EP0215972A1 - Switch matrix - Google Patents

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EP0215972A1
EP0215972A1 EP85112072A EP85112072A EP0215972A1 EP 0215972 A1 EP0215972 A1 EP 0215972A1 EP 85112072 A EP85112072 A EP 85112072A EP 85112072 A EP85112072 A EP 85112072A EP 0215972 A1 EP0215972 A1 EP 0215972A1
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    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
    • G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
    • G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
    • G10K11/341—Circuits therefor
    • G10K11/345—Circuits therefor using energy switching from one active element to another

Abstract

A switching matrix for a transmitting/receiving device for ultrasonic waves which contains an arrangement of electroacoustical transducer elements and in which one group of transducer elements each can be activated continuously successively via the arrangement, comprises a number of inputs (K1, K2, K3, K4) corresponding to the number of transducer elements of one group, which are connected to in each case one of the activated transducer elements, an equally large number of outputs (R1, R2, R3, R4) which are connected to delay sections and a multiplicity of switches (T11, T12,...,T44) for establishing the connections, in each case required for electronic focusing, between the inputs and the outputs. Each input line (K1) is connected to a number of switches (T11, T12, T13, T14) corresponding to the number of transducer elements of one group. The switches of the switching matrix are operated by a control circuit (50) via a number of control lines (L1, L2, L3, L4) corresponding to the number of transducer elements of one group, which are connected to in each case a number of transducer elements corresponding to the number of transducer elements of one group. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltmatrix für ein Sende-/Empfangsgerät für Ultraschallwellen zum Herstellen elektrischer Verbindungen zwi­schen den elektroakustischen Wandlerelementen einer jeweils aktivier­ten Gruppe innerhalb einer Anordnung von Wandlerelementen und Verzöge­rungsgliedern zum Verzögern der aus empfangenen Ultraschallsignalen abgeleiteten Ausgangssignale der Wandlerelemente oder der den Wandler­elementen zum Erregen von Ultraschallschwingungen zugeführten Oszillatorsignale.The invention relates to a switching matrix for a transceiver for ultrasonic waves for establishing electrical connections between the electroacoustic transducer elements of a respectively activated group within an arrangement of transducer elements and delay elements for delaying the output signals of the transducer elements derived from received ultrasonic signals or the transducer elements for exciting ultrasonic vibrations supplied oscillator signals.

Eine derartige Schaltmatrix wird vorzugsweise in solchen Sende-/­Empfangsgeräten verwendet, in denen durch entsprechende elektronische Ansteuerung der in einer Reihe angeordneten Wandlerelemente ein Fokus­sierungspunkt erzeugt werden kann. Die einzelnen Wandlerelemente wer­den dabei beim Senden bzw. beim Empfangen über unterschiedlich einge­stellte Verzögerungsglieder so angesteuert, daß die unterschiedlichen Entfernungen der Wandlerelemente zum Fokussierungspunkt kompensiert werden. Beim Senden überlagern sich somit die Ultraschallwellen pha­sengleich im Fokussierungspunkt, während sie sich im übrigen Schall­feld im wesentlichen auslöschen. Um einen möglichst großen Bereich, beispielsweise im Körper eines Patienten, abtasten zu können und um die seitliche Auflösung zu verbessern, werden während unterschiedli­cher Sende-/Empfangsperioden jeweils unterschiedliche Gruppen neben­einanderliegender Wandlererelemente aktiviert, und die Elemente werden jeweils so angesteuert, daß sich für jede Gruppe ein gesonderter Fo­kussierungspunkt ergibt. Wenn die Gruppe aktivierter Wandlerelemente fortlaufend um jeweils ein Wandlerelement verschoben wird, wandert der Fokussierungspunkt längs einer zu den Wandlerelementen parallelen Linie.Such a switching matrix is preferably used in those transceivers in which a focusing point can be generated by appropriate electronic control of the converter elements arranged in a row. The individual transducer elements are controlled during transmission or reception via differently set delay elements in such a way that the different distances of the transducer elements from the focusing point are compensated for. When transmitting, the ultrasound waves thus overlap in phase at the focal point, while they essentially cancel each other out in the rest of the sound field. In order to be able to scan as large an area as possible, for example in the body of a patient, and to improve the lateral resolution, different groups of adjacent transducer elements are activated during different transmission / reception periods, and the elements are controlled in such a way that each group is controlled there is a separate focus point. If the group of activated transducer elements is continuously shifted by one transducer element at a time, the focal point moves along a line parallel to the transducer elements.

Um beim Verschieben der Wandlerelementegruppen die einzelnen Wandlere­lemente jeweils mit der zum Erzeugen eines Fokussierungspunktes not­wendigen Verzögerung ansteuern zu können, müssen nach jedem Verschie­ben die jeweiligen Verbindungen zwischen Wandlerelementen und Verzöge­rungsgliedern geändert werden. Zum Herstellen der jeweils vorgeschrie­benen Verbindungen zwischen Wandlerelementen und Verzögerungsgliedern ist eine Vielzahl von Schaltern erforderlich, die üblicherweise in einer Schaltmatrix angeordnet sind.In order to be able to control the individual converter elements with the delay necessary to generate a focussing point when moving the converter element groups, the respective connections between converter elements and delay elements must be changed after each shift. A large number of switches, which are usually arranged in a switching matrix, are required to establish the respectively prescribed connections between converter elements and delay elements.

Eine Schaltmatrix der genannten Art ist bekannt aus DE-PS 24 24 582. Die bekannte Schaltmatrix wird in einem Sende-/Empfangsgerät für Ul­traschallwellen verwendet, bei welchem jeweils sechs Wandlerelemente gleichzeitig aktiviert sind. Die Verzögerungszeiten für das erste und das sechste Wandlerelement einer Gruppe, für das zweite und das fünfte Element sowie für das dritte und das vierte Element sind jeweils gleich groß, so daß der sich ergebende Fokussierungspunkt auf der Mit­telsenkrechten zu der jeweils aktivierten Wandlerelementegruppe liegt.A switching matrix of the type mentioned is known from DE-PS 24 24 582. The known switching matrix is used in a transceiver for ultrasonic waves, in which six transducer elements are activated simultaneously. The delay times for the first and sixth transducer element of a group, for the second and fifth element and for the third and fourth element are each the same, so that the resulting focal point lies on the perpendicular to the respectively activated transducer element group.

Mit der Wandlerelementeanordnung ist eine Auswahlschaltung verbunden, die eingangsseitig eine Vielzahl von jeweils mit einem Wandlerelement verbundenen Auswahlschaltern und ausgangsseitig sechs mit der Schalt­matrix verbundene Ausgangsleitungen aufweist. Beim Verschieben der Wandlerelementegruppe um ein Wandlerelement wird jeweils der mit dem ersten Wandlerelement der im vorhergehenden Schritt aktivierten Gruppe verbundene Auswahlschalter geöffnet und der dem letzten Wandlerelement der neu zu aktivierenden Gruppe zugeordnete Auswahlschalter geschlos­sen. Auf diese Weise müssen beim Weiterschalten der Wandlerelemente­gruppe jeweils nur zwei Auswahlschalter betätigt werden. Die von den Wandlerelementen empfangenen Echosignale werden auf den sechs Aus­gangsleitungen zu der Schaltmatrix übertragen, welche die Ausgangslei­tungen jeweils mit den für eine Fokussierung erforderlichen Verzöge­rungsgliedern verbindet. Infolge der geschilderten Art der Weiter­schaltung der Wandlerelementegruppe muß die Zuordnung der Ausgangs­leitungen der Auswahlschaltung zu den verschiedenen Verzögerungsglie­dern von Schritt zu Schritt geändert werden.A selection circuit is connected to the converter element arrangement, which has on the input side a multiplicity of selection switches each connected to a converter element and on the output side six output lines connected to the switching matrix. When the transducer element group is shifted by one transducer element, the selection switch connected to the first transducer element of the group activated in the previous step is opened and the selection switch associated with the last transducer element of the group to be newly activated is closed. In this way, only two selection switches have to be actuated when advancing the transducer element group. The echo signals received by the converter elements are transmitted on the six output lines to the switching matrix, which connects the output lines to the delay elements required for focusing. As a result of the described manner of relaying the converter element group, the assignment of the output lines of the selection circuit to the various delay elements must be changed from step to step.

Zu diesem Zweck weist die bekannte Schaltmatrix 18 Schalter auf, von denen jeweils drei eingangsseitig mit jeweils einer der sechs Aus­gangsleitungen der Auswahlschaltung und jeweils sechs ausgangsseitig mit jeweils einer von drei verschiedenen Verzögerungsgliedern verbun­den sind. Die Steuerschaltung zum Betätigen der einzelnen Schalter weist eine Vielzahl von Logikschaltungen, wie etwa NAND-Gatter, und eine große Anzahl weiterer elektronischer Bauelemente, beispielsweise Transistoren, auf, so daß sich insgesamt ein hoher Schaltungsaufwand ergibt. Der Schaltungsaufwand würde zudem noch stark ansteigen, wenn zum Erreichen einer höheren Auflösung die Anzahl der Wandlerelemente einer Gruppe vergrößert würde.For this purpose, the known switching matrix has 18 switches, three of which are connected on the input side to one of the six output lines of the selection circuit and six on the output side are each connected to one of three different delay elements. The control circuit for actuating the individual switches has a large number of logic circuits, such as NAND gates, and a large number of further electronic components, for example transistors, so that there is a high overall circuit complexity. The circuit complexity would also increase significantly if the number of converter elements in a group were increased to achieve a higher resolution.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schaltma­trix der eingangs genannten Art zu schaffen, welche mit einer einfa­cheren Steuerschaltung auskommt.In contrast, the invention has for its object to provide a switching matrix of the type mentioned, which manages with a simpler control circuit.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben.The inventive solution to this problem is specified in claim 1.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß durch geeignete Wahl der Anzahl von Schaltern und eine entsprechende Gruppierung dieser Schal­ter auch bei einer viel größeren Anzahl von Wandlerelementen einer Gruppe eine sehr übersichtliche Schaltmatrix aufgebaut werden kann, die mit einer wesentlich einfacheren Steuerschaltung auskommt.The invention is based on the knowledge that by a suitable choice of the number of switches and a corresponding grouping of these switches, even with a much larger number of converter elements of a group, a very clear switching matrix can be built up, which requires a much simpler control circuit.

Gemäß der Erfindung sind die Schalter der Schaltmatrix gruppenweise derart angeordnet, daß jede Schaltergruppe eine der Anzahl von Wand­lerelementen einer Wandlerelementegruppe entsprechende Zahl m von Schaltern aufweist und daß jede Schaltergruppe eingangsseitig verbun­den ist mit jeweils einem Wandlerelement der jeweils aktivierten Wand­lerelementegruppe. Unter der Annahme einer fortlaufenden Numerierung der Schalter einer jeden Schaltergruppe von 1 bis m sind die Schalter gleicher Numerierung verschiedener Schaltergruppen ausgangsseitig je­weils miteinander verbunden und bilden eine der Anzahl von Elementen einer Gruppe entsprechende Anzahl m von Ausgängen, die jeweils mit den vorgeschriebenen Verzögerungsgliedern verbunden sind. Die erfindungs­gemäße Schaltmatrix weist weiterhin eine der Anzahl von Wandlerelemen­ten einer Gruppe entsprechende Zahl m von Steuerleitungen auf, von denen jede mit m Schaltern aus den m verschiedenen Schaltergruppen derart verbunden ist, daß mit jeweils einer Steuerleitung Schalter jeder Numerierung verbunden sind. Die Steuerleitungen erhalten beim Aktivieren einer jeweils anderen Gruppe von Wandlerelementen von einer Steuerschaltung auf jeweils einer anderen Steuerleitung ein Steuersig­nal, so daß die mit dieser Steuerleitung verbundenen m Schalter ge­schlossen und die übrigen Schalter der Schaltmatrix geöffnet werden.According to the invention, the switches of the switching matrix are arranged in groups such that each switch group has a number m of switches corresponding to the number of converter elements of a converter element group and that each switch group is connected on the input side to a respective converter element of the respectively activated converter element group. Assuming a continuous numbering of the switches of each switch group from 1 to m, the switches of the same numbering of different switch groups are connected to one another on the output side and form a number m of outputs corresponding to the number of elements of a group, each with the prescribed delay elements are connected. The switching matrix according to the invention also has a number m of control lines corresponding to the number of converter elements in a group, each of which is connected to m switches from the m different switch groups in such a way that switches of each numbering are connected to one control line. When a different group of converter elements is activated, the control lines receive a control signal from a control circuit on another control line, so that the m switches connected to this control line are closed and the other switches of the switching matrix are opened.

Da bei der erfindungsgemäßen Schaltmatrix die erforderlichen Änderun­gen der Schalterzustände beim Aktivieren einer neuen Wandlerelemente­gruppe in einfacher Weise dadurch bewirkt werden können, daß auf je­weils einer einzigen unmittelbar mit den Steuereingängen der Schalter verbundenen Steuerleitung ein Signal abgegeben wird, kann die Steuer­schaltung sehr einfach aufgebaut sein und benötigt insbesondere keine Logikgatter oder anderen elektronischen Bauelemente für die Verknüp­fung von Steuersignalen. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemä­ßen Schaltmatrix besteht in ihrer einfachen Struktur, die ein problem­loses Übertragen des Prinzips auf jede beliebige Anzahl m von Wandle­relementen einer Gruppe ermöglicht. Aufgrund ihrer übersichtlichen symmetrischen Struktur läßt sich die Schaltmatrix besonders einfach als integrierte Schaltung auf einem Halbleiterchip anordnen.Since, in the switching matrix according to the invention, the required changes in the switch states when activating a new converter element group can be effected in a simple manner by a signal being emitted on a single control line directly connected to the control inputs of the switches, the control circuit can be constructed and required very simply in particular, no logic gates or other electronic components for linking control signals. An essential advantage of the switching matrix according to the invention is its simple structure, which enables the principle to be transferred to any number m of converter elements in a group without problems. Because of its clear, symmetrical structure, the switching matrix can be arranged particularly easily as an integrated circuit on a semiconductor chip.

Gemäß Anspruch 2 können die Schalter in Zeilen und Spalten als quadra­tische Matrix angeordnet werden, so daß sich eine kompakte und platz­sparende Schaltmatrix ergibt.According to claim 2, the switches in rows and columns can be arranged as a square matrix, so that there is a compact and space-saving switching matrix.

Gemäß Anspruch 3 kann die Anzahl der Ausgangsleitungen der Schaltma­trix um die Hälfte reduziert werden, wenn der Fokussierungspunkt auf der Mittelsenkrechten der jeweils aktivierten Wandlerelementegruppe liegt.According to claim 3, the number of output lines of the switching matrix can be reduced by half if the focal point lies on the central perpendicular of the respectively activated converter element group.

In den Ansprüchen 4 und 5 sind besonders einfache Ausführungsmöglich­keiten für die Steuerschaltung angegeben. Demnach kann die Steuer­schaltung an eine beliebige Anzahl von Wandlerelementen einer Gruppe angepaßt werden, indem für jedes zusätzliche Wandlerelement ein zu­sätzliches Flipflop hinzugefügt wird.In claims 4 and 5, particularly simple design options for the control circuit are specified. Accordingly, the control circuit can be connected to any number of converter elements in a group can be adapted by adding an additional flip-flop for each additional converter element.

Gemäß Anspruch 7 kann die Schaltmatrix nicht nur bei der Verarbeitung empfangener Ultraschallimpulse, sondern auch beim Aussenden von Impul­sen zum Erzeugen eines fokussierten Ausgangsstrahles verwendet werden. Dazu ist die Schaltmatrix mit umgekehrter Signalübertragungsrichtung derart zu betreiben, daß auf den Ausgangsleitungen verzögerte Oszilla­torsignale zum Erregen der Wandlerelemente anliegen. Gegebenenfalls ist dabei gegenüber dem Empfangsbetrieb die Reihenfolge umzukehren, in der die Verschiedenen Steuersignale an die Steuerleitungen angelegt werden.According to claim 7, the switching matrix can be used not only in the processing of received ultrasound pulses, but also in the emission of pulses to generate a focused output beam. For this purpose, the switching matrix must be operated with the signal direction reversed in such a way that delayed oscillator signals for exciting the converter elements are present on the output lines. If necessary, the order in which the various control signals are applied to the control lines must be reversed compared to the receive mode.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

  • Figur 1: eine schematische Darstellung einer linearen Anordnung von Ultraschallwandlerelementen und damit verbundenen Verzöge­rungsgliedern zum Erläutern des Prinzips der elektronischen Fokussierung,
  • Figur 2: ein Blockschaltbild eines Sende-/Empfangsgerätes für Ultra­schallwellen, in welchem die erfindungsgemäße Schaltmatrix eingesetzt ist,
  • Figuren 3a bis 3e: schematisch die durch die erfindungsgemäße Schaltmatrix in fünf aufeinanderfolgenden Schritten jeweils hergestellten Verbindungen zwischen Wandlerelementen und Ver­zögerungsgliedern für eine Gruppe von vier gleichzeitig akti­vierten Wandlerelementen,
  • Figure 4: ein Schaltungsdiagramm der Schaltmatrix gemäß den Figuren 3a bis 3e einschließlich der Steuerleitungen und der Steuer­schaltung, und
  • Figur 5: eine Steuerschaltung für die erfindungsgemäße Schaltmatrix.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The drawing shows:
  • FIG. 1: a schematic representation of a linear arrangement of ultrasonic transducer elements and associated delay elements to explain the principle of electronic focusing,
  • FIG. 2: a block diagram of a transceiver for ultrasonic waves, in which the switching matrix according to the invention is used,
  • FIGS. 3a to 3e: schematically, the connections between converter elements and delay elements for a group of four simultaneously activated converter elements, each of which is established in five successive steps by the switching matrix according to the invention,
  • Figure 4: a circuit diagram of the switching matrix according to Figures 3a to 3e including the control lines and the control circuit, and
  • Figure 5: a control circuit for the switching matrix according to the invention.

In Figur 1 wird das Prinzip der elektronischen Fokussierung am Bei­spiel einer Gruppe von vier jeweils gleichzeitig aktivierten Wandlere­lementen erläutert. Die Gruppe gleichzeitig aktivierter Wandlerelemen­te wird im folgenden als Apertur bezeichnet. Es versteht sich, daß die Apertur aus einer beliebigen Anzahl von Wandlerelementen bestehen kann, wobei die seitliche Auflösung des gewonnenen Ultraschallbildes umso größer ist, je größer die Anzahl der Wandlerelemente der Apertur ist.The principle of electronic focusing is explained in FIG. 1 using the example of a group of four transducer elements which are activated at the same time. The group of simultaneously activated transducer elements is referred to below as the aperture. It is understood that the aperture consist of any number of transducer elements can, the greater the number of transducer elements of the aperture, the greater the lateral resolution of the ultrasound image obtained.

Die in einer Reihe angeordneten Wandlerelement 1,2,3,4,5, ...,n ge­mäß Figur 1 werden von Anregungssignalen auf den jeweils mit den Wand­lerelementen verbundenen Leitungen A1, A2, A3 und A4 zum Aussenden von Ultraschallimpulsen angeregt. Die Anregungssignale sind mittels Verzö­gerungsschaltungen 11, 12, 13 und 14 derart zueinander verzögert, daß die von den Wandlerelementen 1,2,3 und 4 in einer ersten Sende-/­Empfangsperiode ausgesandten Wellen sich in einem Fokussierungspunkt F1 gleichphasig überlagern. Ebenso kann auch beim Empfangen der von einem Testobjekt reflektierten Ultraschallsignale eine Fokussierung erreicht werden, indem die elektrischen Ausgangssignale der Wandlere­lemente jeweils so verzögert werden, daß Laufzeitdifferenzen der von einem Fokussierungspunkt F1 ausgehenden und von verschiedenen Wandle­relementen empfangenen Ultraschallsignale kompensiert werden. Beim Empfang der reflektierten Ultraschallsignale kann die Tiefe des Fokus­sierungspunktes, also der senkrechte Abstand des Fokussierungspunktes F1 von der linearen Anordnung von Wandlerelementen kontinuierlich variiert werden, wenn während des Empfanges die Verzögerungszeiten mit dem Echo mitlaufen. Auf diese Weise erhält man eine "dynamische Fokus­sierung", d. h. einen den gesamten untersuchten Tiefenbereich über­streichenden Fokussierungspunkt.The transducer elements 1, 2, 3, 4, 5,..., N arranged in a row according to FIG. 1 are excited by excitation signals on the lines A1, A2, A3 and A4 respectively connected to the transducer elements in order to emit ultrasound pulses. The excitation signals are delayed with respect to one another by means of delay circuits 11, 12, 13 and 14 in such a way that the waves emitted by the converter elements 1, 2, 3 and 4 in a first transmission / reception period overlap in phase in a focussing point F1. Likewise, when receiving the ultrasound signals reflected from a test object, focusing can be achieved by delaying the electrical output signals of the transducer elements in such a way that time differences between the ultrasound signals emanating from a focusing point F1 and received by various transducer elements are compensated for. When the reflected ultrasound signals are received, the depth of the focusing point, that is to say the vertical distance of the focusing point F1 from the linear arrangement of transducer elements, can be varied continuously if the delay times coincide with the echo during the reception. In this way one obtains a "dynamic focusing", i. H. a focus point that spans the entire examined depth range.

In der folgenden Sende-/Empfangsperiode wird die Apertur um ein Wand­lerelement weitergeschaltet, so daß die Elemente 2 bis 5 aktiviert werden, während das Element 1 nicht mehr aktiviert ist. Bei dieser neuen Einstellung (nicht dargestellt) werden nun die Elemente 2 bis 5 jeweils mit den Verzögerungen angesteuert, mit denen in der vorherge­henden Sende-/Empfangsperiode die Elemente 1 bis 4 angesteuert wurden, so daß sich ein um ein Wandlerelement nach rechts verschobener neuer Fokussierungspunkt ergibt.In the following transmission / reception period, the aperture is switched on by one transducer element, so that elements 2 to 5 are activated while element 1 is no longer activated. With this new setting (not shown), elements 2 to 5 are now controlled with the delays with which elements 1 to 4 were controlled in the previous transmission / reception period, so that there is a new focusing point shifted to the right by one converter element results.

In Figur 2 ist ein Sende-/Empfangsgerät für Ultraschallwellen darge­stellt, in welchem die erfindungsgemäße Schaltmatrix verwendet wird. Eine Anzahl n in einer Reihe angeordneter Wandlerelement 1,2,3, .., n ist mit einer Auswahlschaltung 20 verbunden, die in verschiedenen Sen­de-/Empfangsperioden die jeweils aktivierten Wandlerelemente mit Aus­gangsleitungen L1, ... , L24 verbindet. Die Auswahlschaltung 20 ent­hält eine der Gesamtzahl von Wandlerelementen entsprechende Zahl n von jeweils mit einem Wandlerelement verbundenen Auswahlschaltern. Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind 128 Wandlerelemente vor­gesehen, von denen in einer Sende-/Empfangsperiode jeweils 24 neben­einanderliegende Wandlerelemente gleichzeitig aktiviert werden. Ent­sprechend sind bei diesem Beispiel 24 Ausgangsleitungen L1, ... , L24 mit der Auswahlschaltung verbunden. Eine Sende-/Empfangsweiche 22 er­möglicht es, wahlweise entweder Sendeimpulse aus einem Sendezweig 24,26,28,30 den Wandlerelementen zuzuführen oder die aus empfangenen Echosignalen abgeleiteten Ausgangssignale der Wandlerelemente einem Empfangszweig zur weiteren Signalverarbeitung zuzuführen.FIG. 2 shows a transceiver for ultrasonic waves, in which the switching matrix according to the invention is used. A number n of transducer elements 1, 2, 3, .., n arranged in a row is connected to a selection circuit 20, which connects the respectively activated converter elements with output lines L1, ..., L24 in different transmission / reception periods. The selection circuit 20 contains a number n, corresponding to the total number of converter elements, of selection switches each connected to a converter element. In one exemplary embodiment of the invention, 128 transducer elements are provided, of which 24 transducer elements lying next to one another are activated simultaneously in a transmission / reception period. Accordingly, in this example 24 output lines L1, ..., L24 are connected to the selection circuit. A transmit / receive switch 22 makes it possible either to supply transmit pulses from a transmit branch 24, 26, 28, 30 to the transducer elements or to supply the output signals of the transducer elements derived from received echo signals to a receive branch for further signal processing.

Der Empfangszweig umfaßt folgende Baugruppen: Eine mit der Sende-/­Empfangsweiche 22 verbundene Schaltung 32 dient zum Vorverstärken und zur zeitabhängigen Verstärkung der Echosignale in Abhängigkeit von der jeweils nach dem Aussenden eines Ultraschallimpulses verstrichenen Zeit. Durch die kontinuierliche Anpassung des Verstärkungsfaktors wird der Dynamikbereich der empfangenen Signale verringert und damit die weitere Signalverarbeitung vereinfacht. Die derart verstärkten Signale werden dann der Schaltmatrix 34 zugeführt und von dieser auf eine der Anzahl von Eingangsleitungen entsprechende Zahl von Ausgängen geschal­tet. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die 24 Ausgangs­leitungen R1, ..., R24 paarweise miteinander verbunden, und zwar ist die erste Leitung R1 mit der letzten Leitung R24, die zweite Leitung R2 mit der vorletzten R23, usw., verbunden.The receiving branch comprises the following assemblies: A circuit 32 connected to the transmitting / receiving switch 22 serves for preamplification and for time-dependent amplification of the echo signals depending on the time elapsed after the transmission of an ultrasound pulse. The dynamic range of the received signals is reduced by the continuous adaptation of the gain factor and the further signal processing is thus simplified. The signals amplified in this way are then fed to the switching matrix 34 and switched by the latter to a number of outputs corresponding to the number of input lines. In the exemplary embodiment described, the 24 output lines R1,..., R24 are connected to one another in pairs, specifically the first line R1 is connected to the last line R24, the second line R2 to the penultimate R23, etc.

Mit den sich so ergebenden zwölf Ausgängen sind jeweils Verzögerungs­glieder V1, V2, ... , V12 verbunden, deren Verzögerungszeiten zum Er­reichen einer elektronischen Fokussierung entsprechend aufeinander abgestimmt sind. Zum Ermöglichen einer dynamischen Fokussierung können die Verzögerungszeiten der einzelnen Verzögerungsglieder außerdem noch durch eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) kontinuierlich oder in kleinen Schritten verstellt werden. Die Verzögerungsglieder V1, ..., V12 sind mit einer Summierschaltung 40 zum Ableiten eines der Summe der verzögerten Signale entsprechenden Summensignales verbunden. Das Summensignal wird anschließend in einer Schaltung 42 weiterverarbeitet und in ein Digitalsignal umgewandelt, welches in weiteren Schaltungen aufbereitet wird, so daß schließlich aus den empfangenen Echosignalen eine bildliche Darstellung des untersuchten Objektes, beispielsweise des Körperinneren eines Patienten, erzeugt werden kann.Delay elements V1, V2, ..., V12 are connected to the resulting twelve outputs, the delay times of which are matched to one another in order to achieve electronic focusing. In order to enable dynamic focusing, the delay times of the individual delay elements can also be adjusted continuously or in small steps by a control device (not shown). The delay elements V1, ..., V12 are connected to a summing circuit 40 for deriving a sum signal corresponding to the sum of the delayed signals. The sum signal is then further processed in a circuit 42 and converted into a digital signal, which is processed in further circuits, so that a pictorial representation of the examined object, for example the inside of a patient's body, can finally be generated from the received echo signals.

Der bereits erwähnte Sendezweig umfaßt einen Pulsgenerator 28, der von einer Sendesteuerung 30 zu vorgeschriebenen Zeitpunkten zur Abgabe von Sendeimpulsen angeregt wird. Die Sendeimpulse werden Verzögerungs­schaltungen 26 zugeführt, in welchen sie in der zum Erzeugen eines Fokussierungspunktes vorgeschriebenen Weise verzögert werden. Die ver­zögerten Sendesignale werden anschließend einer Schaltmatrix 24 zuge­führt, welche jeweils Verbindungen herstellt zwischen ihren Eingängen und ihren Ausgängen, so daß die Wandlerelemente einer jeweils akti­vierten Wandlerelementegruppe mit der erforderlichen Verzögerung ange­steuert werden. Die Schaltmatrix 24 im Sendezweig hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Schaltmatrix 34 im Empfangszweig.The transmission branch already mentioned comprises a pulse generator 28, which is excited by a transmission controller 30 at prescribed times to emit transmission pulses. The transmit pulses are supplied to delay circuits 26 in which they are delayed in the manner prescribed for generating a focus point. The delayed transmission signals are then fed to a switching matrix 24, which in each case establishes connections between its inputs and its outputs, so that the converter elements of a respectively activated converter element group are activated with the required delay. The switching matrix 24 in the transmitting branch has essentially the same structure as the switching matrix 34 in the receiving branch.

In den Figuren 3a bis 3e sind das gruppenweise Weiterschalten der Aperturelemente und die jeweils durch die Schaltmatrix 34 hergestell­ten Verbindungen für eine Apertur mit vier Wandlerelementen anhand von fünf aufeinanderfolgenden Schritten erläutert. In dem ersten Schritt gemäß Figur 3a sind die Wandlerelemente 1,2,3 und 4 jeweils mit einem von vier Kanälen K1,K2,K3,K4 verbunden. Die Verbindungen zwischen den Wandlerelementen und den Kanälen K1 bis K4 werden jeweils durch die Auswahlschaltung 20 hergestellt, die der Übersichtlichkeit halber hier weggelassen wurde. Die Schaltmatrix 34 enthält sechzehn Schalter T11, T12, ..., T44, die ausgangsseitig entsprechend einem nachfolgend erläuterten Schema miteinander verbunden sind, sowie vier mit den Steuereingängen der Schalter verbundene Steuerleitungen (nicht dargestellt), die mit einer Steuerschaltung zum Betätigen der Schalter verbunden sind. Die Schalter sind in vier Schaltergruppen zu je vier Schaltern angeordnet, wobei die Schaltergruppen eingangsseitig jeweils mit einem anderen Kanal verbunden sind.FIGS. 3a to 3e explain the group-wise switching of the aperture elements and the connections established in each case by the switching matrix 34 for an aperture with four transducer elements on the basis of five successive steps. In the first step according to FIG. 3a, the converter elements 1, 2, 3 and 4 are each connected to one of four channels K1, K2, K3, K4. The connections between the converter elements and the channels K1 to K4 are each established by the selection circuit 20, which has been omitted here for the sake of clarity. The switching matrix 34 contains sixteen switches T11, T12, ..., T44, which are connected to one another on the output side in accordance with a diagram explained below, and four control lines (not shown) connected to the control inputs of the switches, which are connected to a control circuit for actuating the switches are. The switches are arranged in four switch groups of four switches each, the switch groups being connected to a different channel on the input side.

Gemäß Figur 3a sind diejenigen Schalter der Schaltmatrix, die jeweils gleiche Numerierung in verschiedenen Schaltergruppen haben, ausgangs­seitig miteinander verbunden und bilden jeweils eine gemeinsame Aus­gangsleitung. So sind die jeweils an erster Stelle in den Schalter­gruppen auftretenden Schalter T11, T21, T31 und T41 miteinander ver­bunden und bilden eine gemeinsame Ausgangsleitung R1. Entsprechend sind die an zweiter, dritter bzw. vierter Stelle auftretenden Schalter miteinander verbunden und bilden jeweils Ausgangsleitungen R2, R3 bzw. R4. Die Numerierung der Schalter in einer Schaltergruppe könnte ebenso von rechts nach links verlaufen. Wesentlich ist nur, daß für jede Schaltergruppe die gleiche Numerierung gewählt wird.According to FIG. 3a, those switches of the switching matrix which each have the same numbering in different switch groups are connected to one another on the output side and each form a common output line. Thus, the switches T11, T21, T31 and T41 that occur first in the switch groups are connected to one another and form a common output line R1. Correspondingly, the switches occurring at the second, third and fourth positions are connected to one another and each form output lines R2, R3 and R4. The numbering of the switches in a switch group could also run from right to left. It is only important that the same numbering is selected for each switch group.

Die Ausgangsleitungen R1 und R4 sowie die Ausgangsleitungen R2 und R3 sind jeweils miteinander verbunden und die verbundenen Leitungen sind jeweils mit Verzögerungsgliedern V1 bzw. V2 verbunden. Dadurch sind die Verzögerungszeiten für die Wandlerelemente 1 und 4 sowie für die Wandlerelemente 2 und 3 jeweils gleich groß, so daß sich ein auf der Mittelsenkrechten zu der Wandlerelementegruppe liegender Fokussie­rungspunkt ergibt. Die beschriebenen Verbindungen der Ausgänge der Schaltmatrix mit den Verzögerungsgliedern gelten auch für die Schritte gemäß Figuren 3b bis 3e, sind jedoch der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt.The output lines R1 and R4 and the output lines R2 and R3 are each connected to one another and the connected lines are each connected to delay elements V1 and V2. As a result, the delay times for the transducer elements 1 and 4 and for the transducer elements 2 and 3 are in each case of the same size, so that there is a focal point lying on the perpendicular to the transducer element group. The described connections of the outputs of the switching matrix with the delay elements also apply to the steps according to FIGS. 3b to 3e, but are not shown for the sake of clarity.

Für Aperturen mit einer anderen Anzahl m von Wandlerelementen weist die erfindungsgemäße Schaltmatrix eine dieser Anzahl entsprechende Zahl m von Schaltergruppen mit jeweils derselben Anzahl m von Schal­tern auf. Jede der m Schaltergruppen ist über jeweils einen Kanal über die Auswahlschaltung mit einem der jeweils aktivierten m Wandlerele­mente verbunden. Die m Schalter verschiedener Schaltergruppen mit je­weils gleicher Numerierung sind ausgangsseitig miteinander verbunden und bilden jeweils eine von m Ausgangsleitungen, die wiederum mit ent­sprechenden Verzögerungsgliedern verbunden sind.For apertures with a different number m of converter elements, the switching matrix according to the invention has a number m of switch groups corresponding to this number, each with the same number m of switches. Each of the m switch groups is connected via a channel via the selection circuit to one of the respectively activated m converter elements. The m switches of different switch groups, each with the same numbering, are connected to one another on the output side and each form one of m output lines, which in turn are connected to corresponding delay elements.

Im nächsten Schritt gemäß Figur 3b wird durch die Auswahlschaltung das Wandlerelement 5 anstelle des Elementes 1 mit dem Kanal K1 verbunden, während die anderen Verbindungen beibehalten werden. Dadurch wandert der entsprechende Fokussierungspunkt um ein Wandlerelement nach rechts. In den folgenden Schritten gemäß Figuren 3c bis 3e wird die Gruppe aktivierter Wandlerelemente um jeweils ein Element nach rechts verschoben, indem jeweils eine Verbindung hergestellt wird zwischen dem neu zu aktivierenden Wandlerelement und demjenigen Kanal, der in dem vorhergehenden Schritt mit dem am weitesten links liegenden Wand­lerelement verbunden war. Diese Art des Weiterschaltens hat unter an­derem den Vorteil, daß bei jedem neuen Schritt immer nur eine einzige schon bestehende Verbindung zwischen einem Wandlerelement und einem Kanal aufgetrennt und nur eine einzige neue Verbindung hergestellt werden muß.In the next step according to FIG. 3b, the selection circuit connects the converter element 5 to the channel K1 instead of the element 1, while the other connections are retained. As a result, the corresponding focal point moves around a transducer element right. In the following steps according to FIGS. 3c to 3e, the group of activated transducer elements is shifted to the right by one element in each case by establishing a connection between the transducer element to be newly activated and that channel which in the previous step has the leftmost transducer element was connected. This type of switching has the advantage, among other things, that with each new step only a single existing connection between a transducer element and a channel is cut and only a single new connection has to be established.

Wie in den Figuren 3a bis 3e dargestellt, ist bei jedem Schritt je­weils nur ein Schalter einer Schaltergruppe geschlossen und bei dem jeweils folgenden Schritt ist der zu diesem Schalter auf der linken Seite benachbarte Schalter geschlossen, so daß nach vier Schritten (Figur 3e) die ursprünglichen Schalterstellungen (Figur 3a) wieder erreicht sind. Das Öffnen und Schließen der Schalter läßt sich veran­schaulichen als Wandern des jeweils geschlossenen Schalters entlang einer Schaltergruppe, wobei auf das Schließen des letzten Schalters einer Schaltergruppe im nächsten Schritt das Schließen des ersten Schalters dieser Gruppe folgt. Die Steuereingänge der bei einem be­stimmten Schritt jeweils geschlossenen Schalter sind durch jeweils eine Steuerleitung (nicht dargestellt) miteinander verbunden, so daß diese Schalter durch Abgeben eines einzigen Steuersignales auf dieser Steuerleitung gemeinsam betätigt werden können.As shown in FIGS. 3a to 3e, in each step only one switch of a switch group is closed and in the following step the switch adjacent to this switch on the left side is closed, so that after four steps (FIG. 3e) the original ones Switch positions (Figure 3a) are reached again. The opening and closing of the switches can be illustrated as the migration of the respectively closed switch along a switch group, with the closing of the last switch of a switch group being followed in the next step by the closing of the first switch of this group. The control inputs of the switches which are closed in a particular step are each connected to one another by a control line (not shown), so that these switches can be actuated together by emitting a single control signal on this control line.

In Figur 4 ist die Schaltmatrix gemäß den Figuren 3a bis 3e als qua­dratische Matrix mit den zugehörigen Steuerleitungen und mit einer Steuerschaltung 50 dargestellt. Die vier mit jeweils einem der Ein­gangskanäle K1,K2,K3,K4 verbundenen Schaltergruppen sind in Spalten angeordnet. Die Schalter gleicher Numerierung innerhalb der einzelnen Schaltergruppen bilden die Zeilen der Matrix, die mit jeweils einer der vier Ausgangsleitungen R1,R2,R3,R4 verbunden sind. Jede der vier Steuerleitungen L1,L2,L3,L4 ist mit den Steuereingängen von vier Schaltern verbunden, wobei jeweils einer Steuerleitung Schalter aus jeder Zeile und aus jeder Spalte zugeordnet sind. Die Steuerleitung L1 ist verbunden mit den Steuereingängen der vier in der Hauptdiagonalen der Schaltmatrix angeordneten Schalter T11, T22, T33, T44 , die Steuer­leitung L2 ist verbunden mit den Steuereingängen der drei in der er­sten Nebendiagonalen angeordneten Schalter T21,T32,T43 und mit dem Steuereingang des Schalters T14 der letzten Nebendiagonale unterhalb der Hauptdiagonalen, die Steuerleitung L3 ist verbunden mit den Steu­ereingängen der beiden Schalter T31 und T42 der zweiten Nebendiagonale oberhalb der Hauptdiagonalen und mit den Steuereingängen der beiden Schalter T13 und T24 der vorletzten Nebendiagonalen unterhalb der Hauptdiagonalen und die Steuerleitung L4 ist verbunden mit dem Steuer­eingang des Schalters T41 der dritten Nebendiagonale oberhalb und mit den Steuereingängen der drei Schalter T12,T23, T34 der drittletzten Nebendiagonale unterhalb der Hauptdiagonalen.FIG. 4 shows the switching matrix according to FIGS. 3a to 3e as a square matrix with the associated control lines and with a control circuit 50. The four switch groups connected to one of the input channels K1, K2, K3, K4 are arranged in columns. The switches of the same numbering within the individual switch groups form the rows of the matrix, which are each connected to one of the four output lines R1, R2, R3, R4. Each of the four control lines L1, L2, L3, L4 is connected to the control inputs of four switches, switches from each row and from each column being assigned to one control line. The control line L1 is connected to the control inputs of the four switches T11, T22, T33, T44 arranged in the main diagonal of the switching matrix, the control line L2 is connected to the control inputs of the three switches T21, T32, T43 arranged in the first diagonal and to the control input of the switch T14 the last secondary diagonal below the main diagonal, the control line L3 is connected to the control inputs of the two switches T31 and T42 of the second secondary diagonal above the main diagonal and to the control inputs of the two switches T13 and T24 of the penultimate secondary diagonals below the main diagonal and the control line L4 is connected to the control input of the switch T41 of the third secondary diagonal above and with the control inputs of the three switches T12, T23, T34 of the third last diagonal below the main diagonal.

Die Steuerschaltung 50 gibt nacheinander jeweils bei einem neuen Schritt auf den Steuerleitungen L1,L2,L3 und L4 und anschließend wie­der auf L1 jeweils ein Steuersignal ab, welches bewirkt, daß die mit der jeweiligen Steuerleitung verbundenen Schalter geschlossen werden, während die übrigen Schalter geöffnet sind. Dadurch ergeben sich je­weils die in den Figuren 3a bis 3e dargestellten Schalterzustände.The control circuit 50 successively emits a control signal at a new step on the control lines L1, L2, L3 and L4 and then again at L1, which causes the switches connected to the respective control line to be closed while the other switches are open . This results in the switch states shown in FIGS. 3a to 3e.

Bei einer beliebigen Anzahl m von Aperturelementen weist die erfin­dungsgemäße Schaltmatrix eine Anzahl von m² Schaltern auf, wobei die m Eingangskanäle K1, K2, ..., Km jeweils mit den Eingängen der Schal­ter einer Spalte und die m Ausgangsleitungen R1, R2, ... , Rm jeweils mit den Ausgängen der Schalter einer Zeile verbunden sind. Der Steuer­eingang jedes Schalters ist mit einer von m Steuerleitungen L1, L2, L3, ..., Lm derart verbunden, daß für jede Spalte sämtliche Schalter dieser Spalte mit einer jeweils anderen Steuerleitung verbunden sind und daß für jede Zeile sämtliche Schalter dieser Zeile mit einer je­weils anderen Steuerleitung verbunden sind. Dies kann beispielsweise wie in der Schaltmatrix gemäß Figur 4 dadurch erreicht werden, daß jeweils die Schalter zweier Diagonalen, die eine Gesamtzahl von m Schaltern aufweisen, mit jeweils einer Steuerleitung verbunden sind, d.h. die Steuereingänge der Schalter der Hauptdiagonalen sind mit einer Steuerleitung L1 verbunden, die Steuereingänge der Schalter der ersten Nebendiagonalen oberhalb und der letzten Nebendiagonalen unter­halb der Hauptdiagonalen sind mit einer zweiten Steuerleitung L2 ver­bunden, usw. In diesem Fall werden die vorgeschriebenen Verbindungen zwischen Eingangskanälen und Ausgängen hergestellt, indem nacheinander auf den Steuerleitungen L1,L2, ...,Lm jeweils ein Steuersignal abge­geben wird.With any number m of aperture elements, the switching matrix according to the invention has a number of m² switches, the m input channels K1, K2, ..., Km each with the inputs of the switches of a column and the m output lines R1, R2, ... , Rm are each connected to the outputs of the switches on one line. The control input of each switch is connected to one of m control lines L1, L2, L3, ..., Lm in such a way that for each column all switches in this column are connected to a different control line and that for each line all switches in this line are connected to one each other control line are connected. This can be achieved, for example, as in the switching matrix according to FIG. 4, in that the switches of two diagonals, which have a total of m switches, are each connected to a control line, ie the control inputs of the switches of the main diagonals are connected to a control line L1, the control inputs of the switches of the first sub-diagonals above and the last sub-diagonals below the main diagonals are connected to a second control line L2, etc. In this case, the prescribed connections between input channels and outputs are established by successively providing a control signal on control lines L1, L2, ..., Lm is delivered.

Es ist kein notwendiges Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Schalter geometrisch in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Wesentlich ist ausschließlich die Art der elektrischen Verbindungen der Schalter untereinander und mit den Steuerleitungen. Eine Anordnung in Zeilen und Spalten erlaubt einen einfachen Schaltungsaufbau und ermöglicht eine übersichtliche Beschreibung der Vielzahl von elektrischen Verbin­dungen bei der erfindungsgemäßen Schaltmatrix.It is not a necessary feature of the present invention that the switches are geometrically arranged in rows and columns. The only important thing is the type of electrical connections between the switches and the control lines. An arrangement in rows and columns allows a simple circuit structure and enables a clear description of the large number of electrical connections in the switching matrix according to the invention.

Anhand von Figur 5 wird nachfolgend ein Ausführungsbeispiel der Steu­erschaltung 50 für eine Apertur von m Wandlerelementen erläutert. Die Steuerschaltung enthält im wesentlichen eine der Anzahl von Wandlere­lementen einer Gruppe entsprechende Zahl hintereinandergeschalteter Flipflops F1, F2, ..., Fm , deren Takteingänge CLK auf einer Leitung CLOCK ein Taktsignal und deren Rücksetzeingänge RST auf einer Leitung RESET ein Rücksetzsignal erhalten. Der invertierte Ausgang des ersten Flipflops F1 ist mit dem D-Eingang des zweiten Flipflops F2 und mit der Steuerleitung L1 verbunden. Der nicht-invertierte Ausgang des zweiten Flipflops F2 ist mit dem D-Eingang des dritten Flipflops F3 und mit der Steuerleitung L2 verbunden. Entsprechend ist jeweils der nicht-invertierte Ausgang jedes folgenden Flipflops mit dem D-Eingang des jeweils folgenden Flipflops und mit einer Steuerleitung verbunden. Der invertierte Ausgang des letzten Flipflops Fm ist mit dem D-Eingang des ersten Flipflops F1 und der nicht-invertierte Ausgang ist mit der Steuerleitung Lm verbunden.An exemplary embodiment of the control circuit 50 for an aperture of m transducer elements is explained below with reference to FIG. 5. The control circuit essentially contains a number of series-connected flip-flops F1, F2,... The inverted output of the first flip-flop F1 is connected to the D input of the second flip-flop F2 and to the control line L1. The non-inverted output of the second flip-flop F2 is connected to the D input of the third flip-flop F3 and to the control line L2. Accordingly, the non-inverted output of each following flip-flop is connected to the D input of the following flip-flop and to a control line. The inverted output of the last flip-flop Fm is connected to the D input of the first flip-flop F1 and the non-inverted output is connected to the control line Lm.

Somit kann die Steuerschaltung in einfacher Weise für größere Apertu­ren ausgebaut werden, indem jeweils ein weiteres Flipflop pro zusätz­lichem Aperturelement angefügt wird.The control circuit can thus be easily expanded for larger apertures by adding a further flip-flop for each additional aperture element.

Die Steuersignale auf den Steuerleitungen L1, L2, L3, L4, ... werden folgendermaßen erzeugt: Zunächst werden sämtliche Flipflops zurückge­setzt, so daß am nicht-invertierten Ausgang (Q) jedes Flipflops je­weils ein Signal mit dem logischen Zustand "0" (niedriger Pegel) an­liegt. Infolgedessen wird am invertierten Ausgang (

Figure imgb0001
) des Flipflops F1 und damit auf der Steuerleitung L1 ein Signal mit dem logischen Zu­stand "1" (hoher Pegel) abgegeben, welches bewirkt, daß die dieser Steuerleitung zugeordneten Schalter geschlossen werden, während alle übrigen Schalter geschlossen sind. Beim nächsten Taktimpuls erhält das erste Flipflop F1 ein Signal mit dem Zustand "1", da es vom inver­tierten Ausgang des letzten Flipflops Fm gespeist wird. Am invertier­ten Ausgang des ersten Flipflops F1 erscheint daraufhin ein Signal mit dem Zustand "0", am nicht-invertierten Ausgang des zweiten Flipflops F2 ein Signal mit dem Zustand "1" und an den nicht-invertierten Aus­gängen der übrigen Flipflops jeweils ein Signal mit dem Zustand "0". In den folgenden Taktzyklen wird ein Signal mit dem Zustand "1" je­weils dem nächsten Flipflop in der Reihe zugeführt, so daß in unter­schliedlichen Taktzyklen auf jeweils einer anderen Steuerleitung ein Signal mit dem Zustand "1" anliegt. Wenn das letzte Flipflop Fm in der Reihe ein Signal mit dem Zustand "1" erhalten hat, wird im näch­sten Schritt wieder dem ersten Flipflop F1 ein Signal mit dem Zustand "1" zugeführt, so daß der vorstehend Prozeß von neuem beginnt.The control signals on the control lines L1, L2, L3, L4, ... are generated as follows: First, all flip-flops are reset, so that each signal with the logic state "0" (lower) at the non-inverted output (Q) of each flip-flop Level) is present. As a result, the inverted output (
Figure imgb0001
) of the flip-flop F1 and thus on the control line L1 emits a signal with the logic state "1" (high level), which causes the switches assigned to this control line to be closed while all the other switches are closed. At the next clock pulse, the first flip-flop F1 receives a signal with the state "1" because it is fed by the inverted output of the last flip-flop Fm. A signal with the state "0" then appears at the inverted output of the first flip-flop F1, a signal with the state "1" at the non-inverted output of the second flip-flop F2 and a signal with the signal at the non-inverted outputs of the other flip-flops State "0". In the following clock cycles, a signal with the state "1" is fed to the next flip-flop in the row, so that a signal with the state "1" is present on different control lines in different clock cycles. If the last flip-flop Fm in the row has received a signal with the state "1", in the next step the first flip-flop F1 is again supplied with a signal with the state "1", so that the above process begins again.

Claims (7)

1. Schaltmatrix für ein die folgenden Bestandteile aufweisendes Sende-/Empfangsgerät für Ultraschallwellen:
- eine Anordnung elektroakustischer Wandlerelemente (1,2,...,n), welche zum Aussenden und/oder zum Empfangen von Utraschallim­pulsen aktiviert werden können,
- Mittel zum derartigen Ansteuern der Wandlerelemente, daß nach­einander über die Anordnung fortlaufend je eine Gruppe von Wand­lerelementen aktiviert werden kann,
- eine Anzahl von Verzögerungsgliedern (V1, V2) zum derartigen Ver­zögern der aus empfangenen Ultraschallsignalen abgeleiteten Aus­gangssignale der Wandlerelemente, daß die Laufzeitdifferenzen zwischen den von einem gemeinsamen Fokussierungspunkt (F1) re­flektierten und von verschiedenen Wandlerelementen der jeweils aktivierten Gruppe empfangenen Ultraschallsignale kompensiert werden,
mit folgenden Merkmalen: a) die Schaltmatrix enthält eine Vielzahl von Schaltern (T11, T12, ... , T44) mit jeweils einem Eingang, einem Ausgang und einem Steuereingang zum Ändern des Schaltzustandes des Schalters, b) jedes Wandlerelement der jeweils aktivierten Gruppe ist über je eine Eingangsleitung (K1;K2;K3;K4) mit je einer Schaltergruppe (T11,T12,T13,T14; T21,T22,T23,T24; T31,T32,T33,T34;
T41,T42,T43,T44) aus einer der Anzahl der Wandlerelemente einer Gruppe entsprechenden Anzahl (m) fortlaufend numerierter Schal­ter verbunden, c) die Ausgänge von jeweils einer der Anzahl der Wandlerelement einer Gruppe entsprechenden Anzahl (m) von Schaltern (T11,T21,T31,T41; T12,T22,T32,T42; T13,T23,T33,T43;
T14,T24,T34,T44) gleicher Numerierung der verschiedenen Schal­tergruppen sind miteinander jeweils zu einer gemeinsamen Aus­gangsleitung (R1;R2;R3;R4) verbunden, d) es ist eine der Anzahl der Wandlerelemente einer Gruppe entspre­chende Anzahl (m) von Steuerleitungen (L1;L2;L3;L4) vorgesehen, von denen jede jeweils die Steuereingänge einer der Anzahl der Wandlerelemente einer Gruppe entsprechenden Anzahl (m) von Schaltern der verschiedenen Schaltergruppen mit jeweils anderer Numerierung miteinander verbindet, und e) eine mit den Steuerleitungen (L1;L2;L3;L4) verbundene Steuer­schaltung (50) gibt beim Aktivieren einer jeweils anderen Gruppe von Wandlerelementen jeweils auf einer anderen Steuerleitung ein Signal zum Ändern des Schaltzustandes der mit dieser Steuerlei­tung verbundenen Schalter ab, so daß die sich in ihrer Numerie­rung innerhalb der Gruppen von Wandlerelementen entsprechenden Wandlerelemente über die Schaltmatrix jeweils mit denselben Ver­zögerungsgliedern verbunden werden. 1. Switching matrix for a transceiver for ultrasonic waves that has the following components:
an arrangement of electroacoustic transducer elements (1, 2,..., n) which can be activated for transmitting and / or receiving ultrasound pulses,
Means for controlling the transducer elements in such a way that a group of transducer elements can be continuously activated in succession via the arrangement,
a number of delay elements (V1, V2) for delaying the output signals of the transducer elements derived from received ultrasound signals in such a way that the transit time differences between the ultrasound signals reflected by a common focusing point (F1) and received by various transducer elements of the respectively activated group are compensated,
with the following features: a) the switching matrix contains a large number of switches (T11, T12, ..., T44), each with an input, an output and a control input for changing the switching state of the switch, b) each converter element of the respectively activated group is via an input line (K1; K2; K3; K4) with a switch group (T11, T12, T13, T14; T21, T22, T23, T24; T31, T32, T33, T34 ;
T41, T42, T43, T44) from a number (m) of consecutively numbered switches corresponding to the number of converter elements in a group, c) the outputs of a number (m) of switches (T11, T21, T31, T41; T12, T22, T32, T42; T13, T23, T33, T43) corresponding to the number of converter elements in a group;
T14, T24, T34, T44) of the same numbering of the different switch groups are each connected to a common output line (R1; R2; R3; R4), d) a number (m) of control lines (L1; L2; L3; L4) corresponding to the number of converter elements of a group is provided, each of which has the control inputs of a number (m) of switches corresponding to the number of converter elements of a group connects different switch groups with different numbers, and e) a control circuit (50) connected to the control lines (L1; L2; L3; L4) outputs a signal for changing the switching state of the switches connected to this control line when a different group of converter elements is activated, so that the numbering of the corresponding converter elements within the groups of converter elements is connected to the same delay elements via the switching matrix. 2. Schaltmatrix nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Schalter (T11,T12, ... , T44) in Zeilen und Spalten angeord­net sind,
- die Eingangsleitungen (K1;K2;K3;K4) jeweils mit den Eingängen der Schalter (T11,T12,T13,T14; usw.) einer Spalte verbunden sind,
- die Ausgangsleitungen (R1;R2;R3;R4) jeweils mit den Ausgängen der Schalter (T11,T21,T31,T41; usw.) einer Zeile verbunden sind, und
- die Steuerleitungen (L1;L2;L3;L4) jeweils derart mit den Steuer­eingängen der Schalter verbunden sind, daß einer Steuerleitung (L1;L2;L3;L4) jeweils Schalter (T11,T22,T33,T44;
T14,T21,T32,T43; T13,T24,T31,T42; T12, T23,T34,T41) aus jeder Zei­le und aus jeder Spalte zugeordnet sind.2. switching matrix according to claim 1,
characterized in that
- the switches (T11, T12, ..., T44) are arranged in rows and columns,
the input lines (K1; K2; K3; K4) are each connected to the inputs of the switches (T11, T12, T13, T14; etc.) of a column,
- The output lines (R1; R2; R3; R4) are each connected to the outputs of the switches (T11, T21, T31, T41; etc.) of a row, and
- The control lines (L1; L2; L3; L4) are each connected to the control inputs of the switches in such a way that a control line (L1; L2; L3; L4) has switches (T11, T22, T33, T44;
T14, T21, T32, T43; T13, T24, T31, T42; T12, T23, T34, T41) from each row and from each column are assigned. 3. Schaltmatrix nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangsleitungen (R1;R2;R3;R4) der Schaltmatrix paarweise miteinander verbunden sind (R1 mit R4; R2 mit R3) entsprechend der symmetrischen Lage des jeweiligen Fokussierungspunktes zu den je­weils aktivierten Wandlerelementen.3. switching matrix according to claim 1 or 2,
characterized by
that the output lines (R1; R2; R3; R4) of the switching matrix are connected in pairs (R1 with R4; R2 with R3) according to the symmetrical position of the respective focusing point to the respectively activated transducer elements. 4. Schaltmatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltung (50) ein Schieberegister umfaßt, dessen Parallelausgänge mit jeweils einer Steuerleitung (L1;L2;L3;L4) ver­bunden sind.4. switching matrix according to one of the preceding claims,
characterized by
that the control circuit (50) comprises a shift register, the parallel outputs of which are each connected to a control line (L1; L2; L3; L4). 5. Schaltmatrix nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
- die Steuerschaltung (50) eine der Anzahl der Wandlerelemente ei­ner Gruppe entsprechende Anzahl (m) hintereinandergeschalteter Flipflops (F1;F2; ...;Fm) mit jeweils einem D-Eingang, einem nicht-invertierten Ausgang (Q) und einem invertierten Ausgang (
Figure imgb0002
) enthält,
- der invertierte Ausgang (
Figure imgb0003
) des ersten Flipflops (F1) mit der ersten Steuerleitung (L1) und mit dem D-Eingang des zweiten Flip­flops (F2) verbunden ist,
- die nicht-invertierten Ausgänge (Q) der übrigen Flipflops (F2, ... , Fm) jeweils mit einer Steuerleitung (L2, ... ,Lm) ver­bunden sind, und
- der invertierte Ausgang (
Figure imgb0004
) des letzten Flipflops (Fm) mit dem D-­Eingang des ersten Flipflops (F1) verbunden ist.5. switching matrix according to claim 4,
characterized in that
- The control circuit (50) one of the number of converter elements of a group corresponding number (m) cascaded flip-flops (F1; F2; ...; Fm), each with a D input, a non-inverted output (Q) and an inverted output (
Figure imgb0002
) contains,
- the inverted output (
Figure imgb0003
) of the first flip-flop (F1) is connected to the first control line (L1) and to the D input of the second flip-flop (F2),
- The non-inverted outputs (Q) of the other flip-flops (F2, ..., Fm) are each connected to a control line (L2, ..., Lm), and
- the inverted output (
Figure imgb0004
) of the last flip-flop (Fm) is connected to the D input of the first flip-flop (F1). 6. Schaltmatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schalter (T11,T12, ... , T44) MOS-Feldeffekttransistoren umfassen mit jeweils einem Source-Eingang, einem Drain-Ausgang und einem mit einer der Steuerleitungen verbundenen Gate-Eingang.6. switching matrix according to one of the preceding claims,
characterized by
that the switches (T11, T12, ..., T44) comprise MOS field-effect transistors, each with a source input, a drain output and a gate input connected to one of the control lines. 7. Verwendung der Schaltmatrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Sendeteil eines Sende-/Empfangsgerätes für Ultraschallwellen für das derartige Durchschalten relativ zueinander verzögerter Oszilla­torsignale zu den jeweiligen Wandlerelementen einer Wandlerelemen­tegruppe, daß die von den Wandlerelementen ausgesandten Ultra­schallwellen sich in einem gemeinsamen Fokussierungspunkt verstärken.7. Use of the switching matrix according to one of the preceding claims in the transmitting part of a transceiver for ultrasonic waves for the switching through of oscillator signals delayed relative to one another to the respective transducer elements of a transducer element group such that the ultrasound waves emitted by the transducer elements are amplified at a common focal point.
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