CN112545557A - 超声探头扩展电路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超声探头扩展电路系统,包括用于与终端设备USB Type‑C接口中USB2.0信号连接的USB HUB,USB HUB将USB2.0信号扩展为多路USB2.0信号;USB HUB的另一端与所述第二端口藕接,将多路USB2.0信号传输至多个扩展接口。本发明提供的超声探头扩展电路系统,一方面,使终端设备能够连接识别多个不同探头,另一方面,实现了在不增加终端设备输出电流的情况下,就能够识别多个非激活状态下的探头,并且实现了非激活探头不带电,降低了非激活探头的发热量以及其对终端设备功耗的需求。
Description
技术领域
本发明涉及超声探头技术领域,尤其涉及一种超声探头扩展电路系统。
背景技术
随着模拟和数字集成电路芯片技术的发展,使得超声医学影像设备中数字化超声探头替代传统模拟超声探头成为可能。目前的掌上超声设备便是一种数字超声探头,其内部集成了超声换能器、超声发射接收电路、超声数字信号处理电路、数字传输接口(USB或者WIFI)和电源模块等。掌上超声通过数字传输接口(USB或者WIFI)和终端设备(一般是智能手机、平板或者PC笔记本电脑)进行互联和超声数据传输,终端设备利用其CPU和GPU进行超声数据的后处理并通过显示屏提供最终的用户界面和超声医学图像供医生诊断。
超声探头是一种数字探头,和传统的模拟超声探头区别在于其内部集成了传统超声医学影像设备主机内的大部分功能电路。超声探头和终端设备传输的信号为超声数字信号,传统的模拟超声探头和超声主机之间传输的是模拟发射激励信号和模拟回波信号。为了提高诊断效率,避免频繁插拔和更换不同探头,传统超声设备多配备有多个探头插口分别连接不同探头。不同探头应用于人体不同部位的检查(比如线阵一般用于颈动脉和甲状腺等器官的检查,凸阵一般用于腹部肾脏和肝脏等器官的检查,相控阵一般用于心脏的检查),并设计有不同的探头识别码。主机自动识别探头识别码,医生可以通过主机软件界面在不同探头之间自由切换,以应对病人身体各个部位的检查需求。
超声探头通过USB连接线连接至终端设备,一个终端设备一般只有一个USB接口。并且由于超声探头在如此小巧的机身内部集成了传统超声主机大部分功能电路,其功耗和发热都会比传统的模拟超声探头大得多。多个超声探头通过USB扩展电路连接至终端设备,需要确保终端既能识别不同探头,又能最大限度的降低非激活探头的发热量和其对终端设备功耗的需求。如果通过USB协议的方案来识别探头码,那么必须要给超声探头内部的相关电路供电。这样既增加了终端设备USB接口的输出电流(商用终端设备的电流输出能力往往有限,一般最大为5V/1.5A,超过此规格会导致终端设备工作不可靠),又带来了非激活超声探头持续发热的问题。
发明内容
本发明的目的在于公开一种超声探头扩展电路系统,一方面,使终端设备能够连接识别多个不同探头,另一方面,实现在不增加终端设备输出电流的情况下,就能够识别多个非激活状态下的探头,并且实现非激活探头不带电,降低非激活探头的发热量以及其对终端设备功耗的需求。
为实现上述目的,本发明提供了一种超声探头扩展电路系统,包括:
第一端口,所述第一端口用于与终端设备的USB Type-C接口连接,;
第二端口,所述第二端口设有多个扩展接口,用于连接多个超声探头;
调整单元,用于在所述第一端口与所述USB Type-C接口连接时,将所述USB Type-C接口中的电压调整至与所述超声探头扩展电路系统匹配的工作电压;
USB HUB,所述USB HUB的一端与所述第一端口藕接,将所述USB Type-C接口中的USB2.0信号扩展为多路USB2.0信号,所述USB HUB的另一端与所述第二端口藕接,将所述多路USB2.0信号传输至所述多个扩展接口;
第一控制单元,用于控制所述多个扩展接口的通电状态;
第二控制单元,用于读取所述多个扩展接口上的探头信号,且控制所述第一控制单元与所述USB HUB,以控制所述超声探头的工作状态。
进一步地,所述探头信号至少包括探头在位信号与探头识别码信号。
进一步地,所述第二控制单元通过读取每个所述扩展接口上的配置通道信号CC获取所述探头在位信号,以判断所述超声探头是否在位。
进一步地,所述探头识别码信号通过将所述多个扩展接口上的USB 3.0信号进行上拉进行获得,以使得所述第二控制单元识别所述超声探头的类别。
进一步地,所述调整单元配置成通过下拉电阻将所述终端设备的USB Type-C接口中的配置通道CC下拉,以使得所述终端设备将所述超声探头扩展电路系统作为UFP设备并向所述超声探头扩展电路系统供电。
进一步地,所述调整单元配置成通过线性稳压器LDO将所述终端设备的USB Type-C接口中VBUS电压转换至所述第二控制单元与所述USB HUB匹配的工作电压。
进一步地,所述第一控制单元配置为多个MOSFET电源开关,所述MOSFET电源开关与所述扩展接口的数量相等且一一对应。
进一步地,所述第二控制单元为配置为在未检测到所述探头在位信号时,控制所述USB HUB关闭其对应的所述扩展接口对应的USB物理层。
进一步地,所述第二控制单元为配置为在预设时间内未检测到所述探头在位信号,控制所述USB HUB关闭其对应的所述扩展接口对应的USB物理层。
进一步地,所述第二控制单元为MCU。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明提供的超声探头扩展电路系统,一方面,通过USB HUB将USB Type-C接口中的USB2.0信号扩展为多路USB2.0信号,使得本发明的超声探头扩展电路系统能够同时使用识别多个超声探头。另一方面,本发明的调整单元能够在第一端口与USB Type-C接口连接时,将USB Type-C接口中的电压调整至与超声探头扩展电路系统匹配的工作电压,并通过第二控制单元读取多个扩展接口上的探头信号,且控制第一控制单元与USB HUB,以控制超声探头的工作状态,最终实现了在不增加终端设备输出电流的情况下,就能够识别多个非激活状态下的超声探头,并且实现了非激活超声探头不带电,降低了非激活超声探头的发热量以及其对终端设备功耗的需求。
附图说明
图1为本发明一实施例的超声探头扩展电路系统的结构示意图;
图2为本发明另一实施例的超声探头扩展电路系统的结构示意图;
图3为标准USB3.0 Type-C接口定义;
图4为本发明USB3.0 Type-C接口自定义。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明,但应当说明的是,这些实施方式并非对本发明的限制,本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代,均属于本发明的保护范围之内。
本文中使用的术语“单元”意指但不限于执行特定任务的软件或硬件组件,诸如现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)或处理器,例如CPU、GPU。单元可以有利地被配置为驻留在可寻址存储介质中并且配置为在一个或多个处理器上执行。因此,作为示例,单元可以包括组件(诸如软件组件、面向对象软件组件、类组件和任务组件)、进程、函数、属性、过程、子例行程序、程序代码段、驱动程序、固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。
如图1所示,本发明的超声探头扩展电路系统,包括第一端口、第二端口、调整单元、USB HUB、第一控制单元以及第二控制单元。USB HUB,指的是一种可以将一个USB接口扩展为多个,并可以使这些接口同时使用的装置。USB HUB根据所属USB协议可分为USB2.0HUB、USB3.0 HUB与USB3.1HUB。
第一端口用于与终端设备的USB Type-C接口连接;第二端口设有多个扩展接口,用于连接多个超声探头;调整单元用于在第一端口与USB Type-C接口连接时,将USB Type-C接口中的电压调整至与超声探头扩展电路系统匹配的工作电压;USB HUB的一端与第一端口藕接,将USB Type-C接口中的USB2.0信号扩展为多路USB2.0信号,USB HUB的另一端与第二端口藕接,将多路USB2.0信号传输至多个扩展接口;第一控制单元用于控制多个扩展接口的通电状态;第二控制单元,用于读取多个扩展接口上的探头信号,且控制第一控制单元与USB HUB,以控制超声探头的工作状态。
本发明提供的超声探头扩展电路系统,一方面,通过USB HUB将USB Type-C接口中的USB2.0信号扩展为多路USB2.0信号,使得本发明的超声探头扩展电路系统能够同时使用识别多个超声探头。另一方面,本发明的调整单元能够在第一端口与USB Type-C接口连接时,将USB Type-C接口中的电压调整至与超声探头扩展电路系统匹配的工作电压,并通过第二控制单元读取多个扩展接口上的探头信号,且控制第一控制单元与USB HUB,以控制超声探头的工作状态,最终实现了在不增加终端设备输出电流的情况下,就能够识别多个非激活状态下的超声探头,并且实现了非激活超声探头不带电,降低了非激活超声探头的发热量以及其对终端设备功耗的需求。
在一实施例中,本发明的探头信号至少包括探头在位信号与探头识别码信号。第二控制单元通过读取每个扩展接口上的配置通道信号CC(CC即Configuration Channel)获取探头在位信号,以判断超声探头是否在位,第二控制单元为MCU。探头识别码信号通过将多个扩展接口上的USB 3.0信号进行上拉进行获得,以使得第二控制单元识别超声探头的类别。如图2所示,USB HUB的一端与第一端口藕接,将USB Type-C接口中的USB2.0信号扩展为四路USB2.0信号,USB HUB的另一端与第二端口藕接,将多路USB2.0信号传输至四个扩展接口,每一路USB2.0信号对应一个扩展接口。四个扩展接口(USB Type-C接口A/B/C/D)。将USB Type-C接口A/B/C/D上的USB3.0信号上拉,分别自定义为四位探头识别码ID1/ID2/ID3/ID4。现有的超声探头如果直接连接到扩展接口后,需要给超声探头的电路板上的FPGA通电,系统才能识别超声探头,增加了超声探头功耗,本实施例中,通过上拉自定义探头识别码,不需要给FPGA供电,第二控制单元通过USB3.0即可识别超声探头的类别。如果通过USB协议的方案来识别探头在位信号和探头识别码信号,那么必须要给超声探头内部的相关电路供电。这样既增加了终端设备USB接口的输出电流(商用终端设备的电流输出能力往往有限,一般最大为5V/1.5A,超过此规格会导致终端设备工作不可靠),又带来了非激活超声探头持续发热的问题。
在一实施例中,调整单元配置成通过下拉电阻将终端设备的USB Type-C接口中的配置通道CC下拉,以使得终端设备将超声探头扩展电路系统作为UFP((Upstream FacingPort,面向上行端口)设备并向超声探头扩展电路系统供电。优选地,下拉电阻为5.1K,调整单元配置成通过线性稳压器LDO(Low Dropout regulator)将终端设备的USB Type-C接口中VBUS电压转换至第二控制单元与USB HUB匹配的工作电压。第一控制单元配置为多个MOSFET电源开关,MOSFET电源开关与扩展接口的数量相等且一一对应。第二控制单元为配置为在未检测到探头在位信号时,控制USB HUB关闭其对应的扩展接口对应的USB物理层。第二控制单元为配置为在预设时间内未检测到探头在位信号,控制USB HUB关闭其对应的扩展接口对应的USB物理层,以省电降低功耗。
终端设备USB Type-C接口中的其他信号如USB3.0信号和SUB信号未使用。所述终端设备为智能手机或平板或者PC笔记本电脑,所述扩展电路系统和终端设备中的超声软件连接。
需要说明的是,本发明保护范围不局限于仅扩展四路超声探头的自定义USBType-C接口,只需要采用更多路数的USB HUB以及增加MOSFET开关的数量,同样的原理即可增加扩展大于4路的扩展接口数量。
如图3和4所示,将四个扩展接口(USB Type-C接口A/B/C/D)中USB3.0信号TX1P/TX1N/RX1P/RX1N和TX2P/TX2N/RX2P/RX2N均上拉,均分别自定义为ID1/ID2/ID3/ID4四位探头识别码。将CC1和CC2的定义合并为配置通道信号CC,作为超声探头的探头在位信号。这是USB Type-C里新增的关键通道,它的作用有检测正反插,检测USB连接、识别可以提供多大的电压和电流,USB设备间数据与VBUS的连接建立与管理。探头识别码信息由第二控制单元进行读取,总共Ox00-OxFF 16种状态代表16种不同的超声探头。SUB1和SUB2悬空NC。
该超声探头扩展电路系统工作原理如下:
USB HUB连上终端设备后,第二控制单元(MCU)上电,第二控制单元分别通过多个扩展接口上的配置通道信号CC读取超声探头的探头在位信号,以判断超声探头是否在位。再通过探头识别码信号读取超声探头种类,存放于指定存储器中,存储器可以包括易失性存储器(英文:volatile memory),例如随机存取存储器(英文:random-access memory,缩写:RAM);存储器也可以包括非易失性存储器(英文:non-volatile memory),例如快闪存储器(英文:flash memory),硬盘(英文:hard disk drive,缩写:HDD)或固态硬盘(英文:solid-state drive,缩写:SSD);存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。实现了在不增加终端设备输出电流的情况下,就能够识别多个非激活状态下的超声探头。
第二控制单元(MCU)上电时,默认第二控制单元(MCU)控制USB HUB和第一控制单元(MOSFET电源开关)均关闭,待超声软件中激活对应的超声探头之后,透过USB HUB通知第二控制单元(MCU),第二控制单元(MCU)控制USB HUB和第一控制单元(MOSFET电源开关)打开对应的扩展接口,实现了非激活超声探头不带电,降低了非激活超声探头的发热量以及其对终端设备功耗的需求。
超声探头有任何插拔动作,第二控制单元(MCU)通过配置通道CC产生中断信号,第二控制单元(MCU)重新读取超声探头的探头信号,探头信号至少包括探头在位信号与探头识别码信号,并更新超声探头状态和种类。终端设备可以通过USB HID(Universal SerialBus-Human Interface Device直接与人交互的设备)重新读取探头识别码信号,在超声软件界面中更新超声探头状态和种类。超声探头未接上时,控制USB HUB关闭其对应的扩展接口对应的USB物理层。USB物理层负责最底层的信号转换,作用类似于网口的PHY。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种超声探头扩展电路系统,其特征在于,包括:
第一端口,所述第一端口用于与终端设备的USB Type-C接口连接;
第二端口,所述第二端口设有多个扩展接口,用于连接多个超声探头;
调整单元,用于在所述第一端口与所述USB Type-C接口连接时,将所述USB Type-C接口中的电压调整至与所述超声探头扩展电路系统匹配的工作电压;
USB HUB,所述USB HUB的一端与所述第一端口藕接,将所述USB Type-C接口中的USB2.0信号扩展为多路USB2.0信号,所述USB HUB的另一端与所述第二端口藕接,将所述多路USB2.0信号传输至所述多个扩展接口;
第一控制单元,用于控制所述多个扩展接口的通电状态;
第二控制单元,用于读取所述多个扩展接口上的探头信号,且控制所述第一控制单元与所述USB HUB,以控制所述超声探头的工作状态。
2.根据权利要求1所述的超声探头扩展电路系统,其特征在于,所述探头信号至少包括探头在位信号与探头识别码信号。
3.根据权利要求2所述的超声探头扩展电路系统,其特征在于,所述第二控制单元通过读取每个所述扩展接口上的配置通道信号CC获取所述探头在位信号,以判断所述超声探头是否在位。
4.根据权利要求2所述的超声探头扩展电路系统,其特征在于,所述探头识别码信号通过将所述多个扩展接口上的USB 3.0信号进行上拉进行获得,以使得所述第二控制单元识别所述超声探头的类别。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的超声探头扩展电路系统,其特征在于,所述调整单元配置成通过下拉电阻将所述终端设备的USB Type-C接口中的配置通道CC下拉,以使得所述终端设备将所述超声探头扩展电路系统作为UFP设备并向所述超声探头扩展电路系统供电。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的超声探头扩展电路系统,其特征在于,所述调整单元配置成通过线性稳压器LDO将所述终端设备的USB Type-C接口中VBUS电压转换至所述第二控制单元与所述USB HUB匹配的工作电压。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的超声探头扩展电路系统,其特征在于,所述第一控制单元配置为多个MOSFET电源开关,所述MOSFET电源开关与所述扩展接口的数量相等且一一对应。
8.根据权利要求2所述的超声探头扩展电路系统,其特征在于,所述第二控制单元为配置为在未检测到所述探头在位信号时,控制所述USB HUB关闭其对应的所述扩展接口对应的USB物理层。
9.根据权利要求2所述的超声探头扩展电路系统,其特征在于,所述第二控制单元为配置为在预设时间内未检测到所述探头在位信号,控制所述USB HUB关闭其对应的所述扩展接口对应的USB物理层。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的超声探头扩展电路系统,所述第二控制单元为MCU。
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