IT202000004231A1

IT202000004231A1 - Generatore di forme d'onda

Info

Publication number: IT202000004231A1
Application number: IT102020000004231A
Authority: IT
Inventors: Stefano Passi; Roberto Giorgio Bardelli; Anna Moroni
Original assignee: St Microelectronics Srl
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2021-08-28
Also published as: US20210270950A1; EP3872988A1; CN113325397A

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: ?GENERATORE DI FORME D?ONDA?

La presente invenzione ? relativa a un generatore di forme d'onda.

Come ? noto, svariate applicazioni prevedono l'utilizzo di generatori di forme d'onda per pilotare schiere di trasduttori. Ad esempio, in sistemi di imaging ecografici schiere di trasduttori piezoelettrici lineari o bidimensionali sono utilizzate alternativamente per generare fasci di onde di ultrasuoni e per ricevere echi prodotti da interazioni dei fasci con bersagli investigati. Durante la fase di generazione dei fasci, i trasduttori sono pilotati da generatori di forme d'onda digitali e generatori di impulsi analogici. Le forme d'onda sono comunemente definite da sequenze di valori discreti, ad esempio due o pi? valori di tensione distinti. Gruppi di trasduttori o singoli trasduttori (canali) possono essere pilotati separatamente per migliorare il controllo delle caratteristiche del fascio di ultrasuoni, ad esempio, sfruttando tecniche di sagomatura del fascio (?beamforming?). Il controllo preciso del ritardo dei segnali di pilotaggio ricevuti dal trasduttore pu? essere critico, poich? la differenza di fase determina direttamente l'interferenza costruttiva o distruttiva e le caratteristiche del fascio.

Al fine di soddisfare la domanda sempre crescente in termini di precisione e risoluzione, si desidera generalmente accelerare il clock di sistema e sono state raggiunte frequenze fino a 200 MHz (e una risoluzione temporale di 5 ns). Oltre alla risoluzione, anche la flessibilit? deve essere presa in considerazione, in modo che svariate forme d'onda possano essere rese disponibili per diversi scopi e indagini. Speciali generatori di forme d'onda sono stati proposti per raggiungere i requisiti di risoluzione e flessibilit?. Generatori di forme d'onda di un primo tipo si basano su macchine a stati finiti, che definiscono sequenze di stati in termini di livelli di tensione. Un contatore temporale e un contatore di impulsi consentono di determinare la durata appropriata degli impulsi e la lunghezza complessiva (numero di impulsi) delle sequenze. Mentre generatori di forme d'onda di questo tipo possono essere efficaci nel raggiungere alta risoluzione, tuttavia, ? possibile ottenere solo una variet? relativamente ristretta di semplici forma d'onda. In un altro tipo di generatori di forme d'onda noti, i parametri delle forme d'onda sono memorizzati in matrici di memoria volatile o non volatile in forma di successioni di livelli di tensione e corrispondenti durate temporali, che definiscono stati del generatore di forme d'onda. Le matrici di memoria possono essere scansionate ad esempio riga per riga e le forme d'onda sono generate secondo i livelli di tensione recuperati e con le durate di tempo. Al fine di ridurre la memoria occupata quando sono generate sequenze ripetute, pu? essere fornito un gestore di indirizzi. Il gestore di indirizzi consente di ripetere sequenze di stati (livelli di tensione e durate di tempo associate) che pertanto possono essere memorizzate una sola volta anzich? tante volte quante le ripetizioni desiderate.

I generatori di forme d'onda basati su matrici di memoria sono pi? flessibili e offrono maggiore libert? nella progettazione della forma d'onda. Tuttavia, questi generatori presentano limitazioni associate rispetto al rapporto e alla dimensione delle matrici di memoria. In applicazioni che richiedono il pilotaggio indipendente di un numero relativamente elevato di canali e di un corrispondente numero di generatori di forme d'onda, come l'ecografia, l'instradamento di segnali pu? essere un problema critico a causa della disposizione dei piedini (?pin?) di contatto delle matrici di memoria e del numero e lunghezza delle linee di collegamento per raggiungere ciascun piedino di contatto. Inoltre, i generatori di forme d'onda utilizzano numerosi piccoli blocchi di memoria, come la memoria flash, normalmente un blocco per ciascun canale. Tuttavia, l'occupazione di area di piccoli blocchi di memoria ? piuttosto inefficiente poich? ciascun blocco richiede circuiteria dedicata, che include decodificatori di righe e colonne, amplificatori di rilevamento e generatori di riferimento.

Scopo della presente invenzione ? fornire un generatore di forme d'onda che consenta di superare o almeno attenuare le limitazioni sopra descritte.

Secondo la presente invenzione, viene fornito un generatore di forme d'onda come definito nella rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione dell'invenzione, saranno ora descritte alcune relative forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, in cui:

- la Figura 1 ? un diagramma a blocchi semplificato di un sistema elettronico;

- la Figura 2 ? un diagramma a blocchi pi? dettagliato di una porzione del sistema elettronico della Figura 1, includente un generatore di forme d'onda secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la Figura 3 ? un diagramma a blocchi pi? dettagliato di una porzione del generatore di forme d'onda della Figura 2;

- la Figura 4 mostra un esempio di una forma d'onda utilizzata nel generatore di forme d'onda della Figura 2;

- le Figure 5a-5c mostrano rispettivi esempi di istruzioni che definiscono i passi di forme d'onda utilizzate nel generatore di forme d'onda della Figura 1;

- la Figura 6 ? uno schema a blocchi semplificato di una porzione di generatore di forme d'onda secondo un'altra forma di realizzazione della presente invenzione;

- la Figura 7a ? una rappresentazione schematica di un esempio di un blocco di istruzioni che definisce una forma d'onda caricata in una memoria ad accesso sequenziale del generatore di forme d'onda della Figura 2;

- la Figura 7b mostra la forma d'onda della Figura 7a; - la Figura 8a ? una rappresentazione schematica di un altro esempio di un blocco di istruzioni che definisce una forma d'onda caricata in una memoria ad accesso sequenziale del generatore di forme d'onda della Figura 2;

- la Figura 8b mostra la forma d'onda della Figura 8a; - la Figura 9a ? una rappresentazione schematica di un ulteriore esempio di un blocco di istruzioni che definisce una forma d'onda caricata in una memoria ad accesso sequenziale del generatore di forme d'onda della Figura 2; e

- la Figura 9b mostra la forma d'onda della Figura 9a. Un dispositivo di indagine ecografica secondo una forma di realizzazione della presente invenzione ? illustrato nella Figura 1 ed ? indicato nel suo complesso dal numero di riferimento 1. Il dispositivo di indagine ecografica 1 pu? essere utilizzato ad esempio nell'ecografia medica o nell'ispezione ecografica di componenti meccanici. L'invenzione, tuttavia, non ? limitata alle applicazioni ecografiche e pu? essere vantaggiosamente sfruttata in qualsiasi caso in cui siano previsti generatori di forme d'onda, in particolare per pilotare una pluralit? di trasduttori con forme d'onda sincronizzate.

Il dispositivo di indagine ecografica 1 comprende un generatore di forme d'onda 100 e un'unit? trasduttori 101. Il dispositivo di indagine ecografica 1 pu? anche comprendere un'unit? di elaborazione 102, un'unit? di memorizzazione 103, un dispositivo di comunicazione 104 per la comunicazione remota (ad esempio comunicazione cablata o senza fili attraverso una rete di computer), un dispositivo di ingresso 105 e un display 106. In una forma di realizzazione, il generatore di forme d'onda 100 e l'unit? trasduttori 101 possono essere integrati in una testa di ispezione e collegati in remoto ai restanti componenti del dispositivo di indagine ecografica 1. L'unit? di elaborazione 102, l'unit? di memorizzazione 103, il dispositivo di comunicazione 104, il dispositivo di ingresso 105 e il display 106 possono essere integrati in una struttura dedicata, in un personal computer, in un computer portatile (?laptop?) o tablet o in uno smartphone.

Come illustrato nella Figura 2, il generatore di forme d'onda 100 comprende un'unit? di controllo di sistema 2, una pluralit? di canali 3.1, ?, 3.N e driver 4.1, ?, 4.N alimentati dai rispettivi canali 3.1, ?, 3.N. L'unit? trasduttori 101 comprende una schiera di trasduttori ecografici 5.1, ?, 5.N accoppiati a rispettivi driver 4.1, ?, 4.N, N essendo il numero di canali e trasduttori ecografici, ad esempio 128. I trasduttori ecografici 5.1, ?, 5.N possono includere trasduttori piezoelettrici disposti ad esempio in una schiera lineare o bidimensionale. Ciascun trasduttore ecografico 5.1, ?, 5.N ? pilotato da un rispettivo canale 3.1, ?, 3.N attraverso il rispettivo driver 4.1, ?, 4.N. I driver 4.1, ?, 4.N possono essere generatori di impulsi analogici che convertono segnali discreti a bassa tensione in forme d'onda analogiche per i rispettivi trasduttori ecografici 5.1, ?, 5.N. L'unit? di controllo di sistema 2 e i canali 3.1, ?, 3.N ricevono un clock di sistema CK comune.

L'unit? di controllo di sistema 2 comprende un'interfaccia seriale 6, un modulo di sagomatura del fascio 7, registri di caricamento (?upload?) 8 e un modulo di maschera 9. Il modulo di sagomatura del fascio 7 fornisce i canali 3.1, ?, 3.N con i comandi di inizio ST1, ?, STN, che sono sincronizzati per creare interferenza controllata di onde di pressione generate da trasduttori ecografici individuali 5.1, ?, 5.N, determinando cos? le caratteristiche del fascio, come la direzione di propagazione e la forma dei fronti del fascio.

Attraverso l'interfaccia seriale 6, i parametri delle forme d'onda da generare possono essere memorizzati nei registri di caricamento 8 e quindi caricati nei canali 3.1, ?, 3.N. I parametri delle forme d'onda possono essere definiti off-line con l'aiuto di uno strumento di progettazione di onda. Il modulo di maschera 9 consente di inviare contemporaneamente parametri a molteplici canali selezionati 3.1, ?, 3.N, consentendo quindi il caricamento parallelo dei parametri.

La Figura 2 mostra nel dettaglio uno dei canali 3.1, ?, 3.N, che sar? identificato come 3.K, e ad esso si far? riferimento, fermo restando che tutti i canali 3.1, ?, 3.N sono identici tra loro nella struttura.

Il canale 3.K comprende un registro a scorrimento bidimensionale 10 bidirezionale e circolare, un modulo invertitore di stato 11 e un'unit? di controllo interna 12. Il registro a scorrimento bidimensionale 10 comprende a sua volta una pluralit? di registri a scorrimento unidimensionali 13 bidirezionali e circolari, che hanno tutti la stessa dimensione e sono configurati per funzionare in parallelo, cio? il contenuto di tutti i registri a scorrimento unidimensionali 13 pu? essere spostato simultaneamente nell?una o nell?altra direzione. Ad esempio, un singolo comando di scorrimento SH pu? essere fornito a un ingresso di scorrimento comune 13a a ciascuno dei registri a scorrimento circolare 13. Il comando di scorrimento SH ha un primo valore logico che fa scorrere il contenuto di tutti i registri a scorrimento unidimensionali 13 in una prima direzione (ad esempio scorrimento in avanti) e un secondo valore logico che fa scorrere il contenuto di tutti i registri a scorrimento unidimensionali 13 in una seconda direzione, opposta alla prima direzione (ad esempio scorrimento indietro). Un altro valore logico pu? essere utilizzato per fare rimenare in variato in modo il contenuto di tutti i registri a scorrimento unidimensionali 13 (nessuno scorrimento). Per comodit?, di seguito la prima direzione e la seconda direzione saranno rispettivamente definite direzione in avanti e direzione indietro o semplicemente in avanti e indietro.

Pertanto, il registro a scorrimento bidimensionale 10 definisce una matrice avente tante righe quanto il numero di bit di ciascun registro a scorrimento unidimensionale 13 e tante colonne quanto il numero di registri a scorrimento unidimensionali 13. Si nota che i registri a scorrimento unidimensionali 13 sono logicamente adiacenti tra loro, il che significa che i bit nella stessa posizione in diversi registri a scorrimento unidimensionali 13 formano una riga del registro a scorrimento bidimensionale 10. Tuttavia, i registri a scorrimento unidimensionali 13 non devono necessariamente essere anche fisicamente adiacenti tra loro. In generale, un registro a scorrimento include una pluralit? di circuiti bistabili in cascata aventi un clock comune e configurati in modo che lo stato di ciascun circuito bistabile sia passato a quello successivo (o al precedente) nella cascata in risposta a un comando di scorrimento in avanti (o comando di scorrimento indietro, rispettivamente). Affinch? il registro a scorrimento bidimensionale 10 definisca una matrice, non ? necessario che i singoli bistabili dei registri a scorrimento unidimensionali logicamente adiacenti siano fisicamente vicini tra loro. ? invece sufficiente definire le posizioni dei bit (circuiti bistabili) in ciascuno dei registri a scorrimento unidimensionali 13 e mantenere le posizioni coerenti nell'elaborazione. Una delle righe del registro a scorrimento bidimensionale 10 ? dotata di collegamenti fisici verso l'esterno e definisce un'uscita di registro 10a.

Il contenuto del registro a scorrimento bidimensionale 10 pu? essere fatto scorrere per righe. Ciascuna riga definisce una parola di registro W e contiene informazioni sulle forme d'onda da generare. Le forme d'onda sono generate come successioni di passi o stati, ciascuno avente un rispettivo di una pluralit? di valori logici di stato e una rispettiva durata, che pu? essere vantaggiosamente rappresentata come un numero di cicli di clock. I valori logici di stato includono una pluralit? di valori V1, ?, VM. In un esempio (si veda la Figura 3), i valori logici di stato possono comprendere un valore di stato basso V1, un valore logico di livellamento o intermedio V2 e un valore di stato basso V3. Le forme d'onda sono memorizzate nel registro a scorrimento bidimensionale 10 come blocchi di rispettive parole W consecutive, includenti almeno un rispettivo valore logico di stato, una rispettiva durata ed eventualmente informazioni e/o istruzioni aggiuntive per l'elaborazione. Ad ogni passo, viene letta una parola W in una posizione corrispondente all'uscita di registro 10a e viene generata una porzione della forma d'onda in base alle informazioni contenute nella parola W, come descritto nel dettaglio di seguito.

In una forma di realizzazione, ciascuna parola W include almeno un primo campo o campo istruzioni FI, ad esempio 7 bit (un bit di ciascuno di sette registri a scorrimento unidimensionali 13, non necessariamente adiacenti tra loro), un secondo campo o campo modalit? FM, ad esempio 1 bit (un bit di un altro registro a scorrimento unidimensionale 13) e un terzo campo o campo di stato FS, ad esempio 2 bit di altrettanti registri a scorrimento unidimensionali 13 adiacenti (un bit di ciascuno di due ulteriori registri a scorrimento unidimensionali 13, non necessariamente adiacenti tra loro).

Il campo istruzioni FI contiene informazioni circa le azioni da intraprendere. In particolare, il campo istruzioni FI pu? contenere:

una stringa di inizializzazione IS (Figura 4a) che definisce un codice di abilitazione EN per selettivamente abilitare e disabilitare la ripetizione di modelli di forme d'onda complessivamente simmetriche, un codice di tipo simmetria E/O che definisce alternativamente se la simmetria complessiva ? pari o dispari, un numero di ripetizioni complessive RO, che definisce quante volte la sequenza complessiva delle fasi debba essere ripetuta;

una durata D di un passo attuale, ad esempio in termini di numero di cicli di clock e di un numero di ripetizioni locali RL (Figura 4b) di porzioni simmetriche della forma d'onda, se presenti;

una durata D (Figura 4c) di un passo attuale, ad esempio in termini di numero di cicli di clock.

Tuttavia, non ? necessario che le forme d'onda siano simmetriche o contengano porzioni simmetriche.

Il campo modalit? FM contiene un flag di modalit? M avente valori logici che definiscono una modalit? operativa standard e una modalit? di inizio/ripetizione. Nella modalit? operativa standard, viene mantenuta la direzione di scorrimento del registro a scorrimento bidimensionale 10, che sia in avanti (principale) o indietro (inverso), mentre nella modalit? di inizio/ripetizione la direzione di scorrimento viene invertita da in avanti a indietro o viceversa. Coppie di flag di modalit? M di parole W successive che impostano la modalit? di inizio/ripetizione definiscono delimitatori per le sequenze di passi da ripetere nelle forme d'onda. L'unit? di controllo interna 12 pu? essere configurata per identificare il primo e ogni flag di modalit? M dispari ricevuto che imposta la modalit? di inizio/ripetizione come l?inizio di una sequenza di passi da ripetere; e il secondo e ogni flag di modalit? M pari ricevuto che imposta la modalit? di inizio/ripetizione come la fine di una sequenza di passi da ripetere. In alternativa, il flag di modalit? M pu? anche avere valori logici separati per identificare l?inizio e la fine di sequenze di passi da ripetere.

Il campo di stato FS contiene i valori logici di stato V1, ?, VM che sono rappresentativi dei rispettivi livelli della forma d'onda da generare. Il campo di stato FS pu? contenere anche un codice di inizio dedicato (ad esempio un valore logico non utilizzato per i valori logici di stato V1, ?, VM) che identifica le righe iniziali di blocchi di parole W che definiscono le forme d'onda. Il campo di stato FS delle righe iniziali di blocchi che definiscono le forme d'onda pu? contenere un?etichetta di identificazione di forma d'onda WT.

Un ingresso di caricamento sequenziale 10b del registro a scorrimento bidimensionale 10 ? accoppiato all'unit? di controllo di sistema 2 tramite il modulo di maschera 9 per il caricamento dei parametri di forma d'onda. Vantaggiosamente, i blocchi di parole W che definiscono i rispettivi passi di una o pi? forme d'onda sono caricati sequenzialmente riga per riga, con uno scorrimento ad esempio nella direzione principale ad ogni iterazione del processo.

Con riferimento alla Figura 2, l'unit? di controllo interna 12 comprende un modulo di controllo 15, un contatore temporale 16, un contatore di inversioni di scorrimento 17 e un generatore di comandi di scorrimento 18. In una forma di realizzazione, il modulo di controllo 15 pu? essere una macchina a stati finiti.

Il modulo di controllo 15 riceve ciascuna parola W letta all'uscita di registro 10a del registro a scorrimento bidimensionale 10 ed esegue azioni basate sul contenuto delle parole W ricevute.

Il modo in cui il campo istruzioni FI ? interpretato dal modulo di controllo 15 ? determinato dal contenuto del campo modalit? FM e del campo di stato FS.

Il flag di modalit? M nel campo modalit? FM determina la modalit? operativa standard o la modalit? operativa di inizio/ripetizione. Nella modalit? operativa standard, il contenuto del campo istruzioni FI ? interpretato come una durata del passo attuale della forma d'onda essendo generata. Nella modalit? di inizio/ripetizione, il contenuto del campo istruzioni FI ? interpretato come la stringa di inizializzazione IS o come un numero di ripetizioni locali RL a seconda del contenuto del campo di stato FS.

Nella modalit? di inizio/ripetizione, il contenuto del campo istruzioni FI ? interpretato come la stringa di inizializzazione IS in presenza del codice di inizio nel campo di stato FS e come un numero di ripetizioni locali RL in presenza di qualsiasi degli altri valori logici di stato V1, ?, VM nel campo di stato FS.

In una forma di realizzazione, il modulo di controllo 15 ? configurato per eseguire le seguenti azioni:

1) ricevere istruzioni di sistema che contengono un?etichetta di riferimento TR che identifica la forma d'onda da generare e far scorrere il registro a scorrimento bidimensionale 10 fino a quando una riga contenente la parola W con l?etichetta di identificazione di forma d'onda WT corrispondente nel campo di stato FS non ? spostata all?uscita di registro 10a; iniziare la generazione della forma d'onda selezionata;

2) inizializzare il contatore temporale 16 in risposta alle parole W con il campo modalit? FM che imposta la modalit? operativa standard e incrementare il contatore temporale 16 ad ogni ciclo di clock fino al raggiungimento della durata D del campo istruzioni FI della parola ricevuta W;

3) far scorrere il contenuto del registro a scorrimento bidimensionale 10 ogni volta che il passo di forma d'onda definito in una rispettiva parola W ? stato completato;

4) inizializzare il contatore di inversioni di scorrimento 17 in risposta alle parole W con il flag di modalit? M che imposta la modalit? operativa di inizio/ripetizione e causa un'inversione della direzione di scorrimento (ad esempio un flag di modalit? M che identifica la fine di una sequenza da ripetere); e incrementare il contatore di inversioni di scorrimento 17 ogni volta che una ripetizione di una sequenza di passi tra i rispettivi delimitatori ? completata, fino al raggiungimento del numero di ripetizioni locali RL contenute nel campo istruzioni FI della parola W che d? inizio alla sequenza di ripetizione (i criteri per l'incremento possono essere, ad esempio, viene ricevuto un flag di modalit? M che identifica l'inizio di una sequenza da ripetere e la direzione di scorrimento ? indietro; od ogni due inversioni di direzione);

5) terminare l'esecuzione di una forma d'onda alla ricezione di una nuova parola W contenente la stringa di inizializzazione IS e l?etichetta di identificazione di forma d'onda WT di una forma d'onda successiva;

6) ripetere l'intero blocco di parole W che definisce una forma d'onda se il codice di abilitazione EN nella parola iniziale W della forma d'onda in esecuzione permette la ripetizione di modelli (?pattern?) di forme d'onda complessivamente simmetriche; impostare il modulo invertitore di stato 11 a simmetria di ripetizione pari o dispari in base al codice di tipo simmetria E/O, come spiegato successivamente.

Il generatore di comandi di scorrimento 18 ? controllato dal modulo di controllo 15 ed ? configurato per fornire un comando di scorrimento in avanti (?Shift Forward?) SF, un comando di scorrimento indietro (?Shift Backwards?) SB e un comando di nessuno scorrimento (?No Shift?) SN, quest'ultimo mantenendo lo stato attuale del registro a scorrimento bidimensionale 10.

Il modulo invertitore di stato 11 riceve dall'uscita di registro 10a le parole W (o almeno i valori logici di stato V1, ?, VM) corrispondenti ai passi di forma d'onda attualmente da eseguire e ha una modalit? operativa normale, in cui i valori logici di stato V1, ?, VM sono passati invariati ai driver 4.1, ?, 4.N e una modalit? operativa invertita, in cui i valori logici di stato V1, ?, VM sono invertiti prima di essere passati ai driver 4.1, ?, 4.N. In una forma di realizzazione, i valori logici di stato V1, ?, VM sono ordinati da V1 a VM, ad esempio il pi? basso e il pi? alto, rispettivamente, e i valori logici di stato invertiti, qui indicati da V1?, ?, VM?, sono ottenuti dai valori logici di stato V1, ?, VM come segue:

VK? = V(M-K) con K = 1, 2, ?, M

Quando il codice di abilitazione EN nella parola iniziale W della forma d'onda in esecuzione permette la ripetizione di modelli di forme d'onda complessivamente simmetriche e l'intero blocco di parole W ? stato eseguito, il modulo invertitore di stato 11 ? impostato alla modalit? operativa normale o alla modalit? operativa invertita in base al codice di tipo simmetria E/O e al blocco di parole W dall'ultima riga alla prima riga con i valori logici di stato V1, ?, VM (modalit? operativa normale) o i valori logici di stato invertiti, qui indicati da V1?, ?, VM? (modalit? operativa invertita).

Forme d'onda arbitrarie possono essere definite, caricate nel registro a scorrimento bidimensionale 10 e quindi generate.

In una forma di realizzazione, illustrata nella Figura 5, i registri a scorrimento bidimensionale 10 dei canali 3.1, ?, 3.N sono collegati in serie tra loro e blocchi di parole W che definiscono forme d'onda possono essere fatti scorrere sequenzialmente tra canali consecutivi 3.1, ?, 3.N. Questa caratteristica pu? essere molto utile in un dispositivo di imaging ecografico che implementa finestre scorrevoli e consente anche di eseguire test di scansione. In circuiti che combinano reti logiche ed elementi di memoria, come flip-flop o registri a scorrimento, i test di scansione sono utilizzati per verificare il corretto funzionamento delle reti logiche. A tal fine, uno stato noto viene caricato negli elementi di memoria, viene eseguito un passo di elaborazione (o una sequenza di passi di elaborazione) e l'uscita ? confrontata con un risultato atteso. Collegare gli elementi di memoria in successione sotto forma di registro a scorrimento aiuta a caricare lo stato noto e a leggere l'uscita dell'elaborazione, poich? la struttura che consente l'implementazione di test di scansione ? la stessa che implementa la funzione principale. Allo stesso modo, collegare in serie i registri a scorrimento bidimensionale 10 dei canali 3.1, ?, 3.N per formare un registro a scorrimento globale rende possibile eseguire test di scansione sui componenti logici del generatore di forme d'onda 100.

La ripetizione di sequenze consente la rappresentazione compressa di forme d'onda aventi sequenze di passi che sono simmetriche nel rispettivo valore logico di stato V1, ?, VM e durata rispetto a uno dei passi della sequenza, la prima parte della sequenza essendo ripetuta anche al termine della sequenza. Ad esempio, una sequenza di passi come (ABCBA)BC consente una rappresentazione compressa. La porzione di sequenza tra parentesi ? simmetrica rispetto al passo C e la porzione sottolineata ? ripetuta al termine della sequenza.

Le Figure 6a e 6b mostrano un esempio di una forma d'onda (etichettata WFTAG1) includente una pluralit? di passi, ciascuno dei quali ha un rispettivo dei tre valori logici di stato V1, V2, V3 e una rispettiva durata, in termini di numero di cicli di clock. In particolare, la Figura 6a illustra il contenuto di una porzione per la matrice bidimensionale 10 e la Figura 6b mostra la successione di passi nel tempo. Per comodit?, qui i passi sono identificati come ABCBABCDEF e indicati in una colonna ausiliaria, che tuttavia non deve essere inclusa nel registro a scorrimento bidimensionale 10. La riga etichettata S1 contiene la parola iniziale W con l?etichetta di identificazione di forma d'onda WT della forma d'onda attuale e parametri complessivi per inizializzare il modulo di controllo 15. Successivamente, il modulo di controllo 15 esegue i passi A, B e invia comandi di scorrimento in avanti al registro a scorrimento bidimensionale 10. La prima occorrenza del flag di modalit? M che definisce la modalit? di inizio/ripetizione ? ignorata.

Nel passo C, il secondo flag di modalit? M ricevuto che definisce la modalit? di inizio/ripetizione ? interpretato dal modulo di controllo 15 come un delimitatore di una sequenza da ripetere e fa in modo che la direzione di scorrimento sia invertita da principale (in avanti) a inversa (indietro). La porzione di forma d'onda definita nella parola nel passo C ? eseguita, il contatore di inversioni di scorrimento 17 ? inizializzato e il numero di ripetizioni locali RL pu? essere memorizzato in un registro ausiliario, qui non mostrato. Quindi, al registro a scorrimento bidimensionale 10 viene fornito un comando di scorrimento indietro e il passo B viene eseguito. La direzione di scorrimento ? mantenuta fino al raggiungimento di un altro delimitatore. Nella sequenza esemplificativa, ci? ? rappresentato dal flag di modalit? M del passo A. Dopo l?esecuzione della porzione di forma d'onda definita nella parola del passo A, la direzione di scorrimento ? invertita da inversa (indietro) a principale (in avanti) e il contatore di inversioni di scorrimento 17 ? incrementato. Quindi, i passi B e C vengono nuovamente eseguiti. Se il contenuto del contatore di inversioni di scorrimento 17 corrisponde al numero di ripetizioni locali RL memorizzato nel registro ausiliario (o preso direttamente dal campo istruzioni FI della parola W nel passo C), la direzione di scorrimento ? mantenuta e vengono eseguiti in successione i passi D, E F. Diversamente, se il contenuto del contatore di inversioni di scorrimento 17 non ha raggiunto il numero di ripetizioni locali RL, la direzione di scorrimento ? nuovamente modificata da principale (in avanti) a inversa (indietro). I passi B, A, B, C sono quindi ripetuti fino a quando il contenuto del contatore di inversioni di scorrimento 17 non ? uguale al numero di ripetizioni locali RL.

Quando l'ultimo passo della sequenza (F nell'esempio) ? stato eseguito, il contenuto del registro a scorrimento bidimensionale 10 ? ancora una volta spostato nella direzione principale e il primo passo del blocco successivo, che definisce la forma d'onda successiva, ? spostato all'uscita di registro 10a. La parola del nuovo blocco ? interpretata dal modulo di controllo 15 come un comando di interruzione e la generazione della forma d'onda attuale viene terminata.

Le Figure 8a e 8b mostrano un altro esempio di una forma d'onda (etichettata WFTAG2) includente la stessa sequenza di passi ABCBABCDEF della sequenza di forma d'onda WFTAG1 delle Figure 7a e 7b e, inoltre, istruzioni per una ripetizione complessiva con simmetria pari. Le istruzioni sono fornite nel campo istruzioni FI della parola iniziale W nella riga iniziale etichettata S2, vale a dire attraverso rispettivi valori del codice di abilitazione EN (ad esempio VERO), del codice di tipo simmetria E/O (ad esempio PARI) e del numero di ripetizioni complessive RO (ad esempio 1). In questo caso, la direzione di scorrimento ? invertita per le ripetizioni locali come per la forma d'onda WFTAG1 delle Figure 7a e 7b e, inoltre, quando ? raggiunta l'ultima riga del blocco che definisce la forma d'onda attuale WFTAG2. In questo stadio, l'intera sequenza di passi, che include le ripetizioni locali, ? eseguita nella direzione inversa come FEDCBABCBA.

Le Figure 9a e 9b mostrano un altro esempio di una forma d'onda (etichettata WFTAG3) includente la stessa sequenza di passi ABCBABCDEF della sequenza di forma d'onda WFTAG1 delle Figure 7a e 7b e, inoltre, istruzioni per una ripetizione complessiva con simmetria dispari. Le istruzioni sono fornite nel campo istruzioni FI della parola iniziale W nella riga iniziale etichettata S2, vale a dire attraverso rispettivi valori del codice di abilitazione EN (ad esempio VERO), del codice di tipo simmetria E/O (ad esempio DISPARI) e del numero di ripetizioni complessive RO (ad esempio 1). In questo caso, la direzione di scorrimento ? invertita come per la forma d'onda WFTAG2 delle Figure 8a e 8b e, inoltre, il modulo invertitore di stato 11 ? impostato alla modalit? operativa invertita, per cui i valori logici di stato V1, V2, V3 sono invertiti prima di essere passati ai driver 4.1, ?, 4.N. Di conseguenza, i driver 4.1, ?, 4.N ricevono stati invertiti V1?=V3, V2?=V2, V3?=V1.

Le sequenze di passi che definiscono le forme d'onda molto spesso includono porzioni periodiche o ripetute. Il generatore di forme d'onda secondo l'invenzione fornisce vantaggiosamente la memorizzazione e la rappresentazione di forme d'onda compresse, consentendo cos? un notevole risparmio di memoria richiesta. Come mostrato negli esempi delle Figure 7a, 7b, 8a, 8b e 9a, 9b, il generatore di forme d'onda ? in grado di eseguire la sequenza in avanti, le sequenze in avanti e inverse e le sequenze in avanti e inverse con stati invertiti senza necessit? di memoria aggiuntiva.

Inoltre, praticamente qualsiasi tipo di forma d'onda pu? essere generata dal generatore di forme d'onda secondo l'invenzione.

Un altro importante vantaggio dell'invenzione risiede nel fatto che un registro a scorrimento bidimensionale, costituito da una pluralit? di registri di scorrimento unidimensionale azionati in parallelo, ? utilizzato al posto di una memoria ad accesso casuale convenzionale come una memoria flash. Contrariamente alle convenzionali memorie ad accesso casuale, i registri a scorrimento non hanno requisiti predefiniti per conformazione e fattore di forma. Un registro a scorrimento ? essenzialmente costituito da circuiti bistabili in cascata e, una volta realizzato il collegamento in serie, non vi sono praticamente altri requisiti su dove i circuiti bistabili individuali debbano essere posizionati. Inoltre, una singola riga di ingresso e una singola riga di uscita sono sufficienti per far funzionare il registro a scorrimento bidimensionale. La progettazione flessibile e un basso numero di collegamenti rendono molto pi? semplice l'instradamento dei segnali e il numero di canali e di corrispondenti trasduttori pu? essere notevolmente aumentato. Il maggior numero di canali e trasduttori indipendenti consente di ricevere maggiori informazioni e di eseguire un'ispezione pi? completa. In caso vengano utilizzate schiere bidimensionali di trasduttori, possono essere prodotte immagini tridimensionali.

Inoltre, i registri a scorrimento non richiedono circuiteria di indirizzamento o un'interfaccia di lettura/scrittura. Da un lato, ? reso disponibile un ulteriore risparmio di area di silicio e, dall'altro lato, la logica di controllo pu? essere molto semplice, rendendo quindi i registri a scorrimento intrinsecamente rapidi nel rispondere ai comandi. In particolare, non ? necessario decodificare gli indirizzi, cosa che introduce un certo ritardo, e tre linee di comando o due linee di comando con una porta logica sono sufficienti per fornire tutti i comandi richiesti (comando di scorrimento in avanti SF, comando di scorrimento indietro SB e un comando di nessuno scorrimento SN). Ci? consente di ottenere una risoluzione temporale estremamente fine, nell'ordine di 5 ns, e risoluzioni di spazio (profondit?) relativamente precise.

Infine, ? evidente che al generatore di forme d'onda descritto possono essere apportate modifiche e variazioni, senza per questo allontanarsi dall'ambito della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Generatore di forme d'onda comprendente un'unit? di controllo di sistema (2); una pluralit? di canali, (3.1, ?, 3.N) controllati dall'unit? di controllo di sistema (2) e configurati per fornire segnali di pilotaggio (V1, ?, VM) per pilotare un rispettivo di una schiera di trasduttori (5.1, ?, 5.N); in cui ciascun canale comprende: una memoria ad accesso sequenziale (10) avente una pluralit? di righe, ciascuna contenente parole di istruzione (W) configurate per generare un rispettivo passo di una forma d'onda, e un'uscita di memoria (10a) definita da una riga di uscita in una posizione fissa, la forma d'onda essendo definita da un blocco di parole di istruzione (W); e un'unit? di controllo interna (12), configurata per spostare sequenzialmente il contenuto della memoria ad accesso sequenziale (10), in base alla parola di istruzione (W) attualmente all'uscita di memoria (10a), cos? che le sequenze di parole di istruzione (W) siano fornite nella riga di uscita (10a).
2. Generatore di forme d'onda secondo la rivendicazione 1, in cui la memoria ad accesso sequenziale (10) comprende un registro a scorrimento bidimensionale, configurato per essere fatto scorrere per righe selettivamente in una tra una prima direzione e una seconda direzione, opposta alla prima direzione.
3. Generatore di forme d'onda secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la memoria ad accesso sequenziale (10) comprende una pluralit? di registri a scorrimento unidimensionale (13) bidirezionali e circolari, i quali sono tutti della stessa dimensione e sono configurati per essere azionati in parallelo.
4. Generatore di forme d'onda secondo la rivendicazione 3, in cui i registri a scorrimento unidimensionali (13) sono configurati per ricevere simultaneamente un singolo comando di scorrimento (SH) avente un primo valore logico che fa scorrere il contenuto di tutti i registri a scorrimento unidimensionali (13) nella prima direzione e un secondo valore logico che fa scorrere il contenuto di tutti i registri a scorrimento unidimensionali (13) nella seconda direzione.
5. Generatore di forme d'onda secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 4, in cui l'unit? di controllo interna (12) ? configurata per far scorrere la memoria ad accesso sequenziale (10) in base al contenuto della parola di istruzione (W) attualmente all?uscita di memoria (10a).
6. Generatore di forme d'onda secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno alcune delle parole di istruzione (W) contengono delimitatori di sequenza locale (FM) di sequenze di parole di istruzione (W) da ripetere e l'unit? di controllo interna (12) ? configurata per invertire una direzione di scorrimento della memoria ad accesso sequenziale in risposta ai delimitatori di sequenza locale (FM) e a condizioni di inversione.
7. Generatore di forme d'onda secondo la rivendicazione 6, in cui almeno alcune delle parole di istruzione (W) contenenti i delimitatori di sequenza locale (FM) contengono anche informazioni di ripetizione (RL) che definiscono un numero di ripetizioni da eseguire per rispettive sequenze di parole da ripetere.
8. Generatore di forme d'onda secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui almeno alcune delle parole di istruzione (W) contengono una durata e un valore di stato di un rispettivo segnale di pilotaggio (V1, ?, VM) che definisce un rispettivo passo della forma d'onda da generare.
9. Generatore di forme d'onda secondo la rivendicazione 8, in cui una parola di istruzione iniziale (W) del blocco di parole di istruzione (W) che definisce la forma d'onda contiene un?etichetta di identificazione (WT) che identifica la forma d'onda.
10. Generatore di forme d'onda secondo la rivendicazione 9, in cui la memoria ad accesso sequenziale (10) contiene una pluralit? di blocchi di parole di istruzione (W), ciascuna definente una rispettiva forma d'onda e avente una rispettiva delle parole di istruzione iniziali (W), e in cui l'unit? di controllo interna (12) ? configurata per interrompere l'esecuzione di un blocco di parole di istruzione (W) che definisce una forma d'onda attuale alla ricezione della parola di istruzione iniziale (W) del successivo blocco di parole di istruzione (W).
11. Generatore di forme d'onda secondo la rivendicazione 10, in cui l'unit? di controllo interna (12) ? configurata per ricevere un?etichetta di riferimento (TR) dall'unit? di controllo di sistema (2) e per far scorrere sequenzialmente la memoria ad accesso sequenziale (10) fino a quando una delle parole di istruzione iniziali (W) che contiene un?etichetta di identificazione (WT) corrispondente all?etichetta di riferimento (TR) ricevuta non ? spostata all'uscita di memoria (10a).
12. Generatore di forme d'onda secondo la rivendicazione 11, in cui ciascuna parola di istruzione iniziale (W) contiene un codice di abilitazione (EN) per selettivamente abilitare e disabilitare la ripetizione di modelli di forme d'onda complessivamente simmetriche, un codice di tipo simmetria (E/O), che definisce alternativamente se la simmetria complessiva ? pari o dispari, e un numero di ripetizioni complessive (RO), che definisce quante volte la sequenza complessiva di passi debba essere ripetuta; e in cui l'unit? di controllo interna (12) ? configurata per ricevere la parola di istruzione iniziale (W) della forma d'onda attuale e per ripetere, tante volte quanto il numero di ripetizioni complessive (RO) nella parola di istruzione iniziale (W), l?intero blocco di parole di istruzioni (W) definendo la forma d'onda attuale se il codice di abilitazione (EN) nella parola di istruzione iniziale (W) permette la ripetizione di modelli di forme d'onda complessivamente simmetriche.
13. Generatore di forme d'onda secondo la rivendicazione 11, in cui ciascun canale comprende un modulo invertitore di stato (11) configurato per ricevere i segnali di pilotaggio (V1, ?, VM) dall'uscita di memoria (10a) e avente una modalit? operativa normale, in cui i segnali di pilotaggio (V1, ?, VM) vengono passati invariati, e una modalit? operativa invertita, in cui i segnali di pilotaggio (V1, ?, VM) sono invertiti prima di essere passati; e in cui l'unit? di controllo interna (12) ? configurata con una tra la modalit? operativa normale e la modalit? operativa invertita in base al codice di abilitazione (EN) nella parola di istruzione iniziale (W).
14. Generatore di forme d'onda come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la memoria ad accesso sequenziale (10) ha un ingresso di caricamento sequenziale (10b) e l'unit? di controllo di sistema (2) ? configurata per caricare sequenzialmente blocchi di parole di istruzione (W) che definiscono rispettive forme d'onda nella memoria ad accesso sequenziale (10) attraverso l'ingresso di caricamento sequenziale (10b).
15. Sistema elettronico comprendente una schiera di trasduttori (5.1, ?, 5.N), configurata per generare onde da segnali di pilotaggio (V1, ?, VM) e un generatore di forme d'onda, come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, accoppiato ai trasduttori (5.1, ?, 5.N).
16. Sistema secondo la rivendicazione 15, in cui i trasduttori (5.1, ?, 5.N) includono trasduttori piezoelettrici.