KR20140107708A - 기능이 향상된 임피던스 매칭 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 임피던스 매칭 장치로, 시스템으로부터 출력된 전송 펄스 및 상기 전송 펄스가 외부에 출력 후 반사된 수신 펄스가 통과하는 매칭 소자 어레이로 구성된 매칭 소자 어레이부와, 상기 전송 펄스 및 상기 수신 펄스로부터 상기 펄스정보를 추출하고, 상기 전송 펄스 및 상기 수신 펄스 각각에 대하여 상기 펄스 정보에 상응하는 임피던스값을 산출하고, 상기 전송 펄스에 대하여 상기 수신 펄스의 응답 특성이 가장 좋은 임피던스값을 매칭 임피던스값으로 산출하는 추출/산출부; 상기 매칭 임피던스값에 따라 상기 매칭소자 어레이부를 라우팅하는 어레이제어부; 상기 전송 펄스의 주파수를 캐리어 주파수로 변환하여 상기 매칭 소자 어레이부에 출력하는 제 1 변환부와; 상기 매칭 소자 어레이부에서 출력되는 캐리어주파수를 저주파수로 변환하는 제 2 변환부; 및 상기 제 1 변환부 및 제 2 변환부의 주파수 변환 또는 캐리어 주파수에 신호를 실어주거나 추출하는 기능을 제어하는 신호를 출력하는 변환 제어부를 포함한다.

Description

기능이 향상된 임피던스 매칭 장치{Enhanced Impedance Matching Device}

본 발명은 임피던스 매칭 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로 반도체 또는 시스템 장치의 데이터 출력단에 위치되어 내부 데이터를 외부로 제공하거나, 외부 데이터를 내부로 제공할 때 요구되는 임피던스 가변 장치에 관한 것이다.

전기적 제품의 동작스피드가 고속화됨에 따라 반도체 또는 시스템 장치들간에 인터페이스되는 신호의 스윙폭은 점차로 줄어들고 있다. 그 이유는 신호전달에 걸리는 지연시간을 최소화하기 위해서이다. 그러나 신호의 스윙폭이 줄어들수록 외부노이즈에 대한 영향은 증가되고, 인터페이스단에서 임피던스 미스 매칭(miss matching, 부정합)에 따른 출력신호의 반사도 크리티컬(critical)해진다.

상기 임피던스 미스 매칭은 외부 노이즈나 전원전압의 변동, 동작 온도의 변화, 제조공정의 변화등에 기인하여 발생된다. 임피던스 미스 매칭이 발생되면 데이터의 고속전송이 어렵게 되고, 송/수신부의 입/출력신호로서의 데이터가 왜곡될 수 있다. 따라서, 수신측의 반도체 장치가 상기 왜곡된 출력 신호를 입력단으로 수신할 경우 셋업/홀드 페일 또는 입력 레벨의 판단 미스 등의 문제들이 빈번히 야기될 수 있다.

자동 임피던스 매칭 시스템을 적용하기 위해서 R-L-C를 효과적으로 집적시킬 수 있는 기술이 요구된다. 하지만 초음파 장비의 경우, 1~40Mhz의 Low 주파수 대역을 사용하기 때문에, R-L-C 값을 집적하는데, 수동소자들 중, L(Inductor)값이 주파수에 반비례해서 상대적으로 크기 때문에, 반도체 또는 시스템의 면적을 많이 차지하게 된다. 따라서, 채널 또는 매질의 특성 및 주파수의 변화에 따라 최적합한 임피던스 매칭을 하기 위해서는, 임의의 값을 갖는 R-L-C array가 요구되며, 이들을 효과적으로 집적하여, On-board 또는 On-chip에 구현하기가 어렵다.

그런데, 시스템이 소형화 또는 무선화 되어가면서, R-L-C 매칭에 요구되는 소자들의 집적화가 요구되고 있다. 그리고, 일반적인 시스템들은 임피던스 매칭 값이 고정되고 있으며, 채널 또는 매질의 특성 및 주파수의 변화에 따라 가변되는 구조를 지니고 있지 않다. 따라서, 각 소자값들을 소형화하고, 이에 요구되는 임피던스 매칭 기능을 시스템 또는 각 node 간 유기적인 상황에서 값을 결정하도록 하게 된다면, 전체 시스템의 크기를 작게하여, 성능 향상 및 경제성을 극대화될 수 있다.

국내특허 출원번호 20-1995-0049229 국내특허 출원번호 10-2003-0031360 국제특허 출원번호 JP 2007-244580

본 발명은 임피던스 매칭 장치의 입력 또는 출력단에 주파수 변환부인 캐리어 전송단(저주파 신호를 고주파 신호로 변환, 또는 고주파 신호를 저주파 신호로 변환하여 신호를 전송하는 캐리어 전송부)을 추가함으로써, R-L-C를 효과적으로 집적시킬수 있는 임피던스 매칭 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명은 임피던스 매칭 장치로, 시스템으로부터 출력된 전송 신호 및 상기 전송 신호가 외부에 출력 후 반사된 수신 신호가 통과하는 매칭 소자 어레이로 구성된 매칭 소자 어레이부(120)와, 상기 전송 신호 및 상기 수신 신호로부터 상기 신호 정보를 추출하고, 상기 전송 신호 및 상기 수신 신호 각각에 대하여 상기 신호 정보에 상응하는 임피던스값을 산출하고, 상기 전송 신호에 대하여 상기 수신신호의 응답 특성이 가장 좋은 임피던스값을 매칭 임피던스값으로 산출하는 추출/산출부(140); 상기 매칭 임피던스값에 따라 상기 매칭소자 어레이부를 라우팅하는 어레이 제어부(130); 상기 전송 신호의 주파수를 캐리어 주파수로 변환하여 상기 매칭 소자 어레이부에 출력하는 제 1 변환부(110)와; 상기 매칭 소자 어레이부(120)에서 출력되는 캐리어 주파수를 저주파수로 변환하는 제 2 변환부(150); 및 상기 제 1 변환부(110) 및 제 2 변환부(150)의 주파수 변환을 제어하는 신호를 출력하는 변환 제어부(160)를 포함한다. 이때, 변환 제어부(160)는 Rx와 Tx 모드에 따라서 제 1 변환부(110)와 제 2 변환부(150)의 캐리어 신호 발생기, 믹서 및 LNA, Rx/Tx 모드 TR Switch 동작 등을 제어하게 된다.

본 발명은 임피던스를 매칭하는 방법 및 이에 해당하는 장치로, 입력되는 전송 신호를 미리 설정된 캐리어 신호로 변환 또는 캐리어 신호에 전송신호를 실어 보내거나 원래 신호를 추출하게하여 매칭 소자 어레이에 입력시키는 단계; 상기 매칭 소자 어레이를 통과하는 전송 신호로부터 신호 정보를 추출하는 단계; 상기 매칭 소자 어레이를 통과한 전송 신호를 캐리어 주파수에서 원래의 주파수로 변환 (또는 원래의 신호를 추출) 하여 외부로 출력하는 단계; 상기 전송 신호에 대한 수신 신호를 수신하는 단계; 상기 수신 신호를 캐리어 주파수로 변환 또는 캐리어 주파수에 수신 신호를 실어서 상기 매칭 소자 어레이에 입력시키는 단계; 상기 매칭 소자 어레이를 통과하는 수신 신호로부터 신호 정보를 추출하는 단계; 상기 전송 신호 및 상기 수신 신호의 신호 정보를 이용하여 매칭 임피던스값을 산출하는 단계; 및 상기 매칭 임피던스 값에 따라 상기 전송 신호 및 상기 수신신호가 통과하는 매칭 소자 어레이를 라우팅하는 단계를 포함한다.

본 발명은 다채널 구조를 가지는 저주파 전송 시스템에서 임피던스 매칭을 하기 위해 반드시 요구되는 R-L-C 소자값을 낮추기 위해, 소스의 입력단 또는 출력단에 주파수 변환부가 포함된 캐리어 전송단을 추가한다.

상기 캐리어 전송단은 R-L-C 값을 효과적으로 낮출 수 있어, 시스템을 On-board에 배열 하거나 집적시킬 수 있는 PLD(Programmable Logic Device) 구현을 가능하게 한다.

상기 캐리어 전송단으로 R-L-C 값이 효과적으로 낮춰짐으로 인해, 매질 또는 주파수의 가변으로 인해 요구되는 최적합한 R-L-C 값들을 다양하게 스위칭 매트릭스 구조를 갖는 회로나, PLD에 집적하여 스위칭 매트릭스를 통해 값을 선택적으로 산출 할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 초음파 시스템(1)과 초음파 프로브(2)간의 고주파 송수신을 위해 제1 변환부(110)와 제2 변환부(150), 변환 제어부(160)를 포함한 고주파 캐리어 전송단을 추가하여, 기존 초음파 주파수 범위 내에서 동작하는 프로브와 시스템간의 R-L-C 소자를 이용한 임피던스 매칭회로 구현의 집적기술의 한계를 극복할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 매칭 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 임피던스 매칭 장치가 초음파 시스템에 적용된 일 예를 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 캐리어 전송단을 이용하여 임피던스 매칭 장치가 적용되는 실시 예를 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 임피던스 매칭 장치가 적용된 시스템 구성 방법에 대한 일 실시 예를 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐리어 전송단 구성도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.

또한, 본 명세서에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다"거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면 번호에 상관없이 동일한 수단에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하기로 한다.

본 발명의 초음파 장치는 시스템, 임피던스 매칭 기능부, 초음파 영상기능부, 초음파 프로브를 포함하며, H/W와 S/W로 구성될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 매칭 장치의 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 임피던스 매칭 장치가 초음파 시스템에 적용된 일 예를 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 임피던스 매칭 장치(100)는 시스템(1)과 입출력부(2) 사이에 위치하며, 입출력부(2)로 전송되는 전송 신호와 입출력부(2)로부터 수신되는 수신 신호를 이용하여 임피던스 매칭을 수행한다.

시스템(1)은 일 예로 도 2에 도시된 초음파 시스템의 펄스 발생 장치(10)가 될 수 있으며, 매질(예를 들어, 진단 또는 치료를 위한 신체 부위)에 따라 진단용 또는 치료용 전송 펄스(Tx pulse) 또는 신호를 발생한다.

입출력부(2)에 해당하는 탐침자는 내부/외부 신호 또는 정보를 송/수신하는 장치이다. 일 예로 도 2에 도시된 바와 같이 초음파 또는 MRI, 밀리미터파 등의 경우 프로브(2)에 해당될 수 있으며, 매질로의 초음파/자기/밀리미터파 등의 송신과 매질로부터 에코(echo) 신호를 수신한다.

이때, 초음파 프로브는 전기적 신호를 초음파로 변환하기 위한 엘리먼트(element : 음파 발생 소자)들의 배열로 구성되어지고, 엘리먼트는 RF 채널을 구성한다. MRI의 경우 코일과, 수신부 회로부로 구성될 수 있고, 밀리미터파의 경우 송/수신 안테나가 될 수 있다. 이때, 탐침자(프로브)는 제 2 변환부(150) 또는 임피던스 매칭 장치(100)의 구성요소 전부 또는 일부를 포함하게 되며, 임피던스 매칭 장치(100)의 회로구성 요소들은 독립적으로 존재하거나, 입출력부(2) 또는 시스템(1)에 포함 됨에 따라서, 시스템(1)과 탐침자(입출력부(2)) 사이에 위치하는 커넥터 위치는 가변될 수 있다.

그리고, 도 2에서 프로브는 도 1의 입출력부(2)에 해당되며, 시스템의 구성상 프로브 내부에 제2 변환부(150)가 내장되며, 임피던스 매칭 장치(100) 구성요소 중 일부가 내장 될 수 있다. 그리고 초음파 프로브는 초음파 신호와 전기 신호를 상호 변환하는 트랜스듀서(transducer)를 포함하며, 일반적으로 트랜스듀서는 다수의 초음파 진동자들의 집합체를 구비할 수 있다. 예를 들어, 프로브는 펄스 발생 장치(10)가 발생한 전송 펄스를 초음파 신호로 변환하여, 인체의 진단 또는 치료 부위에 초음파를 방사한 후, 그 반사된 초음파 신호를 전기 신호로 변환하여, 이미지 처리 장치(13)로 전송하고, 이미지 처리 장치는 수신된 신호를 이용하여 영상을 생성할 수 있다. 이때, 프로브의 각 채널 별 특성 임피던스값은 제조 스펙에 따라 결정될 수 있다.

본 발명에서 제시된 도 1의 임피던스 매칭 시스템 구조도에서, 초음파의 경우 펄스 발생 장치와 제2 변환부를 포함한, 캐리어 전송단(100)은 프로브 내부에 구성될 수 도 있으며, 임피던스 매칭 특성을 향상시키기 위해, 각각의 기능블럭의 구성위치는 시스템 또는 프로브 단에 각각 위치 되어질 수 있다.

본 발명에서 임피던스 매칭 장치(100)에 입력되는 펄스의 주파수가 저 주파수일 경우, L의 값이 커지게 된다.

ω²= 1/(LC)

따라서, 본 발명에서는 높은 주파수의 도 1의 제1 변환부(110), 제2 변환부(150) 및 변환 제어부(160)가 포함된, 캐리어 전송단을 추가함으로써, 시스템(1)과 입/출력부(2)의 임피던스 매칭 효율을 높이게 된다. 이러한 캐리어 전송단은 임피던스 매칭 장치(100)에 입/출력 신호를 고주파 신호로 변환시키거나, 캐리어 신호에 실어주는 기능과, 고주파수로 변환되거나 캐리어 신호에 실려진 신호를 원래 신호로 복원 또는 추출해주는 기능을 수행 한다. 따라서, 본 발명에 따라 도 1에 도시된 바와 같이, 임피던스 매칭 장치(100)의 입/출력단에 각각 제 1 및 제 2 변환부(110, 150)를 더 포함시킨다.

임피던스 매칭 장치(100)는 상세하게는 제 1 변환부(110), 매칭 소자 어레이부(120), 어레이 제어부(130), 추출/산출부(140), 제 2 변환부(150) 및 변환 제어부(160)을 포함한다. 본 발명의 임피던스 매칭 장치(100)는 일 실시예로 초음파 시스템 또는 MRI 시스템, 밀리미터파에 적용되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다채널 구조를 가지며, 채널 또는 매질의 특성과 주파수의 가변에 따라서 가변되는 임피던스 매칭이 필요한 다양한 전자 시스템에 적용될 수 있다.

변환부(110, 150)는 제 1 변환부(110)와 제 2 변환부(150)로 구분되어지며, 각각이 Tx/Rx 상태에 따라서 변조 또는 복조 기능과 캐리어 주파수 가변기능, 채널 그룹설정 및 해제 기능을 수행한다.

제 1 변환부(110)가 송신(Tx) 기능을 수행할 때는, 변환 제어부(160) 정보(캐리어 주파수, 변복조 제어정보와 같은 변환부 기능을 수행하기 위해 요구되는 제어정보와 채널 그룹 정보)에 따라, 시스템(1)에서 제공된 펄스(또는 신호) 정보 또는 시스템 특성 정보(탐침자 정보 포함)를 캐리어 주파수에 실어주기 위해, 캐리어 주파수 가변기능과 변조 기능을 수행한다. 이때, Tx 신호는 제 1 변환부(110)의 캐리어 주파수에 실려서 매칭 소자 어레이부(120)을 통과하고, 다시 제 2 변환부(150)에서 해당 캐리어 주파수에 전송된 Tx 정보를 복원 후 다시 입출력부(2)(탐침자)에 전송하게 된다. 또한 제 1 변환부(110) 및 제 2 변환부(150)가 송/수신(Tx/Rx) 기능을 수행할 때, 매칭 소자 어레이부(120)의 R-L-C 소자의 사용 개수를 줄이기 위해, 채널의 그룹을 설정하여 캐리어 주파수에 신호를 실어, 매칭 소자 어레이부(120)에 전송할 수도 있다.

상기 제 1 변환부(110)가 매칭 소자 어레이부(120)에서 수신(Rx) 동작을 할 때는, 변환 제어부(160)에서 설정된 채널 그룹설정 정보에 따라서 캐리어 주파수에 수신된 정보를 복원하고, 시스템(1)에 전달하는 기능을 한다.

상기 제 1 변환부(110)와 제2 변환부(150) 및 변환 제어부(160)는 캐리어 전송단으로 표기할 수 있으며, 캐리어 전송단은 변환 제어부(160)의 제어정보에 따라, 입출력부(2)(탐침자)의 채널 그룹을 설정할 수 있다. 이때, 설정된 채널들의 그룹의 개수에 따라서, 임피던스 매칭 소자의 사용 개수가 변경될 수 있게 된다. 채널의 그룹은 전송대역과 전송율, 그리고 임피던스 특성, 이에 따른 시스템 성능 개선 요구사항에 따라서 변환 제어부(160)에 의해 제어된다.

상기 변환 제어부(160)는 진단 및 치료장비의 리소스(초음파, 전자기장, 전자기파 등)와 해당 시스템의 특성에 적합하게, 캐리어 주파수의 고정 또는 가변이 요구될 경우, 제 1 변환부(110), 제 2 변환부(150) 각각을 제어하기 위한 기능과, 탐침자(프로브) 채널 정보를 독립적으로 전송하거나, 그룹 설정을 통해 전송할 수 있도록 제어 기능 수행한다.

상기와 같이 제 1 변환부(110)는 시스템(1)의 출력단에 연결되어, 시스템(1)으로부터 출력되는 펄스 신호를 캐리어 주파수로 변환하여 출력한다. 그러면, 매칭 소자 어레이부(120)의 L의 값이 감소하게 된다.

상기 제 1 변환부(110)는 시스템(1)으로 입력정보를 전달할 경우, RX의 원래 신호 정보를 변환(또는 복원)하거나 캐리어 신호에 실려진 원래 신호를 추출하여, 시스템(1)에 전송한다.

상기의 매칭소자 어레이부(120)는 R-L-C의 임피던스 매칭 소자의 어레이(array)로 구성되며, 매트릭스 스위칭을 통해 어레이 제어부(130) 입력 정보에 따라, 입출력부(2)(탐침자)와 시스템(1)을 매칭시켜주는 기능을 수행한다. 이때 매칭 소자 어레이부(1200)는 캐리어 전송단인 제1 변환부(110)와 제 2 변환부(150)의 채널 그룹설정 정보에 적합하게 임피던스 매칭 기능이 수행된다. 어레이 제어부(130)는 제1 변환부(110)와 제 2 변환부(150)의 상태정보와 송/수신정보를 추출/산출부(140)로부터 매칭 임피던스값을 전달받아 매칭 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이부(120)의 매칭 소자 어레이를 라우팅한다. 예를 들어, 어레이 제어부(130)는 매칭 임피던스값에 따라 R-L-C 소자의 구성 및 연결 관계를 결정하고, 이에 따른 매트릭스 코드(Matrix Code)를 생성할 수 있다. 이어, 어레이 제어부(130)는 생성한 매트릭스 코드를 매칭소자 어레이부(120)로 다운로드시킴으로써, 매칭소자 어레이부(120)가 매칭 임피던스값에 따라 매칭 소자 어레이를 라우팅하도록 제어할수 있다.

초음파에서는 일반적으로 R-C를 고정시키고, L값을 가변하여 임피던스값을 매칭시킨다. 그리고, 일반적인 임피던스 매칭은 전력전달과 전력출력의 방향에 따라서 각각이 매칭을 하지만, 초음파에서는 전송 펄스 라인과 수신 펄스 라인을 동일하게 사용하고 있기 때문에, 각 채널 별 펄스 에코 정보의 효율을 중요하게 여길 뿐 아니라, 전체 채널의 uniformity(각 채널의 펄스 에코 특성을 균일하게 맞춤)가 이미지 특성에 큰 영향을 끼치게 된다.

또한, 어레이 제어부(130)는 시스템(1)이 전송 펄스를 발생하기 전에 매칭소자 어레이부(120)를 초기화할 수 있다. 예를 들어, 어레이 제어부(130)는 미리 설정된 고정 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이부(120)의 매칭 소자 어레이를 라우팅할 수 있다. 또는, 어레이 제어부(130)는 추출/산출부(140)가 확인된 펄스 정보에 따라 임피던스값을 산출하도록 제어하고, 산출된 임피던스값에 따라 매칭 소자 어레이가 라우팅되도록 제어할 수 있다.

추출/산출부(140)는 전송 펄스와 수신 펄스로부터 펄스 정보를 추출한다. 예를 들어, 추출/산출부(140)는 매칭소자 어레이부(120)를 통과하는 전송 펄스 및 수신 펄스의 진폭, 위상 및 주파수를 측정할 수 있으며, 이로부터 각 채널의 주파수 응답 특성과 센서티비티(Sensitivity) 및 다이나믹 레인지(Dynamic Range)를 포함하는 펄스 정보를 추출할 수 있다.

또한, 추출/산출부(140)는 상기 추출된 전송 펄스 및 수신 펄스의 펄스 정보를 전달받아 매칭 임피던스값을 산출한다. 예를 들어, 추출/산출부(140)는 전송 펄스 및 수신 펄스 각각에 대하여 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보에 상응하는 임피던스값을 산출하고, 전송 펄스에 대하여 수신 펄스의 응답 특성이 가장 좋은 임피던스값을 매칭 임피던스값으로 산출할 수 있다. 일반적으로 초음파에서는, 센서티비티가 높고, 다이나믹 레인지가 넓으면서, 중심 주파수(center frequency)를 중심으로 한 광대역에서 주파수 응답 특성이 좋게 한다.

제 2 변환부(150)는 매칭 소자 어레이부(120)로부터 출력되는 캐리어 주파수를 원래의 전송 펄스로 복원하여 입출력부(2)에 출력하고, 입출력부(2)로부터 수신된 신호를 캐리어 주파수로 변환 (또는 실어주게)한다.

제 2 변환부(150)가 Tx 기능을 수행할 때는 매칭 소자 어레이부(120)에서 수신된 정보를 변환 제어부(160)의 채널 그룹정보와 제어정보에 따라서, 캐리어 신호로부터 Tx 신호(또는 정보)를 복원하고, 복원된 Tx 신호를 입출력부(2)(탐침자)에 전달한다.

제 2 변환부(150)가 Rx 기능을 수행할 때는, 변환 제어부(160)의 제어정보(캐리어 주파수, 각각의 채널 또는 그룹설정 등)에 따라, 입출력부(2)(탐침자)로부터 수신된 정보를 변환 또는 캐리어 신호에 수신신호를 실어서 임피던스 매칭 소자 어레이부(120)에 전달한다.

변환 제어부(160)는 제 1 변환부(110) 및 제 2 변환부(150)을 제어하는 제어부로써, 시스템(초음파/MRI/밀리미터파/멀티케리어 송수신장치, 또는 매질 특성, 손실율 등)(1)의 특성에 따라 제 1 변환부(110) 및 제 2 변환부(150)의 캐리어 주파수를 제어하고, 채널 그룹을 설정한다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 임피던스 매칭 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

310 단계에서, 임피던스 매칭 장치(100)는 시스템(1)으로부터 발생된 전송 펄스를 입력받는다. 발생된 전송 신호는 임피던스 매칭 장치(100)의 캐리어 전송단인 제1 변환부(110)와 제2 변환부(150)와 매칭소자 어레이부(120)를 통과하여 입출력부(2)로 전달되며, 이 전송펄스가 매질에 반사되어 입출력부(2)를 통해 수신되면, 수신 신호가 입출력부(2)로부터 전달되어 캐리어 전송단인 제2 변환부(150)와 제1 변환부(110), 매칭소자 어레이부(120)를 통과하여 시스템(1)에서 수신된다.

이때, 320 단계에서 임피던스 매칭 장치(100)의 제 1 변환부(110)는 시스템(1)에서 출력되는 전송 펄스를 캐리어 주파수 또는 신호로 변환하여 매칭 소자 어레이부(120)를 통과되도록 한다.

330 단계에서, 임피던스 매칭 장치(100)의 추출/산출부(140)는 매칭 소자 어레이부(120)를 통과하는 캐리어 전송단의 제1 변환부(110)와 제2 변환부(150)의 캐리어 신호/주파수와 전송 신호의 정보를 추출한다. 즉, 캐리어 전송단의 송/수신부의 임피던스 매칭에 요구되는 정보와 전송 신호의 진폭, 위상 및 주파수 등을 측정할 수 있다.

그리고, 340 단계에서, 임피던스 매칭 장치(100)의 제 2 변환부(150)는 매칭 소자 어레이부(120)로부터 출력되는 캐리어 신호를 입출력부(2)로 출력 가능한 전송 신호로 변환(or 복원) 하여, 350 단계에서 전송 신호를 출력한다. 이때, 입출력부(2)는 초음파의 경우, 초음파를 발생시키는 프로브에 해당되며, MIR나 밀리미터파, 그리고 무선 통신 기기의 멀티캐리어 송/수신 장비의 경우 안테나가 된다.

그러면, 350 단계에서, 입출력부(2)는 전송 신호를 매질에 출력하고, 매질로부터 반사된 수신 신호를 수신하여 캐리어 전송단인 제2 변환부(150)에 출력한다.

360 단계에서, 임피던스 매칭 장치(100)의 제2 변환부(150)는 입출력부(2)로부터 출력되는 수신 신호/펄스를 수신하여, 370 단계에서 수신 신호의 정보를 캐리어 신호로 변환하여 매칭 소자 어레이부(120)를 통과되도록 한다.

그리고, 380 단계에서 임피던스 매칭 장치(100)의 추출/산출부(140)는 매칭 소자 어레이부(120)를 통과하는 캐리어단의 제2 변환부(150)의 캐리어 신호/주파수와 수신 신호/펄스의 정보를 추출한다. 즉, 캐리어 신호/주파수와 펄스 echo 수신 신호/펄스의 진폭, 위상 및 주파수등의 임피던스 매칭에 요구되는 정보들을 추출하고, 도 2의 신호/펄스 정보 DB에서 관련 정보를 관리한다.

390 단계에서, 임피던스 매칭 장치(100)의 추출/산출부(140)는 상기 추출된 캐리어 신호/주파수와 전송(Tx) 신호/펄스 및 수신(Rx) 신호/펄스의 정보를 이용하여 매칭 임피던스값을 산출한다. 예를 들어, 임피던스 매칭 장치(100)의 추출/산출부(140)는 캐리어 신호/주파수와 전송(Tx) 신호/펄스 및 수신(Rx) 신호/펄스 각각에 대하여 진폭 정보, 위상 정보 및 주파수 정보에 상응하는 임피던스값을 산출하고, 캐리어 전송단에 의해서 손실이 없이, 전송 신호/펄스에 대하여 수신 신호/펄스의 응답 특성이 가장 좋은 매칭 임피던스 값으로 산출할 수 있다.

그리고, 400 단계에서, 임피던스 매칭 장치(100)의 어레이 제어부(130)는 산출된 매칭 임피던스값에 따라 매칭소자 어레이부(120)의 매칭 소자 어레이를 라우팅한다. 도 4는 캐리어 전송단인 제1 변환부(110)와 제2 변환부(150)의 캐리어 전송 주파수에 임피던스 매칭 기능부의 구성도이다. 도 4에서 임의의 장치에서, 캐리어 전송 주파수가 고정될 경우, 임피던스 매칭 기능부는 최적화된 R-L-C 소자 값을 지닐 수 있으며, 캐리어 전송 주파수에 응답 특성에 따라 결정되어진다.

예를 들어, 임피던스 매칭 장치(100)의 어레이 제어부(130)는 매칭 임피던스 추출/산출부(140) 값에 따라 R-L-C소자의 구성 및 연결 관계를 결정하고, 이에 따른 매트릭스 코드(Matrix Code)를 생성할 수 있다. 이어, 임피던스 매칭 장치(100)의 어레이 제어부(130)는 생성한 매트릭스 코드를 매칭소자 어레이부(120)로 전달시킴으로써, 추출/산출부(140)의 매칭 임피던스 값에 따라 매칭소자 어레이부(120)의 매칭 소자 어레이를 라우팅할 수 있다.

상기 매칭 소자 어레이의 라우팅은 R-L-C 각각의 소자들이 일정한 범주의 수치 값들로 어레이되어 있을 때, 최소 또는 최적의 개수들로 요구되는 값을 갖도록 스위칭 매트릭스를 통해 연결되는 것을 나타낸다.

도 4는 본 발명의 실시예가 적용된 예를 나타낸 구성도이다.

도 4(a)는 임의의 시스템(1)의 출력단에 제 1 변환부가 구성되고, 해당 시스템의 인터페이스부와 임의의 시스템(2)인 입출력부에 제2 변환부가 구성되어 각각 또는 단일의 임피던스 매칭 기능부로 연결되는 구조를 나타낸 것이다.

도 4(b)는 도 4(a)의 일일시예로써, 초음파 시스템에 제1변환부가 구성되고, 초음파 프로브에 제2 변환부가 구성되어, 추가된 변환부의 구성에 적합한 임피던스 매칭 기능부가 연결되는 구조를 나타낸 것이다.

도 4(c)는 MRI에 대한 일실시예를 도면으로 나타낸 것이다.

도 4(d)는 임피던스 매칭 기능부의 위치에 대한 일실시예를 나타낸 것으로써, 기능부의 집적여부에 따라서, 시스템부에 포함하거나, 초음파 프루브부에 속하도록 구현할 수있다.

도 4(e)는 캐리어 전송단을 추가하여 무선전송이 가능한 일실시예를 나타낸 것이며, 도 4(f)는 캐리어 전송단을 추가함으로써 광전송이 가능한 초음파 시스템과 초음파 프로브의 일실시예를 나타낸 것이다.

도 4(g)는 케이러 전송단을 통해 케이블을 이용한 고속전송에 대한 일 실시예를 나타낸 것이다. 이때, 도 4(e)와 도 4(f), 도 4(g)의 일실시예는 초음파 진단/치료 장치이외에 CT/MRI/밀리미터파 등 다채널 구조를 가지는 장치들에 적용될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예가 적용될 경우, 무선과 광전송, 유선상의 고속전송 예를 나타낸 구성도이다.

도 5는 캐리어 전송단의 구성예로써, 믹서와 IF단등의 구성들로 저주파 신호를 고주파 신호에 실어주는 기능을 하거나, 고주파 신호에 실려있는 원래의 신호를 추출해주는 기능을 나타내고 있다. 이때, 임피던스 매칭 기능부(2)는 캐리어 전송단인 초음파 시스템과 초음파 프로브 사이에 구성되며, 성능을 높이기 위해, 임피던스 매칭 기능부(1)이 캐리어 신호단에서 원래의 신호로 추출된 후, 최종단에서 임피던스 매칭이 이루어질 수도있다.

도 6은 변환부의 일 실시예에 대해서, 임피던스 매칭 기능부(2)는 캐리어 전송단의 고주파 전송 신호에 대한 임피던스 매칭 기능을 나타낸 것이며, 임피던스 매칭 기능(1)은 복원된 신호에 대한 Line 임피던스 매칭이 추가적으로 적용 될 수도 있음을 나타낸 구성도 이다.

상기 임피던스 매칭 기능부(2)는 캐리어 전송단인 제1 변환부를 포함하는 초음파 시스템과, 제2 변환부를 포함하는 프로브가 연결될 때, 두 장치간의 임피던스 매칭 기능을 수행하는 기능부이다.

임피던스 매칭 기능부(1)은 제1 변환부가 Rx 모드일 때, Baseband로 추출된 신호를 시스템에 정합하기 하기 위함이며 (낮은 신호 레벨을 최적화 하기 위한 용도로 사용되며), 도 6의 초음파 시스템의 신호처리부 또는 초음파 처리부에 전달한다.

도 6의 신호 처리부는 Baseband로 추출된 신호의 특성(레벨, 노이즈, 감도, etc)을 보상하기 위한 기능을 수행한다.

도 6의 초음파 처리부는 신호 처리부의 수행을 포함하며, ADC 이후의 초음파 신호처리, 빔포밍 및 데이터 전송기능들 중, 적어도 하나를 포함하며, 추출된 영상 정보를 초음파 영상 디스플레이 장치에 전달한다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 임피던스 매칭 방법은 다양한 전자적으로 정보를 처리하는 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되거나, 멀티플렉서 소자 또는 저장 매체에 기록될 수 있다. 저장 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.

저장 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 소프트웨어 분야 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 저장 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 또한 상술한 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 전자적으로 정보를 처리하는 장치, 예를 들어, 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.

상술한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

본 발명은 저주파 신호를 사용하는 시스템에서 다채널 구조를 가지거나, 고속의 데이터 전송이 요구될 경우, 시스템의 간소화와 성능개선을 위해 반드시 요구된다. 따라서, 초음파 진단기 또는 치료기 시스템과 초음파 프로브, MRI(자기공명영상장치), CT, 밀리미터파 등에서 활용이 가능하며, 일반 산업용 장치에서도 활용이 가능하다.

Claims (6)

1. 저주파 신호를 고주파 신호에 실어주거나 고주파 신호에서 원래의 신호를 추출해주는 캐리어 전송단인 변환부를 포함하는 임피던스 매칭 장치;
2. 상기 청구 1항을 포함하는 초음파 장치;
3. 상기 청구 1항을 포함하는 초음파 장치;
4. R-L-C 어레이 프로그래머블 디바이스;
5. 상기 청구 1항을 포함하는 프로그래머블 디바이스;
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 임피던스매칭장치를 구비하는 초음파 장치;

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