以及在一些实施方式中接收)信号的信号总线的不同相应线缆相关联，对模式进行了各种讨论。然而，这种模式可以另外地或可选择地将多个压电换能器元件与这种信号总线的相同的相应线缆相关联。
在实施方式中，控制逻辑350包括触发检测逻辑352，以检测构成用于配置模式354中的一者的触发事件的一个或多个条件。这种触发事件可以至少部分地由例如控制、时钟或由贴片300接收的其他信号来指示。可选择地或另外，触发事件可由一时间段的期满或由设备300独立确定的某其它条件来指示。在检测触发事件之前，控制逻辑350可以已经被编程具有实现模式354中的任何模式所必需的状态信息S1、S2、...、SN。例如，触发事件本身的检测可以独立于控制逻辑350接收到明确描述由该触发事件指示的下一操作模式的任何状态信息。因此，控制逻辑350可以通过识别要配置的下一个操作模式来响应触发事件，其中这种识别独立于在前一个(或多个)操作模式期间由贴片300接收的任何状态信息(例如，明确地指定子集，例如换能器元件的任何子集)来执行。
在操作期间，响应于发送到贴片300的信号，控制逻辑350可以连续地使用操作模式354的一些或所有来配置贴片300，例如，其中这种连续配置是根据在控制逻辑350处预定的序列。当配置特定模式时，通过基底305的电路逻辑控制的换能器阵列310的操作可以是根据所配置的模式的。例如，基底300可以包括高压(HV)脉冲逻辑320，该高压(HV)脉冲逻辑320响应于控制逻辑350以在不同时间选择性地驱动(或“激活”)阵列310的压电换能器元件的不同相应子集。这种子集可以各自对应于模式354中的不同的相应一个模式。
作为说明性而非限制性的方法，控制逻辑350可以包括或耦合到包括多个开关的开关逻辑(未示出)，每个开关用于阵列310的不同的相应压电换能器元件。响应于检测到给定触发事件，控制逻辑350可以为下一个操作模式选择压电换能器元件的子集。基于这种选择，HV脉冲逻辑320可以仅激活阵列310中对应于操作模式的那些选定的换能器元件。在一个实施方式中，控制逻辑350(或耦合于此的开关逻辑)可以进一步向HV脉冲逻辑320指示要表征所选择的换能器元件的一些或所有激活的一个或多个参数(例如，电压电平、持续时间、时间延迟、频率等)。
激活阵列310的所选子集的激活可以导致每个激活的换能器元件输出表示相应图像信息的感测信号。基于由控制逻辑350配置的操作模式，基底305的电路逻辑可以操作以选择性地从贴片300发送这种图像信息，例如，用于由远程系统(未示出)来处理。通过说明性而非限制性的方式，基底305还可以包括各种耦合到阵列310的多个压电换能器元件中的每一者的低压(LV)解复用(demux)逻辑340。解复用器逻辑340还可以经由多个输出信号线被耦合到用于从贴片300发送图像数据的接口365。然而，耦合到解复用逻辑340的阵列310的压电换能器元件的总数可以大于将解复用逻辑340耦合到接口365的输出信号线的总数。相应地，解复用逻辑340可以不同地执行仅对所选择的压电换能器元件的子集的解复用，每个换能器元件经由至接口365的相应信号线输出图像信息。这种解复用可以由控制逻辑根据当前配置的模式354中的一个模式随时间不同地配置(例如重新配置)。例如，在给定的操作模式期间，解复用逻辑340可以被配置成仅选择那些对应于该操作模式的所选择的换能器元件的信号线来进行信号通信。尽管在贴片300的示例中彼此区分，但是接口360、365可以是相同接口的一部分。
基底305的集成电路可以包括多个电压域，其中一个这种域的操作的电压电平(或电压范围)大于另一这种域的相应的电压电平(范围)。例如，基底305的第一电压域可以包括解复用逻辑340，其中基底305的第二电压域包括HV脉冲逻辑320。在这种实施方式中，第一域的供电电压、数字逻辑电平(范围)或其它这种操作特性可以小于第二电压域的对应操作特性。如于此所讨论的，某些实施方式还包括用于保护第一电压域免受第二电压域的相对高的电压电平影响的电路(未示出在贴片300中)。在一些实施方式中使用相对低电压的解复用逻辑340允许基底305包括用于传达针对不同操作模式的图像信息的有效机制。
图4阐释了根据用于在介质中生成压力波的实施方式的贴片400的元件。贴片400阐释了根据用于图像信息的生成和通信的一个实施方式可以交换的各种信号的一个示例。贴片400可以包括贴片300的所有特征中的一些，但是某些实施方式并不限制于在这方面。
在实施方式中，贴片400包括压电换能器元件的阵列410，其例如提供换能器阵列310的功能。贴片400的某些特征于此关于说明性的阵列410的压电换能器元件PZT 415的操作而被讨论，例如，如视图405所示。然而，这种讨论可以被扩展到另外地或可选择地应用于阵列410的一些或所有其它换能器元件的操作。
阵列410可以邻近基底并且由基底支撑，该基底例如提供基底305的一些或全部功能。如图4所示，这种基底可以包括集成电路，以根据贴片400的各种操作模式来操作阵列410。例如，这种集成电路可以包括控制逻辑，该控制逻辑被编程以实现状态机430，用于在贴片的不同操作模式之间的不同转换。通过说明性而非限制性的方式，状态机430可以被配置成连续地配置模式Sa、Sb、...、Sx的序列中的一些或所有。模式Sa、Sb、...、Sx的序列可以是重复序列，但是某些实施例并不限制于这方面。
在说明性实施例中，贴片400可操作以接收对操作模式Sa、Sb、...、Sx的序列的状态机430编程的信号(如说明性序列422所表示的)。可以在贴片400接收用于状态机430的其它信令以开始这种序列之前执行这种编程。例如，可以在贴片400将被适配为一些探测器装置(未示出)的部件之前以及甚至在贴片400的制造完成之前执行这种编程。在一些实施方式中，状态机430进一步可编程和/或可重新编程以实现一个或多个附加或替代模式序列。
在操作中，贴片400的控制逻辑可以响应于触发事件连续地配置操作模式Sa、Sb、...、Sx，触发事件例如由贴片400从远程系统(未示出)接收的信令来指示。这种信令可以包括例如下一个发射(Tx)波束信号424，其指定状态机430将根据该序列将贴片400从用于超声波束传输的任何当前配置的模式转换到用于下一个超声波束传输的另一个模式。
将配置的下一个模式可以例如对应于阵列410中将参与下一个超声波束传输的换能器元件的特定子集。下一操作模式的配置可以包括状态机430生成直接或间接选择该特定子集的信令。例如，贴片400可以包括多个电路，每个电路对应于阵列405的不同的相应压电换能器元件。关于阵列405的多个压电换能器元件的驱动/感测操作，每个这种电路可以专用于执行仅一个压电换能器元件的驱动/感测操作。通过说明性而非限制性的方式，专用于PZT 415的驱动/感测操作的贴片400的电路可以包括定时器436、3级HV脉冲发生器440和HV保护电路450。贴片400的类似电路(未示出)可以根据不同的实施方式被不同地专用于阵列405的附加的或替代的压电换能器元件。
在实施方式中，贴片400包括多个定时器电路，每个定时器电路用于阵列410的换能器元件中的不同的相应一个换能器元件。这种定时器电路可以包括对应于PZT 415的定时器436。其中PZT 415将参与下一个波束传输，状态机430可以用信号通知定时器436以指示对PZT 415的选择。状态机430可以不同地用信号通知其它这种定时器电路，以类似地指示对该子集的其它相关联的换能器元件的选择。
响应于状态机430，定时器434可将输出434发送到贴片400的脉冲电路。虽然某些实施例并不限制于这方面，输出434的定时可以通过远程系统由贴片400接收的一个或多个信号来调节。通过说明性而非限制性的方式，定时器436可以接收传送控制时钟426和发射Tx波束428控制信号中的一者或两者。当设置为特定逻辑电平时，接收到的发射Tx波束428可以使得定时器436能够输出434，例如在Tx控制时钟426的下一个连续转变(上升或下降)。然而，各种附加或替代机制的变化中的任何机制可适于控制输出434的定时。
在实施方式中，将输出434提供给贴片400的脉冲逻辑，诸如说明性三级高压脉冲发生器440。脉冲发生器440可驻留在贴片400的电压域中，该电压域与贴片400的一个或多个其它电压域相比较，其特征在于相对高的电压操作。脉冲发生器440可以提供用于驱动PZT 415以生成压力波的电压的多个不同电压电平(在该示例中为三个电平)中的任一个电压电平。可以通过输出434和/或通过来自贴片400的控制逻辑的其它相关联的信令来指定或以其它方式指示不同电压电平中的特定一个电压电平。
在响应输出434中，脉冲发生器440可以操作PZT 415用于执行驱动/感测循环，包括PZT 415生成压力波，以及响应于相应的返回波，生成表示图像信息的感测信号。这种感测信号可以被准备用于在贴片400的相对低的电压域中的后续处理。例如，基底还可以包括相对低压的解复用器470和由说明性的HV保护电路450表示的电路，其提供低压解复用器470免受包括脉冲发生器440的电压域的电压电平影响的至少部分地保护。
在实施方式中，阵列410的换能器元件中的每一者经由不同的相应电压保护电路耦合到低压解复用器470。例如，PZT 415可以被耦合以经由HV保护电路450向LV解复用器470提供输出信号。因此，在给定时间，包括阵列410的所选的换能器元件的子集可以经由相应的HV保护电路向LV解复用器470提供感测信号。HV保护电路450可以包括简单的HV开关、背对背二极管或各种其它电路中的任何电路，例如包括分压器、运算放大器、和/或数模转换器(DAC)等等，以从阵列410输出这种感测信号的相对低电压版本。
来自HV保护电路450的可用输出的数量(例如，阵列410的每个换能器元件针对一个可用输出)可以大于用于从贴片400传送针对所选择的子集的图像信息的信号线472的总数。因此，低压解复用器470可以执行解复用，以仅选择来自HV保护电路450的对应于所选择的子集的换能器元件的那些信号线以用于经由信号线472的输出。在实施方式中，可以根据操作模式Sa、Sb、...、Sx中当前配置的一个操作模式来控制这种解复用。例如，贴片400的集成电路可以进一步包括解复用控制器460，以例如基于来自状态机430的信息识别来自HV保护电路450的输入集合，其对应于基于操作模式选择的换能器元件的子集。虽然某些实施方式并不限制于这方面，但解复用控制器460可以响应于由贴片400接收的下一Rx波束420的控制信号从状态机430检索这样的信息。在一些实施方式中，下一Rx波束420和下一Tx波束424是相同的控制信号。
图5阐释了操作模式的不同序列的元件，每一个元件根据相应的实施方式用于换能器阵列的操作。更具体地，图5对于各种操作模式中的每一个操作模式，示出了换能器元件阵列的对应选择的子集。各种实施方式中的某些方面于此关于换能器元件的说明性8×8阵列来论述。然而，这种论述可以扩展以应用于具有任意各种附加或替代的大小和/或几何形状的像素阵列。
序列500的实施可以包括连续配置操作模式505a-505h，例如，根据于此关于贴片300、400所论述的技术中的一些或全部。如序列500所示，操作模式505a-505h可以各自对应于换能器元件的8×8阵列的不同的相应列，其中，操作模式505a-505h中一个操作模式的配置包括或以其它方式导致换能器元件的相应列的选择。由于序列500的特定顺序，对应于这种模式505a-505h的列的连续选择可以模拟例如较小阵列(例如一维(1D)阵列)在沿着2D 8×8阵列的列向(column-wise)方向上的平移运动。
在另一实施方式中，贴片的控制逻辑可以被编程以附加地或替代地实现操作模式515a-515h的序列510。操作模式515a-515h中的每一个操作模式可以对应于换能器元件的8×8(或其他)阵列的不同的相应行。由于序列510的特定顺序，这种模式515a-515h的连续配置可以导致换能器元件的相应行的连续选择，其中这种连续选择模拟例如较小阵列在行向(row-wise)方向上的平移运动。
在又一个实施方式中，操作模式的序列可以用于模拟换能器阵列的旋转运动。例如，序列520包括对应于8×8阵列的不同相应子集的操作模式525a-525p。进而，这种子集可以对应于延伸穿过阵列的不同的相应线，例如，其中每个子集包括最接近对应线的相应换能器元件。操作模式525a-525p的顺序以及这种线缆的相关联顺序可以导致序列520近似在所示的8×8阵列的区域内旋转的另一(例如1D)阵列。
包括操作模式535a、535b、535c的序列530更详细地阐释了另一个实施方式，类似于序列520的实施方式，其中相控阵列的模拟运动(在该示例中为旋转运动)被实现。在模式535a、535b、535c的每一模式中，根据模式选择的换能器元件被根据给定操作特性的不同相应级别而不同地驱动。这种操作特性可以是例如电压电平、频率、时间延迟、持续时间等中的一者。对于针对根据模式535a、535b、535c不同地选择的换能器元件的具有不同阴影的序列530，阐释了这种操作特性的不同级别。对于某些成像模式，诸如用于实施菲涅尔环的一种成像模式，只有压电换能器元件的子集可以连接到模拟总线以与远程系统通信。在其它成像模式中，贴片的所有压电换能器元件可以不同地耦合到这种模拟总线。例如，模式可以将多个压电换能器元件可切换地耦合到模拟总线的相同信号线。将多个压电换能器元件耦合到模拟总线的公共信号线可以提供改善的信噪比。
图6示出根据实施方式的用于提供超声图像信息的设备600的元件。设备600包括多个贴片605，例如每个贴片不同地包括贴片300的特征中的一些或全部特征。贴片605中的每一者被耦合到设备600的柔性衬底610，其中衬底610提供用于交换至贴片605、来自贴片605和/或贴片605之间的信号的功能。
通过说明性而非限制性的方式，贴片605可以按照阵列来布置，如由贴片Ta-Th的说明性4×2阵列所表示的。衬底610还可以包括接口630和将贴片Ta-Th耦合到接口630的信号线620。信号线620可以包括一条或多条总线，例如每条总线用于交换相应数据、地址和/或控制信令。信号线620的特定数量仅仅是说明性的，并且可以根据实施特定细节而变化。虽然某些实施方式并不限制于这方面，衬底610中或衬底610上的信号线可以将贴片Ta-Th彼此串联耦合。
对于贴片Ta-Th中的任何一个给定贴片，贴片的控制逻辑可被编程用于贴片的多个操作模式。这种控制逻辑可以经由信号线620接收信号，并且作为响应，配置一个这种操作模式以用于选择性地激活对应于该模式的贴片的换能器元件。这种换能器元件的选择性激活可导致图像信息的产生，贴片将经由信号线620传输图像信息。
在实施方式中，贴片Ta-Th中的一些或全部可以被不同地预编程，以各自响应于经由接口630接收的信令指示的相同触发事件来配置不同的相应操作模式。例如，贴片Ta和Tb可以具有相似几何形状和大小的换能器元件的阵列。然而，公共触发事件可以使贴片Ta和Tb选择例如在位置、几何形状、数量等方面不同的相应换能器元件。可选择地或另外地，贴片Ta和Tb可以选择用于不同类型的激活的换能器元件，例如，以不同的驱动电压、开始时间、持续时间、频率等来表征。
图7阐释了根据实施方式的用于传达超声图像信息的系统的元件。图7的系统包括设备700，其例如在某些方面可以与设备600相似。更具体地，设备700可以包括提供对应于贴片Ta-Th的功能的多个贴片T0-T7。多个贴片T0-T7可以各自耦合到柔性衬底710，柔性衬底710具有布置在其中或其上的信号线715，信号线715不同地提供用于贴片T0-T7与通过其从设备700发送图像信息的接口720之间的通信。在图7的说明性实施方式中，贴片T0-T7中每一者独立于贴片T0-T7中的任何其它贴片耦合到接口720。
远程系统(未示出)与设备700经由接口720(或类似地，经由接口630与设备600)的信号的交换可以通过由可编程兼容性电路提供的附加信号处理功能来促进。这种电路的一个示例由说明性兼容性电路730来表示。在一个实施方式中，兼容性电路730包括诸如PGA(例如FPGA)的可编程性的功能，以适应特定类型的远程系统的操作，该远程系统将操作设备700并且处理从设备700和/或放大器734接收的结果图像信息。
例如，兼容性电路730可以是可编程的或以其他方式配置成对从远程系统接收到的(或将被发送到远程系统的)各种控制、数据和/或其他信号中的任何信号进行不同地传递、重新排序、延迟、丢弃、结合、转换或其它处理。通过说明性而非限制性的方式，兼容性电路730可以是可编程的，以实施传送检测器740以监听例如在兼容性电路730的总线738处接收的控制信号和/或数据信号。传送检测器740可以操作以识别在总线738上的某些活动，作为指示由贴片T0-T7的选择换能器元件不同地执行的传送/接收周期的机会(或需要)。作为响应，传送检测器740可以经由接口720向信号线715发送信号发射Tx波束742，其例如功能上对应于信号发射Tx波束428。可选择地或另外地，兼容性电路730可以被配置成传递或以其他方式提供信号下一Rx波束750，其例如对应于信号下一Tx波束424。根据不同的实施方式，兼容性电路730可以提供各种附加或替代的信号处理中的任意一者，用于设备700的操作。
响应于这种控制信号，贴片T0-T7可以不同地操作以生成表示图像信息的信号。这种信号可以经由信号线715和接口720被发送到兼容性电路730，以用于额外处理，以准备将图像信息传达到远程系统。例如，数据信号732可以被提供给低噪声放大器734，以便改进到远程系统的传输，例如经由总线738。虽然某些实施例并不限制于这方面，兼容性电路730可以被编程或以其它方式配置以提供HV保护电路736，HV保护电路736例如提供设备700免受远程系统的相对高的电压的影响的至少部分保护。
各种实施方式包括用于生成图像信息的方法，例如利用贴片300、贴片400、设备600、系统700等中的一者。所述方法可以包括在包括如于此描述的各种贴片中的任何贴片的设备处接收信号，例如，其中所述设备为一种这样的贴片或包括布置在柔性基底上的多种贴片。信号可以在一个或多个这种贴片被编程具有该贴片的各自的多个操作模式之后被接收，例如其中贴片被编程具有操作模式序列。响应于所接收到的信号，所述方法可以配置贴片的一个或多个操作模式。例如，设备的贴片可以根据预编程的序列连续地配置操作模式。可选择地或另外，设备的多个贴片的每一个可以配置各自的操作模式。
在实施方式中，所述方法包括分别根据配置的一个或多个贴片的操作模式的驱动/感测操作。通过说明性而非限制性的方式，所述方法可以包括，针对一个或多个这种贴片的每一者，激活贴片的多个压电换能器元件的子集。所述激活可以导致压电换能器元件的一个这种子集生成图像信息。在实施方式中，所述方法还包括贴片解复用所生成的图像信息以用于从该贴片进行传输。这种解复用可以是基于贴片的相应操作模式的配置的。所述方法可以不同地执行多个这种驱动/感测操作，例如包括执行驱动/感测操作中的每一者以用于贴片的连续操作模式、和/或用于设备的不同相应贴片的驱动/感测操作的方法。
图8A阐述了根据实施方式的包括布置在柔性衬底上的多个贴片的探测器设备800的示例。图8B示出探测器设备800的横截面视图。如图8A所示，探测器设备800可以包括具有末端830的主体部分840，其中沿着主体部分840的长度形成弯曲侧。探测器设备800的多个贴片805可以沿着主体部分840的这种弯曲侧而不同地设置，以及在实施方式中可以远离主体部分840不同地放射状地朝向。因此，贴片805的换能器膜结构可以被不同地操作以在其相应贴片朝向的方向各自发送压力波。贴片805中的一些或所有例如可以各自具有贴片300的一个或多个特征。
虽然某些实施方式并不限制于这方面，贴片805的每一者可以被耦合至柔性衬底810，柔性衬底810例如具有衬底610(或衬底710)的一些或所有特征。例如，贴片805可以按照阵列布置在衬底810上，如针对探测器800所示的说明性8×2阵列所表示的。衬底810可以符合且耦合至主体部分840的弯曲侧。在一个实施方式中，衬底810围绕主体部分840的圆周(或其它周界)延伸。
衬底810可以具有布置在其中或其上的信号线，如说明性信号线815所表示的，以用于将贴片805不同地彼此耦合和/或不同地耦合至用于衬底810的接口(未示出)以交换控制、数据和/或其它信号。例如，这种接口可以提供衬底810和一个或多个互连件850之间的信号交换，所述互连件850将探测器设备耦合至一些远程系统(未示出)。在一个实施方式中，这种交换是经由兼容性电路(未示出)进行的，该兼容性电路例如可以位于末端830中。兼容性电路可以是可编程的以提供用于探测器设备800和特定类型远程系统之间的通信的信号处理。
如图8B所示，贴片805的换能器元件的选择性激活可以使得探测器设备800生成各种不同的任何传播超声波。例如，各种换能器元件可以顺着沿着主体部分840的长度方向(于此称为“标高(elevation)”)延伸的线来激活。这种激活可以促进图像信息的生成，图像信息表示沿着标高方向的图像切片。如视图870所示，不同的换能器元件的分组可以随时间被连续地激活以提供沿着主体部分840的标高和/或围绕主体部分840的边缘(或“方位角”)的这种切片的运动。
可选择地或另外，换能器元件可以沿着主体部分840的边缘被激活以促进其它图像信息的生成，该其他图像信息表示围绕边缘的至少一部分的图像切片。在实施方式中，换能器元件的范围可以针对特殊视场(FOV)的选择，如说明性的90°FOV 860和180°FOV 865所不同的表示的。如视图872所示，换能器元件的不同分组可以随时间被连续地激活以提供沿着标高和/或围绕主体部分840的边缘的方位角切片的运动。
在一些实施方式中，贴片805的换能器元件的激活可以不仅仅关于时间而变化，而且可以关于电压、持续时间、和/或频率等等而变化。基于这种变化，贴片805中的多个贴片可以运行一致以实施弯曲的线性相控阵列或平面相控阵列。在由图8B所表示的示例中，90°FOV 860和180°FOV 865的每一者基于它们的各种方位角位置由相应梯度来不同地表征。这种梯度可以是针对幅度、频率、持续时间、延迟或由贴片805生成的传播波的其它特征。如视图874所示，换能器元件的不同分组可以随时间被连续地激活以提供沿着标高和/或围绕主体部分840的边缘的相控阵列的运动。
换能器元件的不同分组的选择性激活可以提供对锥形体积的成像，例如包括说明性的楔形体积876，其延伸作为来自探测器的表面投影。将被成像的体积和/或针对体积将被执行的成像类型可以通过连续地重新配置换能器元件是否和/或如何在主体部分840的某些区域处激活来改变。例如，沿着标高和/或围绕主体部分840的边缘的相位阵列的运动可以导致成像体积876沿着或围绕主体部分840的相应运动。
对于某些应用，探测器设备可以包括基底结构，该基底结构围绕探测器设备的急转弯曲表面(tightly curved surface)被不同地设置，其中这种基底结构每一个均支持相应的多个换能器元件。然而，针对每一个这种基底结构，用于支持相应的换能器元件的基底结构的表面可以相对平坦，例如，与基底放置于其上的表面的曲率半径(ROC)相比。这些平坦换能器元件的不同方位可能不利于波束引导或介质中光滑弯曲波的传播。
例如，图9A示出包括围绕主体部分910不同布置的贴片905的探测器设备900的横截面视图。例如，贴片905可以经由诸如衬底610的柔性衬底(未示出)被耦合至主体部分910，虽然某些实施方式并不限制于这方面。在探测器设备900的横截面中，贴片905的相应朝外表面上的换能器元件(未示出)可以符合多边形的几何结构或其它的分段连续的几何结构。然而，对于从诸如探测器设备900的设备的传播来说，通常需要圆形、椭圆或其它平滑弯曲波前。
为了促进较为平滑的波的传播，某些实施方式提供一个或多个曲面透镜结构，所述曲面透镜结构每一个围绕换能器元件的相应平面阵列或在换能器元件的相应平面阵列上被不同的布置。通过说明性而非限制性的方式，探测器设备900还包括围绕主体部分910设置的多个贴片905的每一者的相应凸透镜部分(LP)920。对于LP 920的一些或所有，LP920的横截轮廓可以至少部分符合半圆形、半椭圆形、抛物线形或其它弯曲形状。
LP 920的形状可以给应用带来便利，其中通过LP 920超声波的速度Clens大于通过环绕、邻近或其它接近于LP 920的媒介的超声波的速度Cmedia。例如，在邻接媒介主要包括水(如在不同的医疗诊断应用中)的情况下，LP 920可以包括诸如来自艾默生(Emerson&Cuming)1090SI的各种环氧树脂封装材料中的任何环氧树脂封装材料。然而，任何各种可选择的材料可以根据实施特定细节而被用于形成LP 920中的一些或所有。
如视图930所示，在来自贴片905的连续波中的每一者通过相应凸面LP 920时，这种波的边沿在它们进入具有较慢声音传播特性的媒介之后可以开始延迟。虽然某些实施方式并不限制于这方面，设备900可以还包括具有这种较慢声音传播特性的保护材料935。等到给定波离开其相应凸面LP920时，整体波前具有较为光滑弯曲(例如弧)的形状。
图9B示出了包括围绕主体部分960的急转弯曲的表面不同设置的贴片955的另一探测器设备950的横截面视图。在探测器设备950的说明性实施方式中，一个或多个凹面LP970可以每一个被围绕贴片950的相应一个贴片或在其上布置。对于LP 970的一些或所有，LP 970的横截轮廓可以至少部分地符合半圆、椭圆、抛物线或其它弯曲的形状。LP 970的形状可以为应用提供便利，其中LP 970的Clens小于环绕、邻近或其它接近LP 970的媒介的Cmedia。例如，在邻接媒介主要包括水的情况下，LP 920可以包括各种类型的室温硫化(RTV)硅橡胶的任何类型。然而，各种可选择材料中的任何材料可以根据实施特定细节被用于形成LP 920的一些或所有。
如视图980所示，在来自贴片955的连续波中的每一者传播通过相应凹面LP 970时，这种波的中间可以在它们进入具有较快声音传播特性的媒介之后开始引导波的边沿。虽然某些实施方式并不限制于这方面，设备950可以还包括具有这种较快声音传播特性的保护材料。等到给定波离开其相应凹面LP 970时，整体波前具有较为光滑的弯曲形状。
图10是根据实施方式的采用换能器设备的超声换能器设备1000的功能块图。在示例性实施方式中，超声换能器设备1000用于生成和感测诸如水、组织物质等介质中的压力波。超声换能器设备1000具有许多应用，在这些应用中对介质或媒介中内部结构变化的成像是感兴趣的，诸如在医疗诊断、产品缺陷检测等中。设备1000包括至少一个贴片1016(以及，在实施方式中，柔性衬底和/或透镜结构)，该贴片可以包括本文其它地方描述的结构和机制。在示例性实施方式中，贴片1016位于手柄部分1014中，该手柄部分1014可以由机械装置或设备1000的用户来操作以按照期望改变贴片1016的有效表面的朝向和位置(例如，朝向将被成像的(一个或多个)区域)。电子连接器1020将贴片1016的驱动/感测电极电耦合至手柄部分1014外部的通信接口。
在实施方式中，设备1000至少包括至少一个信号生成器，该信号生成器可以是本领域任何已知的能够用于这种目的的信号生成器，其被耦合至贴片1016，例如通过电连接器1020的方式。信号生成器用于提供电信号以指示用于驱动不同驱动/感测电极的触发事件。在实施方式中，一个或多个信号生成器每一个包括解串行器1004以解串行化控制信号，解串行化的控制信号然后由解复用器1006解复用。示例性信号生成器还包括数模转换器(DAC)1008以将数字控制信号转换为用于触发贴片1016中各个换能器元件的激活的信号。相应时间延迟可以通过可编程的时间延迟控制器1010添加至各个驱动电压信号以进行波束引导、创建期望的波束形状、焦点和方向等。pMUT信道连接器1020和信号发生器之间的耦合是切换网络1012以使贴片1016在驱动和感测模式之间切换。
在实施方式中，设备1000包括至少一个信号接收器，该信号接收器可以是本领域任何已知的能够用于这种目的的信号接收器，其被耦合至贴片1016，例如通过电连接器1020的方式。一个或多个)该信号接收器用于采集来自贴片1016中每个驱动/感测电极信道的电响应信号。在信号接收器的一个示例性实施方式中，模数转换器(ADC)1014用于接收电压信号并将它们转换成数字信号。数字信号然后可以被存储至存储器(未描绘)或者首先被传递至信号处理器。示例性信号处理器包括数字压缩单元1026以压缩数字信号。多路复用器1028和串行器1002还可以将所接收到的信号中继至存储器、其它存储设备或下游处理器之前对其进行处理，下游处理器是诸如用于基于所接收到的信号生成图形显示的图像处理器。
于此描述了操作压电换能器设备的技术和架构。在上述说明中，出于解释的目的，许多特定细节被陈述以便提供对某些实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说将理解的是，某些实施方式可以在不具有这些特定细节的情况下被实施。在其它情景中，以框图形式示出了结构和设备以便避免模糊说明。
说明书中对于“一种实施方式”或“实施方式”的参考意味着结合该实施方式描述的特殊特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。在说明书中不同地方出现的术语“在一种实施方式中”并不必都指的是相同实施方式。
于此详细的描述的某些部分通过对计算机存储器内数据比特进行操作的算法和符号表现而被呈现。这些算法描述和表现是计算领域技术人员用于将他们工作的内容最有效地表达给本领域其它技术人员的手段。在这里及通常，算法被构想以成为获得期望结果的有条理的步骤。所述步骤为那些需要对物理量进行物理操作的步骤。通常但不是必须的，这些量采用能够被存储、转移、结合、比较及其它操作电信号或磁信号的形式。主要由于共同使用的原因，已经证明将这些信号称为比特、值、元素、符号、特性、项或数字等等有时是便利的。
然而，应该牢牢记住这些及类似术语的全部与适当的物理量相关联并且仅仅是应用于这些量的方便标签。除非特别地陈述否则如于此论述所呈现的，将理解的是，贯穿整个说明书，利用诸如“处理”或“计算”或“运算”或“确定”或“显示”等术语的论述指的是计算系统或类似电子计算设备的动作和处理，其将计算机系统的寄存器和存储器内物理(电子)量所表示的数据操作和转换成计算机系统存储器或寄存器或其它这种信息存储、传输或显示设备内的物理量类似表示的其它数据。
某些实施方式也涉及用于于此执行操作的设备。该设备可以为了需要的目的而被专门构造，或者其可以包括计算机中存储的计算机程序选择性激活或重新配置的通用计算机。这种计算机程序可以被存储在计算机可读存储介质，诸如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘、只读存储器(ROM)、随机接入存储器(RAM)(诸如动态RAM(DRAM)、EPROM、EEPROM)、磁或光卡、或者任何类型的适用于存储电子指令并耦合至计算机系统总线的媒介。
于此呈现的算法和显示并不固定涉及任何特殊计算机或其它装置。各种通用系统可以根据于此所教示的与程序使用，或者其可以证明对构造用于执行需要的方法步骤的更加专业的装置是便利的。通过于此的说明，各种这些系统的需要结构是很显然的。此外，某些实施方式并不是参考任何特殊编程语言来描述的。应该理解的是，各种编程语言可以被用于实施于此描述的这种实施方式的教示。
除了于此所描述的内容，在不背离其范围的情况下，可以对公开的实施方式和其实施进行各种修改。因此，于此的阐述和示例应该被视为说明性的，并且是非限制性的。本发明的范围应该参考随附权利要求来唯一地判断。

Claims (21)

1.一种用于在介质中生成压力波的设备，该设备包括：
多个压电换能器元件；以及
基底，用于将所述多个压电换能器元件支撑在所述基底的第一表面上，所述基底包括集成电路，该集成电路包括：
控制逻辑，在所述控制逻辑针对所述设备的操作模式的序列被编程后，对所述设备所接收到的信号作出响应，以根据所述序列连续地配置所述操作模式；
脉冲逻辑，其中针对所述序列的每个操作模式，所述脉冲逻辑基于所述控制逻辑的所述操作模式的配置，激活所述多个压电换能器元件中对应于所述操作模式选择的子集；以及
解复用逻辑，其中针对所述序列的每个操作模式，所述解复用逻辑基于所述多个压电换能器元件中对应于所述操作模式的子集的激活，接收相应图像信息，并基于所述控制逻辑的所述操作模式的配置，将所述相应图像信息解复用至用于第一信号线以从所述设备进行传输；
其中，所述设备的第一电压域包括所述脉冲逻辑并且所述设备的第二电压域包括所述解复用逻辑，所述设备还包括保护所述第二电压域免受所述第一电压域的第一电压的影响的电路。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述操作模式的序列包括对应于所述多个压电换能器元件的第一子集的第一操作模式，以及其中所述控制逻辑根据所述序列连续地配置所述操作模式包括所述控制逻辑独立于在所述序列期间所述设备接收的任何明确指定所述多个压电换能器元件的第一子集的信息来配置所述第一操作模式。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述控制逻辑根据所述序列连续地配置所述操作模式独立于在所述序列期间所述设备接收的任何明确指定所述多个压电换能器元件的任何子集的信息。
4.根据权利要求1所述的设备，所述集成电路还包括：
定时器逻辑，从所述控制逻辑接收所述序列的第一操作模式的第一指示以及所述第一指示之后所述序列的第二操作模式的第二指示；
其中，所述定时器逻辑响应于所述第二指示从向所述脉冲逻辑用信号通知所述多个压电换能器元件的第一子集的选择转换成向所述脉冲逻辑用信号通知所述多个压电换能器元件的第二子集的选择。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述第二电压域包括所述定时器逻辑。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制逻辑包括用于在所述操作模式的序列中进行转换的状态机。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制逻辑包括存储指定所述操作模式的序列的数据。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制逻辑可重新编程以实施其它操作模式的序列。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制逻辑根据所述序列连续地配置所述操作模式以模拟压电换能器元件的阵列的旋转运动。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述控制逻辑连续地配置所述操作模式以使得所述压电换能器元件按照相控阵列操作。
11.一种方法，所述方法包括：
在设备处接收信号，所述设备包括：
多个压电换能器元件；以及
基底，用于将所述多个压电换能器元件支撑在所述基底的第一表面上，所述基底包括控制逻辑、脉冲逻辑和解复用逻辑；
其中，在所述控制逻辑被编程以具有所述设备的操作模式的序列之后，所述设备接收所述信号；
响应于所述信号，根据所述序列连续地配置操作模式；
针对连续配置的操作模式中的每一者：
激活所述多个压电换能器元件中对应于所述操作模式的子集，该激活所述子集是利用所述脉冲逻辑基于所述操作模式的配置的；
利用所述解复用逻辑，基于所述多个压电换能器元件中对应于所述操作模式的子集的激活，接收相应图像信息，并基于所述操作模式的配置，将所述相应图像信息解复用至第一信号线以用于从所述设备进行传输；
其中，所述设备的第一电压域包括所述脉冲逻辑并且所述设备的第二电压域包括所述解复用逻辑，所述设备还包括保护所述第二电压域免受所述第一电压域的第一电压的影响的电路。
12.根据权利要求11所述的方法，该方法还包括编程所述控制逻辑以具有所述设备的操作模式的序列。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述操作模式的序列包括对应于所述多个压电换能器元件的第一子集的第一操作模式，以及其中根据所述序列连续地配置所述操作模式包括独立于在所述序列期间所述设备接收的任何明确指定所述多个压电换能器元件的第一子集的信息来配置所述第一操作模式。
14.根据权利要求13所述的方法，其中根据所述序列连续地配置所述操作模式是独立于在所述序列期间所述设备接收的任何明确指定所述多个压电换能器元件的任何子集的信息的。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制逻辑包括用于在所述操作模式的序列中进行转换的状态机。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制逻辑包括存储指定所述操作模式的序列的数据。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制逻辑可重新编程以实施其它操作模式的序列。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制逻辑根据所述序列连续地配置所述操作模式以模拟压电换能器元件的阵列的旋转运动。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述控制逻辑连续地配置所述操作模式以使得所述压电换能器元件按照相控阵列操作。
20.一种用于在介质中生成和感测压力波的系统，所述系统包括：
权利要求1至5中任一权利要求所述的设备；
接收装置，耦合至所述设备以从所述多个压电换能器元件接收电响应信号；以及
信号处理装置，耦合至所述接收装置以处理从所述多个压电换能器元件接收的所述电响应信号。
21.根据权利要求20所述的系统，该系统还包括探测器，该探测器包括弯曲表面，其中所述设备被布置在所述弯曲表面上，所述探测器对接近所述弯曲表面的锥形体积成像。
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