DE102005037429A1

DE102005037429A1 - Ultrasonic signal receiving device for producing fluoroscopic image, has switching group with lower groups whose intersection provides maximum switching group, where connections of lower groups are linked with one another

Info

Publication number: DE102005037429A1
Application number: DE200510037429
Authority: DE
Inventors: Ralph Dr. Oppelt
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2007-02-15

Abstract

The device has ultrasonic transducers (3) in a conducting path (1), where each transducer is a portion of a switching group with respective connections. The connection is active during request of a bias voltage. The switching group has lower groups whose intersection provides a maximum switching group. The connections of the lower groups are linked with one another, under the formation of outer connections.

Description

Empfangsvorrichtung für Ultraschallsignale mit mehreren Ultraschallwandlernreceiving device for ultrasonic signals with several ultrasonic transducers

Die Erfindung betrifft eine Empfangsvorrichtung für Ultraschallsignale mit mehreren Ultraschallwandlern.The The invention relates to a receiving device for ultrasonic signals with a plurality Ultrasonic transducers.

Solche Empfangsvorrichtungen werden verwendet, um ein Ultraschallsignal ortsaufgelöst entlang einer oder zwei Dimensionen detektieren zu können. Dies ist vor allem bei den so genannten Durchleuchtungsbildern wichtig, bei welchen auf einer Seite des aufzunehmenden Objekts ein Ultraschallsignal erzeugt und auf der anderen Seite des aufzunehmenden Objekts durch ein eindimensionales oder zweidimensionales Array von Ultraschallwandlern wieder aufgenommen wird. Dabei ist es wichtig, dass jeder einzelne messende Ultraschallwandler separat und möglichst störungsfrei ausgelesen werden kann.Such Receiving devices are used to generate an ultrasonic signal spatially resolved to detect along one or two dimensions. This is especially important in the so-called fluoroscopic images, in which on one side of the object to be recorded an ultrasonic signal generated and on the other side of the object to be recorded by a one-dimensional or two-dimensional array of ultrasonic transducers is resumed. It is important that every single one measuring ultrasonic transducers are read separately and as trouble-free can.

Dazu ist es bekannt, die Ultraschallwandler beispielsweise in einem zweidimensionalen Array anzuordnen, das aus M Reihen mit jeweils N Ultraschallwandlern, also insgesamt M x N Wandlern, besteht. Diese Ultraschallwandler sind dann jeweils einzeln verdrahtet, damit sie ausgelesen werden können (siehe hierzu zum Beispiel Richard E. Davidsen und Stephen W. Smith, „Two-Dimensional Arrays for Medical Ultrasound Using Multilayer Flexible Circuit Interconnection", IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 45, No. 2, March 1998).To it is known, for example, the ultrasonic transducers in a two-dimensional Array consisting of M rows of N ultrasonic transducers, So a total of M x N converters exists. These ultrasonic transducers are then each individually wired so that they are read out can (See, for example, Richard E. Davidsen and Stephen W. Smith, "Two-Dimensional Arrays for Medical Ultrasound Using Multilayer Flexible Circuit Interconnection, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 45, No. 2, March 1998).

Diese einzelne Verkabelung der einzelnen Ultraschallwandler setzt der Größe dieser Arrays jedoch natürliche Grenzen. Außerdem ist eine extrem große Zahl von Anschlüssen, nämlich N x M Stück, erforderlich. Bei einem üblichen Array von 192 x 192 Ultraschallwandlern wären dies 36.864 Anschlüsse. Dadurch wird die Herstellung und Einsetzbarkeit dieser zweidimensionalen Arrays stark erschwert.These individual wiring of the individual ultrasonic transducers sets the Size of this Arrays, however, natural Limits. Furthermore is an extremely big one Number of connections, namely N x M pieces, required. At a usual Array of 192 x 192 ultrasonic transducers would be 36,864 ports. Thereby The production and applicability of these two-dimensional Arrays severely hampered.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute Empfangsvorrichtung für Ultraschallsignale anzugeben, die weniger Anschlüsse aufweist und es erlaubt, jeden Ultraschallwandler einzeln auszulesen.Of the Invention is therefore based on the object, a simple design Receiving device for Specify ultrasound signals that have fewer connections and allow read each ultrasonic transducer individually.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Empfangsvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder Wandler Teil einer Schaltgruppe mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss ist, die bei Anliegen einer Vorspannung aktiv und bei Nichtanliegen einer Vorspannung inaktiv ist, wobei jede der Schaltgruppen einer ersten Untergruppe und einer zweiten Untergruppe, die wenigstens eine Schaltgruppe enthält, zugeordnet ist und die Schnittmenge einer ersten und einer zweiten Untergruppe maximal eine Schaltgruppe enthält und die ersten Anschlüsse aller ersten Untergruppen unter Bildung erster äußerer Anschlüsse sowie die zweiten Anschlüsse aller zweiten Untergruppen unter Bildung zweiter äußerer Anschlüsse elektrisch miteinander verbunden sind.to solution this object is in a receiving device of the aforementioned Art provided according to the invention, that each converter is part of a switching group with a first connection and a second connection is that when biased is active and inoperative in the absence of a bias, wherein each of the switching groups of a first subgroup and a second one Subgroup containing at least one switching group assigned is and the intersection of a first and a second subgroup contains a maximum of one switching group and the first connections of all first subgroups under formation of first external connections as well the second connections all second subgroups to form second external terminals electrically connected to each other.

Neue Konzepte zur Konstruktion von Ultraschallwandlern präsentieren Wandler, die nur dann aktiv sind, wenn an sie eine gewisse Vorspannung angelegt wurde. Der bekannteste Vertreter dieser Gruppe ist der so genannte kapazitive Mikromaschinenultraschallwandler (capacitive micromachine ulrasound transducer, CMUT). Das Erfordernis einer Vorspannung wird im Rahmen der Erfindung vorteilhafterweise genutzt, um mehrere Wandler mit einer einzigen Leitung anzusteuern. Erfindungsgemäß ist jeder Wandler Teil von zwei Untergruppen, nämlich einer ersten Untergruppe und einer zweiten Untergruppe. Eine dieser Untergruppen bezieht sich auf einen äußeren Anschluss, durch den die Vorspannung angelegt wird, und die andere Gruppe bezieht sich auf das Auslesen.New Present concepts for the design of ultrasonic transducers Transducers that are only active when applied to them a certain bias voltage has been. The best known representative of this group is the so-called Capacitive micromachine ultrasonic transducers (capacitive micromachine ulrasound transducer, CMUT). The requirement of a bias voltage is in the context of the invention advantageously used to multiple transducers with a single line to control. Everyone is according to the invention Converter part of two subgroups, namely a first subgroup and a second subgroup. One of these subgroups refers on an external connection, by which the bias voltage is applied, and the other group relates on reading.

Als Beispiel sei an einen ersten äußeren Anschluss die Vorspannung angelegt. Alle Wandler, die in der zugehörigen ers ten Untergruppe enthalten sind, sind somit im Moment aktiv und können empfangen. Nun ist es aber erfindungsgemäß so, dass alle aktivierten Wandler in unterschiedlichen zweiten Untergruppen sind. Daher kann nun an den äußeren Anschlüssen der entsprechenden zweiten Untergruppen genau das Signal des aktiven Wandlers abgerufen werden, der sowohl dieser zweiten als auch der einen ersten Gruppe angehört, deren Wandler durch die Vorspannung aktiviert sind. Da in den Schnittmengen irgendeiner ersten mit irgendeiner zweiten Untergruppe niemals mehr als ein gemeinsamer Wandler vorhanden sein kann, ist es demnach möglich, jeden Wandler getrennt auszulesen. Dafür sind im Vergleich zum Stand der Technik jedoch weniger äußere Anschlüsse erforderlich. Es lässt sich eine kompaktere und einfachere Bauweise erzielen, und es müssen weniger Anschlüsse verbunden werden.When Example is to a first external connection the bias applied. All converters in the associated ers th Subgroup are included, so are currently active and can receive. But it is according to the invention that all activated transducers are in different second subgroups. Therefore, now at the outer terminals of the corresponding second subgroups exactly the signal of the active Be retrieved from the converter, both this second and the belongs to a first group, whose transducers are activated by the bias voltage. Because in the intersections any first with any second subgroup ever again as a common transducer can be present, it is therefore possible, each Read converter separately. For that are however, fewer external connections are required compared to the prior art. It leaves To achieve a more compact and simpler construction, and there must be less connections get connected.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann eine erste Untergruppe alle Wandler enthalten und die zweiten Untergruppen jeweils einen Wandler enthalten. Die Transducer können dabei in einer Reihe angeordnet sein. Damit ist ein eindimensionales Array gegeben. Hierbei ist dann immer der Wandler aktiv, an dessen Schaltgruppe über den zugehörigen zweiten äußeren Anschluss die Vorspannung angelegt ist. Alle Wandler des eindimensionalen Arrays können somit vorteilhafterweise über eine einzige Leitung ausgelesen werden.According to a first embodiment of the invention, a first subgroup may include all transducers and the second subgroups may each include a transducer. The transducers can be arranged in a row. This gives a one-dimensional array. In this case, the converter is always active, at the switching group via the associated second outer terminal, the bias voltage is applied. All converters of the one-dimensi Thus, onal arrays can advantageously be read out over a single line.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung können die Wandler in einer Rechteckmatrix angeordnet sein und die ersten Untergruppen durch die Wandler einer Reihe, die zweiten Untergruppen durch die Wandler einer Spalte gebildet werden. Die Rechteckform ist die klassische Form eines zweidimensionalen Wandlerarrays. Die ersten und zweiten Untergruppen werden durch die Reihen bzw. Spalten gebildet. Auch die Leitungen, die dann den Gruppen entsprechen, können einfach als Längs- oder Querstreifen ausgebildet werden. Mit einem solchen zweidimensionalen rechteckigen Array können nun auf einfache Art und Weise die Messsignale jedes Wandlers einzeln ausgelesen werden. Dazu wird beispielsweise an genau einer der Reihen die Vorspannung angelegt, die die Wandler dieser Reihe aktiv schaltet. Alle anderen Reihen liegen gegenüber den zweiten äußeren Anschlüssen der Spalten auf Spannung 0. Diese Wandler sind also nicht aktiv. Dementsprechend können nun über die jeweiligen zweiten äußeren Anschlüsse einzeln alle Wandler der Reihe abgefragt werden, an der die Vorspannung anliegt. Will man also einen Wandler der Reihe m und der Spalte n auslesen, wird die Vorspannung an die Reihe m angelegt, das Signal wird am zweiten äußeren Anschluss der Spalte n abgegriffen. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Array umgekehrt zu verschalten, sodass die Vorspannung an den Spalten angelegt wird und die Signale an den Zeilen abgegriffen werden.According to one second embodiment of the invention the transducers are arranged in a rectangular matrix and the first ones Subgroups through the transducers of a series, the second subgroups be formed by the transducers of a column. The rectangular shape is the classic form of a two-dimensional transducer array. The first and second subgroups are defined by the rows or columns educated. Also the wires, which then correspond to the groups, can simply as longitudinal or Cross strips are formed. With such a two-dimensional rectangular array can now in a simple way the measurement signals of each transducer read out individually become. For this purpose, for example, on exactly one of the rows, the bias created, which switches the converters of this series active. All other Rows are opposite the second outer terminals of the Columns on voltage 0. So these converters are not active. Accordingly can now over the respective second outer connections individually all transducers of the series to which the bias voltage is applied are interrogated. So if you want to read a converter of row m and column n, the bias is applied to the row m, the signal is on second outer connection the column n tapped. Of course it is also possible to Interconnect array in reverse, leaving the bias on the columns is created and the signals are tapped on the lines.

Gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Wandler auch so angeordnet sein, dass der Umriss der Anordnung angenähert einen Kreis darstellt. Bei bestimmten, rotationssymmetrischen Verteilungen der zu detektierenden Schallwellen kann eine runde Ausführung vorteilhafter sein. Dabei können auch hier die Wandler in Reihen angeordnet sein, die die ersten Untergruppen bilden.According to one third embodiment of the present invention The transducers should also be arranged so that the outline of the arrangement approximated represents a circle. For certain, rotationally symmetric distributions the sound waves to be detected can be a round execution advantageous be. It can Again, the transducers can be arranged in rows, the first Form subgroups.

Die Schaltgruppen können auf zweierlei weise konstruiert sein. Zum einen kann jede Schaltgruppe nur den Wandler umfassen, und dieser Wandler kann als ein kapazitiver Mikromaschinenultraschallwandler (CMUT) ausgebildet sein. Beim CMUT wird ein kleiner Kondensator als Wandler verwendet. Dieser umfasst eine feste Elektrode sowie als zweite Elektrode eine Membran, die durch die Schallwellen bewegt wird. Dadurch ändert sich der Abstand zwischen den beiden Kondensatorplättchen, die Kapazität verändert sich. Ist nun eine gewisse Ladung auf den Elektroden vorhanden, so bleibt diese natürlich konstant, und es tritt eine Schwankung in der Spannung auf. Dieser Fall tritt natürlich nur ein, wenn auch eine Ladung vorhanden ist, was nur der Fall ist, wenn eine Vorspannung angelegt ist. Ist nämlich keine Vorspannung angelegt, so ist die Spannung zwi schen den Kondensatorplättchen selbstverständlich unabhängig vom Abstand immer gleich 0. Dieser Effekt wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft genutzt, indem nur die Wandler aktiv sind, die auch die Vorspannung erhalten. Der CMUT eignet sich also hervorragend zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung. Näheres über CMUTs ist beispielsweise dem Artikel von Peter-Christian Eccardt, K. Niederer, T. Scheiter und C. Hierold „Surface micromachined ultrasound transducers in CMOS technology" zu entnehmen, der in „1996 IEEE Ultrasonics Symposium" auf Seite 959 veröffentlicht ist.The Switching groups can to be constructed in two ways. For one thing, every switching group only include the transducer, and this transducer can be considered a capacitive Microcomputer ultrasound transducer (CMUT) may be formed. At the CMUT a small capacitor is used as the transducer. This includes a fixed electrode and as a second electrode a membrane, the is moved by the sound waves. This will change the distance between the two capacitor plates, the capacity changed yourself. If there is a certain charge on the electrodes, so of course this remains constant, and there is a fluctuation in tension. This case occurs Naturally only one, even if there is a charge, which is just the case when a bias voltage is applied. Namely, if no bias is applied, so the voltage between tween the capacitor plate is of course independent of Distance always equal to 0. This effect is within the scope of the present Advantage of the invention in that only the transducers are active, which also receive the bias. The CMUT is so excellent for use in the receiving device according to the invention. More about CMUTs is, for example, the article by Peter-Christian Eccardt, K. Niederer, T. Scheiter and C. Hierold "Surface micromachined ultrasound transducers in CMOS technology ", the in "1996 IEEE Ultrasonics Symposium " Page 959 published is.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass je einer der ersten äußeren Anschlüsse bedarfsabhängig mit einer Vorspannungsquelle verbindbar sind. Im Falle des zweidimensionalen Arrays entspricht dies dem oben schon beschriebenen Fall, dass immer eine einzige bestimmte Reihe mit der Vorspannungsquelle verbunden wird und die anderen Reihen auf der Spannung 0 liegen. Dann sind nur die Wandler dieser Reihe aktiv und können einzeln über die entsprechenden zweiten äußeren Anschlüsse ausgelesen werden.In Another embodiment of the invention can be provided that depending on one of the first outer connections depending on demand with a bias source are connectable. In the case of the two-dimensional Arrays corresponds to the case already described above, that always a single particular row connected to the bias source and the other rows will be at voltage 0. Than are only the transducers of this series are active and can be used individually over the corresponding second outer terminals are read out become.

Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Empfangsvorrichtung ein Schieberegister umfasst, mit welchem getaktet sequentiell an jeden der ersten oder zweiten äußeren Anschlüsse eine Vorspannung anlegbar ist. Während des entsprechenden Zeitfensters kann dann immer der entsprechende Wandler ausgelesen werden. Da ein solches Schieberegister miniaturisiert hergestellt werden kann und nahe an dem Array selber platziert ist, können das Schieberegister und das Array zu einer Baueinheit zusammengefasst werden, die zum Beispiel im eindimensionalen Fall nur zwei äußere Signalanschlüsse (Takt und Empfangssignal) aufweist.It However, it can also be provided that the receiving device a Shift register, with which clocked sequentially to each the first or second outer terminals one Preload can be applied. While of the corresponding time window can then always the appropriate Transducer can be read out. Because such a shift register miniaturized can be made and placed close to the array itself, can the shift register and the array combined to form a unit For example, in the one-dimensional case, only two external signal terminals (clock and receive signal).

Vorteilhafterweise kann bei der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung eine Entkopplungsschaltgruppe zur Entkopplung von Gleichspannungs- und Wechselspannungsanteilen an allen äuße ren Anschlüssen vorgesehen sein. Damit kann das Signal von den Gleichspannungen getrennt werden. Eine solche Entkopplungsschaltgruppe kann einen Gleichstrompfad und einen Kondensator in Abzweigschaltung umfassen.advantageously, can in the receiving device according to the invention a decoupling switching group for decoupling DC and DC AC voltage components provided on all äuße ren connections be. This allows the signal to be separated from the DC voltages. A such decoupling switching group can be a DC path and a Include capacitor in branch circuit.

Vorzugsweise kann bei der erfindungsgemäßen Empfangsvorrichtung eine Einrichtung zum Empfang von Signalen eines aktiven Wandlers vorgesehen sein, die bedarfsabhängig mit einem der äußeren Anschlüsse verbindbar ist. Er ist aber zu beachten, dass selbst dann, wenn nur ein Wandler aktiv ist, letztendlich das Signal, beispielsweise im Falle von CMUTs, an einer Reihe von parallel geschalteten Kapazitäten (den anderen, nicht aktiven CMUTs) abgegriffen wird. Dadurch kann es zu Signalverlusten kommen, die auf zwei verschiedene Arten im Rahmen der Erfindung vermieden werden können. Zum einen kann der Einrichtung eine Impedanzanpassschaltung vorgeschaltet sein. Zum anderen ist es möglich, dass die Einrichtung als Mittel zur Messung einen Ladungsverstärker mit äußerst kleiner Eingangsimpedanz umfasst. Damit hat der Effekt der parallel geschalteten inaktiven Wandler nur geringe Auswirkungen auf die Qualität der Messung, da die Wechselladungen zum größten Teil in den niederohmigen Eingang des Ladungsverstärkers fließen.Preferably, in the receiving device according to the invention, a device for receiving signals of an active transducer can be provided, which can be connected to one of the outer terminals as required. It should be noted, however, that even if only one transducer is active, ultimately the signal, for example, in the case of CMUTs, on a number of parallel capacitors (the other, non-active CMUTs) from is seized. This can lead to signal losses, which can be avoided in two different ways within the scope of the invention. On the one hand, the device may be preceded by an impedance matching circuit. On the other hand, it is possible that the device comprises as a means of measuring a charge amplifier with extremely small input impedance. Thus, the effect of the parallel inactive converter has little effect on the quality of the measurement, since the alternating charges flow for the most part in the low-impedance input of the charge amplifier.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further Advantages and details of the invention will become apparent from the in The following described embodiments as well as from the drawings. Showing:

1 das Grundprinzip der Verschaltung bei einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 1 the basic principle of the interconnection in a first embodiment of the present invention,

2 eine Prinzipskizze des Knotenpunkts (n, m) der 1, 2 a schematic diagram of the node (n, m) the 1 .

3 das Schaltbild gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 1, und 3 the circuit diagram according to the embodiment according to 1 , and

4 das Schaltbild einer erfindungsgemäßen eindimensionalen Empfangsvorrichtung. 4 the diagram of a one-dimensional receiving device according to the invention.

1 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, ein zweidimensionales Wandlerarray mit streifenförmiger Verschaltung. Man erkennt oben m horizontal verlaufende Leiterbahnen, auf der Unterseite n vertikal verlaufende Leiterbahnen. Die Wandler sind zwischen den Überlappungsflächen der horizontalen und der vertikalen Leitungsbahnen angeordnet. 1 schematically shows a first embodiment of the present invention, a two-dimensional transducer array with strip-shaped interconnection. It can be seen above m horizontally extending tracks, on the bottom n vertically extending tracks. The transducers are arranged between the overlapping surfaces of the horizontal and vertical conductor tracks.

Dies ist genauer in 2 dargestellt. Dort ist der Kreuzungspunkt der Leiterbahn m und der Leiterbahn n aus 1 näher dargestellt. Zwischen den Überlappungsflächen ist ein CMUT angeordnet. Dessen erster Anschluss ist elektrisch leitend mit der Leiterbahn m verbunden, sein zweiter Anschluss mit der Leiterbahn n. Um Streukapazitäten zu minimieren, kann die Streifenbreite zwischen den Wandlern deutlich kleiner gewählt werden als im Bereich der Überlappungsflächen.This is more accurate in 2 shown. There, the intersection point of the conductor m and the conductor n is off 1 shown in more detail. Between the overlapping surfaces a CMUT is arranged. Its first terminal is electrically conductively connected to the track m, its second terminal to the track n. In order to minimize stray capacitances, the strip width between the transducers can be chosen significantly smaller than in the region of the overlapping surfaces.

3 zeigt das dazugehörige Schaltbild dieses zweidimensionalen Arrays. Die ersten Anschlüsse der CMUTs 3 der ersten Reihe des Arrays sind alle elektrisch über die Leiterbahn 1, die horizontal verläuft, miteinander verbunden. Dasselbe gilt für jede Reihe Wandler, von denen zur Vereinfachung nur Reihen 1, 2, m und die letzte Reihe M dargestellt sind. Die zweiten Anschlüsse der CMUTs 3 sind mit den entsprechenden, entlang der Spalten verlaufenden vertikalen Leiterbahnen elektrisch leitend verbunden, wovon wiederum nur vier dargestellt sind, nämlich die Leiterbahnen 1', 2', n und die letzte Leiterbahn N. Insgesamt sind also N x M CMUTs 3 in dem Array verbaut. Es sind jedoch zu deren individueller Ansteuerung lediglich N + M äußere Anschlüsse erforderlich. Diese liegen alle am Rand des Arrays. An jedem dieser Anschlüsse ist nun durch eine Abzweigschaltung mit einer Kapazität C und einem Gleichstrompfad mit einer Impedanz Z eine Entkopplung des Gleichstromanteils von dem Wechselstromanteil möglich. 3 shows the associated circuit diagram of this two-dimensional array. The first ports of the CMUTs 3 the first row of the array are all electrically connected via the track 1 that runs horizontally, interconnected. The same is true for any series of transducers, of which for simplicity only rows 1 . 2 , m and the last row M are shown. The second ports of the CMUTs 3 are electrically connected to the corresponding, along the columns extending vertical tracks, of which in turn only four are shown, namely the tracks 1' . 2 ' , n and the last trace N. In total, therefore, N x M are CMUTs 3 installed in the array. However, for their individual control only N + M outer connections are required. These are all at the edge of the array. At each of these terminals is now possible by a branch circuit with a capacitance C and a DC path with an impedance Z decoupling of the DC component of the AC component.

Der Gleichstrompfad Z kann dabei entweder ein Widerstand oder eine Hochfrequenzdrossel sein, wobei die Impedanz von Z für den Bereich der Ultraschallsignalfrequenzen so hoch gewählt wird, dass das hochfrequente Schallsignal nur vernachlässigbar belastet wird. Auch der wert der Kapazität C wird groß gewählt, damit dem hochfrequenten Wechselstromsignal, das aufgrund des Schallsignals entsteht, eine möglichst niedrige Impedanz entgegengesetzt wird. Dadurch kann das hochfrequente Wechselstromsignal ungehindert über den Kondensator C passieren.Of the DC path Z can be either a resistor or a high-frequency choke be, where the impedance of Z for the range of ultrasonic signal frequencies is chosen so high that the high-frequency sound signal is charged only negligible. Also the value of the capacity C is chosen to be large the high-frequency AC signal due to the sound signal arises, one possible low impedance is opposed. This can cause the high-frequency AC signal freely over pass the capacitor C

Die Kapazitäten C und die Impedanzen Z sind hierbei aus Gründen der Übersichtlichkeit nur an den Leitungsbahnen 1 und 1' eingezeichnet. Eine solche Entkopplungsschaltgruppe ist jedoch an jedem äußeren Anschluss vorgesehen. Zudem ist an jeden der äußeren Reihenanschlüsse 1, 2, ..., M eine Gleichspannung U anlegbar, die als Vorspannung wirkt. Auch dies ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur an der Reihe 1 gezeigt, gilt jedoch für jede der Reihen. Falls die Vorspannungsquelle U auch für die Ultraschallsignalfrequenzen sehr niederohmig sind, kann die daran angeschlossene CZ-Kombination auch ganz entfallen. Wichtig ist hierbei, dass die Vorspannung immer nur an eine der Reihen 1, 2, ..., M angelegt sein kann. Da die CMUTs 3 eine Vorspannung benötigen, um Ultraschallsignale empfangen zu können, sind dann nur die CMUTs 3 der Reihe aktiv, an die eine Vorspannung angelegt ist. Wird beispielsweise an die Reihe m die Vorspannung angelegt, liegt an allen anderen Reihen 1, 2, ..., m-1, m+1, ..., M die Spannung 0 an. Sind die CMUTs 3 der Reihe m aktiv, so kann an den äußeren Anschlüssen der Spalten 1', 2', ..., N individuell das Signal der einzelnen Transistoren der Reihe m abgegriffen werden. Dabei wird das Signal, wie beispielsweise bezüglich der Spalte 1' dargestellt ist, an einem Punkt T1 abgegriffen. Dieser Abgreifpunkt, der sich hinter der Kapazität C befindet, gibt nur noch den hochfrequenten Wechselstromanteil, also das eigentliche Signal, wieder.For reasons of clarity, the capacitances C and the impedances Z are only at the line paths 1 and 1' located. However, such a decoupling switching group is provided at each outer terminal. In addition, to each of the outer row terminals 1 . 2 , ..., M a DC voltage U can be applied, which acts as a bias. Again, this is only for the sake of clarity 1 shown, however, applies to each of the rows. If the bias voltage source U are also very low impedance for the ultrasonic signal frequencies, the associated CZ combination can be completely eliminated. It is important that the bias voltage only to one of the rows 1 . 2 , ..., M can be created. Because the CMUTs 3 require a bias to receive ultrasonic signals, then only the CMUTs 3 active in the series to which a bias voltage is applied. For example, if the bias is applied to row m, it is on all other rows 1 . 2 , ..., m-1, m + 1, ..., M the voltage 0. Are the CMUTs 3 m series active, so can at the outer terminals of the columns 1' . 2 ' , ..., N individually the signal of the individual transistors of the row m are tapped. The signal, such as the column 1' is tapped at a point T1. This tapping point, which is located behind the capacitance C, only gives the high-frequency alternating current component, ie the actual signal again.

An die Abgriffspunkte T1, T2, ..., TN kann nun jeweils ein einzelner Ladungsverstärker zur Messung des Signals angeschlossen werden. Es ist jedoch auch möglich, einen einzigen Ladungsverstärker zur Messung des Signals zu verwenden, der dann unter Verwendung eines Multiplexers, mit den einzelnen Abgriffspunkten T1, T2, ..., TN verbunden werden kann. Ein Ladungsverstärker bietet sich als Messeinrichtung an, da er eine extrem niedrige Eingangsimpedanz zum Beispiel wenige Ohm aufweist, sodass die inaktiven, parallel geschalteten CMUTs keinen Effekt haben. So erreicht man eine hervorragende Signalqualität. Alternativ kann auch eine andere Messeinrichtung verwendet werden, vor die eine Impedanzanpassschaltung vorgeschaltet wird.At the tapping points T1, T2, ..., TN can now each a single charge amplifier for Mes signal to be connected. However, it is also possible to use a single charge amplifier to measure the signal, which can then be connected to the individual tapping points T1, T2, ..., TN using a multiplexer. A charge amplifier lends itself as a measuring device, since it has an extremely low input impedance, for example a few ohms, so that the inactive, parallel-connected CMUTs have no effect. This achieves excellent signal quality. Alternatively, another measuring device may be used, in front of which an impedance matching circuit is connected upstream.

Soll mit der Empfangsvorrichtung das Signal des Wandlers 3 an der Stelle (m, n) gemessen werden, wird zunächst an die Leitungsbahn m die Vorspannung angelegt. Alle Wandler 3 der Reihe sind nun aktiv. Am Anschluss Tn kann folglich das Signal des gewünschten CMUTs (m, n) abgegriffen werden. Die anderen Transistoren der Spalte n tragen nichts bei, da sie nicht aktiv sind.Should with the receiving device, the signal of the converter 3 be measured at the point (m, n), the bias voltage is first applied to the line m. All transducers 3 the series are now active. Consequently, the signal of the desired CMUT (m, n) can be tapped at the terminal Tn. The other transistors of column n do not contribute, since they are not active.

4 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein eindimensionales Wandlerarray. Die N CMUTs 3 sind hier so verschaltet, dass ihre zweiten Anschlüsse über eine gemeinsame Leiterbahn elektrisch miteinander verbunden sind. Ihre ersten Anschlüsse sind an die Ausgänge eines Schieberegisters 4 angeschlossen, das in der Nähe der CMUTs 3 angeordnet ist. Die CMUTs 3 und das Schieberegister 4 sind also als eine Baueinheit verwirklicht. Damit weist das eindimensionale Array neben den Anschlüssen für Masse und Versorgungsspannungen nur zwei äußere Anschlüsse 5 und 6 auf. Am Anschluss 5 wird das Taktsignal angelegt, welches über das Schieberegister 4 die Vorspannung in festem zeitlichem Ablauf an einen der ersten Anschlüsse der CMUTs 3 weitergibt. In dem entsprechenden Zeitfenster ist der entsprechende Wandler 3 aktiv. Sein Signal kann dann am äußeren Anschluss 6 abgegrif fen werden, dies erfolgt mit Hilfe eines Ladungsverstärkers mit geringer Eingangsimpedanz. 4 shows as a further embodiment of the present invention, a one-dimensional transducer array. The N CMUTs 3 are connected here so that their second terminals are electrically connected to each other via a common interconnect. Their first connections are to the outputs of a shift register 4 connected near the CMUTs 3 is arranged. The CMUTs 3 and the shift register 4 are thus realized as a structural unit. Thus, the one-dimensional array has only two external connections in addition to the connections for ground and supply voltages 5 and 6 on. At the connection 5 the clock signal is applied, which via the shift register 4 the bias in fixed timing to one of the first terminals of the CMUTs 3 passes. In the corresponding time window is the corresponding converter 3 active. Its signal can then be at the outer terminal 6 be tapped, this is done by means of a charge amplifier with low input impedance.

Die Erfindung ist nicht auf die hier dargestellte eindimensionale Form bzw. die Rechteckausführung des ersten Beispiels beschränkt. So sind zum Beispiel kreisförmige Anordnungen von Wandlern denkbar.The The invention is not limited to the one-dimensional shape shown here or the rectangular version limited to the first example. For example, they are circular Arrangements of converters conceivable.

Claims

Receiving device for ultrasonic signals with a plurality of ultrasonic transducers, characterized in that each transducer ( 3 ) Is part of a switch group having a first terminal and a second terminal active when bias is applied and inoperative when no bias is applied, each of the switch groups being associated with a first subset and a second subset containing at least one switch group, and the Intersection of a first and a second subgroup contains a maximum of one switching group and the first terminals of all first subgroups to form first outer terminals and the second terminals of all second subgroups are electrically connected to form second outer terminals.

Receiving device according to Claim 1, characterized in that a first subgroup comprises all the transducers ( 3 ) and the second subgroups each comprise a converter ( 3 ) contain.

Receiving device according to claim 2, characterized in that the transducers ( 3 ) are arranged in a row.

Receiving device according to claim 1, characterized in that the transducers ( 3 ) are arranged in a rectangular matrix and the first subgroups are arranged by the transducers ( 3 ) of a series ( 1 . 2 , m, M), the second subgroups by converters ( 3 ) of a column ( 1' . 2 ' , n, N) are formed.

Receiving device according to claim 1, characterized in that the transducers ( 3 ) are arranged so that the outline of the arrangement is approximately a circle.

Receiving device according to one of the preceding claims, characterized in that each switching group only one transducer ( 3 ), which is designed as a capacitive micromachine ultrasound transducer.

Receiving device according to one of the preceding Claims, characterized in that depending on one of the first outer connections with demand a bias source (U) is connectable.

Receiving device according to one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises a shift register ( 4 ), with which clocked sequentially to each of the first or second outer terminals, a bias voltage can be applied.

Receiving device according to one of the preceding Claims, characterized in that a decoupling switching group for decoupling of DC and AC voltage components is provided on all external terminals.

Receiving device according to claim 9, characterized in that the decoupling switching group has a DC path (Z) and comprises a capacitor (C) as a branch circuit.

Receiving device according to one of the preceding claims, characterized in that a device for receiving signals of an active transducer ( 3 ) is provided, which is connected depending on demand with one of the outer terminals (T1).

Receiving device according to claim 11, characterized in that in that the device is preceded by an impedance matching circuit is.

Receiving device according to claim 11, characterized in that that the device has a charge amplifier with extremely low input impedance includes.