KR20170046581A

KR20170046581A - 트랜스듀서 컨트롤러 및 그를 위한 회로의 형성 방법

Info

Publication number: KR20170046581A
Application number: KR1020160133467A
Authority: KR
Inventors: 지리 쿠테즈; 파벨 호르스키
Original assignee: 세미컨덕터 콤포넨츠 인더스트리즈 엘엘씨
Priority date: 2015-10-21
Filing date: 2016-10-14
Publication date: 2017-05-02
Also published as: JP2017122708A; CN106612484B; KR102180166B1; CN106612484A

Abstract

일 실시예에서, 트랜스듀서 컨트롤러는 트랜스듀서를 구동하기 위한 제1 주파수를 갖는 구동 신호를 형성하도록 구성된다. 구동 신호는 주기 및 절반 주기를 가지며, 절반 주기의 제1 부분 동안 트랜스듀서를 구동한다. 트랜스듀서 컨트롤러는 절반 주기의 제2 부분 동안, 트랜스듀서에 의해 형성되는 전압을 감지하고, 전압의 부분들을 측정하고 제1 주파수와 트랜스듀서의 공진 주파수 사이의 위상 오차를 추정하고, 제1 주파수를 위상 오차를 감소시키는 제2 주파수로 조절하도록 구성된다.

Description

트랜스듀서 컨트롤러 및 그를 위한 회로의 형성 방법{METHOD OF FORMING A TRANSDUCER CONTROLLER AND CIRCUIT THEREFOR}

선행 가출원에 대한 우선권 주장

본 출원은 사건 번호가 ONS02087인, 공동 발명자들 쿠테즈(Kutej) 등의 2015년 10월 21일자로 출원된, 발명의 명칭이 "트랜스듀서 컨트롤러 및 그를 위한 회로의 형성 방법(METHOD OF FORMING A TRANSDUCER CONTROLLER AND CIRCUIT THEREFOR)"인 선행 출원된 가출원 제62/244,391호에 대해 우선권을 주장하며, 이 출원은 이로써 본 명세서에 참고로 포함된다.

본 발명은 일반적으로 전자 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체들, 그의 구조들, 및 반도체 디바이스들을 형성하는 방법들에 관한 것이다.

과거, 전자 장치 산업은 초음파 트랜스듀서(ultrasonic transducer)들을 위한 컨트롤러(controller)들을 형성하기 위해 다양한 방법들 및 회로를 이용하였다. 일부 응용들에서, 초음파 트랜스듀서는 거리 측정 시스템의 일부로서 사용되었을 수 있다. 거리 측정 시스템은 주차 보조(parking assistance) 응용들을 위해 거리 측정을 제공하는 것과 같이 거리들을 검출하기 위해 차량들에서 사용될 수 있다. 초음파 트랜스듀서들 중 일부는 음향 신호(acoustic signal)들의 송신 및 반사된 음향 신호들의 수신에 사용될 수 있는 좁은 주파수 대역을 가졌을 수 있다. 그러한 주파수는 트랜스듀서의 공진 주파수(resonant frequency) 또는 트랜스듀서 공진 주파수로서 지칭될 수 있다. 전형적으로, 트랜스듀서 공진 주파수는 다양한 환경 조건들에 의해 영향을 받았을 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서 공진 주파수는 주위 온도에 의존했을 수 있다. 또한, 빗물 또는 얼음이 트랜스듀서 상에 형성될 수 있고, 트랜스듀서 공진 주파수에 또한 영향을 주었을 수 있다.

따라서, 트랜스듀서(12) 공진 주파수의 변화들을 조절할 수 있는 트랜스듀서 컨트롤러를 갖는 것이 유리할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압전(piezo-electric) 트랜스듀서를 갖는 음향 측정 시스템의 일부의 일 실시예의 일례를 개략적으로 예시하는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 도 1의 트랜스듀서의 간이 등가 회로 모델의 일 실시예의 일례를 개략적으로 예시하는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 도 1의 컨트롤러의 동작 결과로서 형성된 일부 신호들의 일례의 일 실시예를 예시하는 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 도 1의 컨트롤러의 일 실시예의 동작 동안 형성된 신호들 중 일부의 실시예들의 비제한적인 예들을 예시하는 그래프들을 포함하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 도 1의 컨트롤러의 일 실시예의 동작 동안 형성된 신호들 중 일부의 실시예들의 비제한적인 예들을 예시하는 그래프.
도 6은 본 발명에 따른 도 5의 그래프의 부분들의 확대도의 일 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 도 5의 그래프의 부분들의 확대도의 일 실시예의 다른 비제한적인 예를 예시하는 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 위상 오차(phase error)와 계산된 비율(R) 사이의 의존성의 일 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 도 1의 회로의 일부일 수 있는 회로의 일 실시예의 일례의 일부를 개략적으로 예시하는 도면.
도 10은 본 발명에 따른 도 1의 컨트롤러의 일 실시예에 의해 형성될 수 있는 일부 신호들을 예시하는 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 도 1의 컨트롤러의 적어도 일부의 대안적인 실시예일 수 있는 트랜스듀서 컨트롤러의 일부의 일 실시예의 일례를 개략적으로 예시하는 도면.
도 12는 본 발명에 따른 도 11의 컨트롤러의 동작으로부터 발생하는 일부 신호들의 일 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 그래프.
도 13은 본 발명에 따른 도 11의 컨트롤러의 동작으로부터 발생하는 일부 신호들의 일 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 그래프.
도 14는 본 발명에 따른 도 1 또는 도 11의 컨트롤러의 일부의 대안적인 실시예일 수 있는 구동 회로의 일 실시예의 일부의 일례를 개략적으로 예시하는 도면.
도 15는 본 발명에 따른 3 단자 트랜스듀서의 일 실시예의 일부의 일례를 개략적으로 예시하는 도면.
도 16은 본 발명에 따른 구동 주기(drive period)의 일 실시예 동안의 신호들 중 일부의 일 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 그래프.
도 17은 본 발명에 따른 도 1 또는 도 11의 컨트롤러의 일 실시예를 포함하는 반도체 디바이스의 확대 평면도를 예시하는 도면.
예시(들)의 간소화 및 명료화를 위해, 도면들 내의 요소들은 반드시 축척대로 도시된 것은 아니고, 요소들 중 일부는 예시의 목적들을 위해 과장될 수 있으며, 상이한 도면들 내의 동일한 도면 부호들은 달리 언급되지 않는 한 동일한 요소들을 나타낸다. 게다가, 잘 알려진 단계들 및 요소들의 설명들 및 상세 사항들은 설명의 간소화를 위해 생략될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전류 운반 요소 또는 전류 운반 전극은 MOS 트랜지스터(transistor)의 소스(source) 또는 드레인(drain), 또는 양극성 트랜지스터의 이미터(emitter) 또는 컬렉터(collector), 또는 다이오드의 캐소드(cathode) 또는 애노드(anode)와 같이, 디바이스를 통해 전류를 운반하는 디바이스의 요소를 의미하며, 제어 요소 또는 제어 전극은 MOS 트랜지스터의 게이트(gate) 또는 양극성 트랜지스터의 베이스(base)와 같이, 디바이스를 통해 전류를 제어하는 디바이스의 요소를 의미한다. 게다가, 하나의 전류 운반 요소는 디바이스에 들어가는 전류를 운반하는 것과 같이 디바이스를 통해 하나의 방향으로 전류를 운반할 수 있고, 제2 전류 운반 요소는 디바이스로부터 나가는 전류를 운반하는 것과 같이 디바이스를 통해 반대 방향으로 전류를 운반할 수 있다. 본 명세서에서는 디바이스들이 소정의 N 채널 또는 P 채널 디바이스들, 또는 소정의 N형 또는 P형 도핑 영역(doped region)들로서 설명될 수 있지만, 당업자는 본 발명에 따라 상보적인 디바이스들이 또한 가능하다는 것을 인식할 것이다. 당업자는 전도 유형이 정공들 또는 전자들의 전도를 통하는 것과 같이 전도가 일어나는 메커니즘을 지칭한다는 것을, 그에 따라 전도 유형이 도핑 농도가 아니라 P형 또는 N형과 같은 도핑 유형을 지칭한다는 것을 이해한다. 당업자들은 회로 동작에 관하여 본 명세서에서 사용되는 바와 같은 중에, 동안, 및 때라는 표현들이 개시 동작 시에 즉시 동작이 일어나는 것을 의미하는 정확한 용어들이 아니고 초기 동작에 의해 개시되는 반응 사이에, 다양한 전파 지연들과 같은, 일부 작지만 적당한 지연(들)이 있을 수 있다는 것을 인식할 것이다. 게다가, 동안이라는 용어는 소정 동작이 적어도 개시 동작의 지속기간의 일부 부분 내에서 일어난다는 것을 의미한다. 대략 또는 실질적으로라는 표현의 사용은 요소의 값이 언급된 값 또는 위치에 근접할 것으로 예상되는 파라미터를 갖는다는 것을 의미한다. 그러나, 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 값들 또는 위치들이 정확히 언급된 바와 같이 되지 못하게 하는 사소한 변동들이 항상 존재한다. 당업계에서는 적어도 10 퍼센트(10%)까지의(그리고 반도체 도핑 농도들을 포함하는 일부 요소들에 대해서는 20 퍼센트(20%)까지의) 변동들이 정확히 설명된 바와 같은 것의 이상적인 목표로부터의 적당한 변동들이라는 것이 잘 확립되어 있다. 신호의 상태와 관련하여 사용될 때, "표명(asserted)"이라는 용어는 신호의 활성 상태를 의미하며, "부정(negated)"이라는 용어는 신호의 비활성 상태를 의미한다. 신호의 실제 전압 값 또는 ("1" 또는 "0"과 같은) 로직 상태(logic state)는 긍정 또는 부정 로직이 사용되는지에 의존한다. 따라서, 표명은 긍정 또는 부정 로직이 사용되는지에 따라 하이(high) 전압 또는 하이 로직 또는 로우(low) 전압 또는 로우 로직일 수 있으며, 부정은 긍정 또는 부정 로직이 사용되는지에 따라 로우 전압 또는 로우 상태 또는 하이 전압 또는 하이 로직일 수 있다. 본 명세서에서는, 긍정 로직 규약이 사용되지만, 당업자들은 부정 로직 규약이 또한 사용될 수 있다는 것을 이해한다. 청구범위에서 또는/그리고 도면들의 상세한 설명에서, 요소의 명칭의 일부에 사용되는 바와 같은 제1, 제2, 제3 등의 용어들은 유사한 요소들을 구별하기 위해 사용되며, 반드시 시간적으로, 공간적으로, 순위에서 또는 임의의 다른 방식으로 순서를 설명하기 위해 사용되는 것은 아니다. 그렇게 사용된 용어들은 적절한 상황들에서 상호 교환가능하고 본 명세서에서 설명된 실시예들은 본 명세서에서 설명된 또는 예시된 것과 다른 순서들로 동작이 가능하다는 것을 이해해야 한다. "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 언급은 그 실시예와 관련하여 설명되는 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 다양한 곳들에서 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"라는 구절들의 출현들은 반드시 모두가 동일한 실시예를 지칭하지는 않지만, 일부 경우들에서는 그러할 수 있다. 더욱이, 특정 특징들, 구조들 또는 특성들은 당업자에게 명백할 바와 같이, 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 도면들의 명료화를 위해, 디바이스 구조들의 도핑 영역들은 대체로 직선인 에지들 및 정확히 각진 코너들을 갖는 것으로 예시된다. 그러나, 당업자들은 도펀트(dopant)들의 확산 및 활성화로 인해, 도핑 영역들의 에지들이 일반적으로 직선들이 아닐 수 있고, 코너들이 정확한 각도들로 있지 않을 수 있다는 것을 이해한다.
또한, 설명은 (본체 영역이 긴 패턴으로, 전형적으로 사행형(serpentine) 패턴으로 형성된 단일 영역으로 구성되는) 단일 본체 설계 대신에 (본체 영역들이 복수의 셀형(cellular) 영역들인) 셀형 설계를 예시한다. 그러나, 설명은 셀형 구현 및 단일 베이스 구현 양자에 적용될 수 있는 것으로 의도된다.
아래에서 적합한 것으로 예시되고 설명되는 실시예들은 실시예들을 가질 수 있고/있거나 본 명세서에서 구체적으로 개시되지 않는 임의의 요소 없이도 실시될 수 있다.

도 1은 압전 트랜스듀서(Pz) 또는 음향 트랜스듀서 또는 트랜스듀서(12)를 갖는 음향 측정 시스템(10)의 일부의 일 실시예의 일례를 개략적으로 예시한다. 트랜스듀서(12)의 일 실시예는 신호 단자(17) 및 제2 단자(18)를 가질 수 있다. 트랜스듀서(12)의 하나의 실시예에서, 단자(17)는 트랜스듀서(12)를 진동하도록 여기(excite)시키기 위한 구동 신호를 수신하도록 구성될 수 있으며, 또한 반사 또는 잔향(reverberation)을 나타내는 신호를 형성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단자(18)는 공통 기준 전압에 접속될 수 있거나, 대안적으로 트랜스듀서(12)로부터의 신호들의 형성을 돕기 위해 수신기에 접속될 수 있다. 시스템(10)은 2 단자 트랜스듀서를 사용하는 것으로 예시된다. 아래에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어 3 단자 트랜스듀서와 같은 다른 유형들의 트랜스듀서들이 또한 사용될 수 있다. 게다가, 시스템(10)은 때때로 무변압기(transformer-less) 시스템으로서 지칭되는데, 이는 변압기가 트랜스듀서(12)를 컨트롤러에 또는 구동기 회로에 결합하는 데 사용되지 않기 때문이다.

도 2는 트랜스듀서(12)의 간이 등가 회로 모델의 일 실시예의 일례를 개략적으로 예시한다. 일부 응용들에서, 트랜스듀서(12)는 인덕터(inductor)(14)와 직렬로 그리고 저항기(13)와 직렬로 접속되는 커패시터(capacitor)(15)를 갖는 직렬 공진 네트워크로서 모델링될 수 있으며, 이들 모두는 기생 커패시터(parasitic capacitor)(Cp)(16)와 병렬로 접속된다.

도 1로 돌아가면, 시스템(10)은 또한 트랜스듀서(12)의 공진 주파수의 변화들을 포함하는 트랜스듀서(12)의 공진 주파수에 응답하여 형성되는 주파수 및/또는 위상을 갖는 구동 신호(45)를 형성하도록 구성될 수 있는 트랜스듀서 컨트롤러(20)를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "공진 주파수"라는 구절은 트랜스듀서(12)의 공진 주파수의 변화들을 포함하는 트랜스듀서(12)의 공진 주파수를 의미한다.

컨트롤러(20)는 전압 입력(21)과 공통 복귀(22) 사이에서 컨트롤러(20)를 동작시키기 위한 전력을 수신하도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 복귀(22)는 예를 들어 접지 기준 전압과 같은 공통 전압에 접속될 수 있거나, 상이한 전압에 접속될 수 있다. 시스템(10)은 트랜스듀서(12)의 단자(18)가 복귀(22)에 접속될 수 있는 실시예를 가질 수 있다. 컨트롤러(20)는 일 실시예에서 트랜스듀서(12)로부터 신호들을 수신하도록 구성될 수 있는 입/출력 단자들(23, 24)을 갖는다. 컨트롤러(20)의 수신기 회로 또는 RX 또는 RX 회로(28)가 트랜스듀서(12)로부터 신호들을 수신하도록 구성될 수 있다. 단자들(23, 24) 또는 대안적으로 단자(23)의 일 실시예가 또한 트랜스듀서(12)에 구동 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(20)의 Tx 구동기 회로 또는 Tx 또는 Tx 회로 또는 구동 회로(41)가 트랜스듀서(12)를 구동 또는 여기시키기 위한 구동 신호(45)를 형성하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 단자(24)가 생략될 수 있다. 컨트롤러(20)의 제어 회로(32)가 회로(28)로부터 예를 들어 신호(33)와 같은 신호들을 수신하고, 예를 들어 신호들(36-37)과 같은 신호들을 제공하여 신호(45) 및/또는 회로(41)의 동작의 일부를 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로(32)는 예를 들어 아래에서 추가로 설명되는 방법을 형성하기 위한 프로그램을 저장할 수 있는 판독 전용 메모리 또는 다른 구조와 같은 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하도록 형성될 수 있다.

컨트롤러(20)의 일 실시예는 트랜스듀서(12)를 제어하여 거리를 측정하기 위한 측정 사이클을 형성하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(20)는 구동 위상 또는 송신 위상 및 거리를 측정하는 데 사용될 수 있는 반사된 음향 신호 또는 반향(echo)을 나타내는 신호를 수신하는 것을 포함할 수 있는 후속 거리 측정 위상을 포함하도록 측정 사이클을 형성하도록 구성될 수 있는 실시예를 가질 수 있다. 반향은 송신 위상에 의해 형성되는 송신된 음향 신호로부터 수신되는 반향이다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 송신 위상 후에 그리고 거리 측정 위상 전에 활성 제동(damping) 위상을 포함하도록 측정 사이클을 형성하는 것을 또한 포함할 수 있다.

송신 위상은 거리를 측정하는 데 사용되는 송신된 음향 신호를 형성하도록 트랜스듀서(12)를 여기시키기 위한 하나 이상의 사이클들을 갖는 구동 신호(45)로 트랜스듀서(12)를 구동하는 것을 포함할 수 있다. 구동 신호(45)의 값은 사이클 동안 변할 수 있다. 구동 신호(45)의 사이클은 송신된 음향 신호를 형성하기 위한 제1 주기 또는 구동 주기를 포함할 수 있다. 아래에서 추가로 알 수 있는 바와 같이, 컨트롤러(20)의 일 실시예는 공진 주파수와 신호(45)의 주파수 사이에 차이가 존재하는 것으로 결정하고, 차이에 응답하여 신호(45)의 주파수를 변경하도록 구성될 수 있다. 공진 주파수와 신호(45)의 주파수 사이의 차이의 존재는 본 명세서에서 "주파수 차이"로서 지칭된다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 해당 주파수에 대한 임의의 변화들을 포함하는, 거리를 측정하기 위한 음향 신호를 송신하는 데 사용되는 신호(45)의 주파수는 "구동 주파수"로서 지칭된다. 주파수 차이를 결정하고 공진 주파수와 실질적으로 동일하도록 구동 주파수를 조절하는 것은 측정의 감도 및 정확도를 개선하도록 컨트롤러(20)를 구성하는 것을 용이하게 하며, 일부 실시예들에서는 물체들이 검출될 수 있는 거리를 증가시킬 수 있다.

도 3은 거리를 측정하는 데 사용되는 송신 위상의 일부로서 컨트롤러(20)가 트랜스듀서(12)를 구동한 결과로서 형성된 일부 신호들의 일례의 일 실시예를 예시하는 그래프이다. 도 3의 플롯(plot)들은 트랜스듀서(12)를 제어하는 방법의 일 실시예의 일례의 일부 조건들의 비제한적인 예시적인 실시예를 예시하며, 그러한 방법은 컨트롤러(20)에 의해 수행될 수 있다. 플롯(51)은 스위치(46)의 상태들을 예시하고, 플롯(52)은 스위치(47)의 상태들을 예시한다. 플롯(53)은 트랜스듀서(12) 양단에 형성되는 전압(25)을 예시한다. 플롯(54)은 트랜스듀서(12) 내에서 흐르는 순환 전류를 예시한다. 이러한 설명은 도 1 및 도 3을 참조한다.

트랜스듀서(12)를 제어하는 방법의 하나의 예시적인 실시예에서, 컨트롤러(20)는 구동 주파수 및 도 3에 "Tx 주기"로서 라벨링된 대응하는 구동 주기(55)를 갖도록 구동 신호(45)를 형성하도록 구성될 수 있다. 구동 주기(55)는 "½ Tx 주기"로서 라벨링된 2개의 절반 주기(half-period)들(49, 50)을 포함한다. 일 실시예에서, 컨트롤러(20)는 구동 주기(55)의 하나의 절반 주기 동안 하나의 극성을 갖는 신호(45)를 인가하고, 구동 주기(55)의 연속되는 절반 주기 동안 반대 극성을 갖는 신호(45)를 인가하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(20)의 일 실시예는 송신 위상이 거리를 측정하기 위한 송신된 음파를 생성하도록 트랜스듀서(12)를 구동하기 위한 신호(45)를 형성하는 것을 포함하는 트랜스듀서(12)를 제어하는 방법을 형성하도록 구성될 수 있다. 신호(45)는 트랜스듀서(12)의 단자들(17, 18) 사이에서 잔향 신호를 형성할 수 있는 트랜스듀서(12) 내의 순환 전류를 유도할 수 있다. 잔향 신호의 주파수 및 위상은 트랜스듀서(12)의 발진들, 예를 들어 트랜스듀서(12)의 공진 회로 내측에서 순환하는 것으로 간주될 수 있는 순환 전류로부터 발생하는 발진들의 위상 및 주파수에 의존한다. 트랜스듀서(12) 내의 순환 전류는 단자들(17, 18) 사이에 전압을 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 순환 전류에 의해 형성되는 전압은 트랜스듀서(12)의 순환 전류의 적분일 수 있다. 따라서, 잔향 신호는 전압 또는 전류일 수 있다. 잔향 신호는 컨트롤러(20)에 의해 수신될 수 있고, 컨트롤러(20)는 주파수 차이를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 회로(28)는 잔향 신호를 전압으로서 수신할 수 있고, 회로(32)는 주파수 차이를 검출하도록 구성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 전류를 나타내는 신호를 사용하도록 구성될 수 있다. 잔향 신호의 위상 및 주파수는 공진 주파수의 위상 및 주파수를 나타낼 수 있다.

컨트롤러(20)의 일 실시예는 예를 들어 절반 주기들(49 또는 50) 중 하나 이상과 같은 신호(45)의 절반 주기의 일부 또는 일정 백분율 동안 신호(45)를 인가하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(20)는 절반 주기의 나머지의 적어도 일부에서 주파수 차이를 검출하도록 구성될 수 있는 실시예를 포함할 수 있다. 예를 들어 절반 주기(49)와 같은 제1 절반 주기 동안, 스위치(46)가 인에이블(enabled) 또는 폐쇄될 수 있고, 스위치(47)가 개방 또는 디스에이블(disabled)되어, 절반 주기의 일부 또는 일정 백분율 동안 신호(45)를 트랜스듀서(12)에 인가할 수 있다. 예를 들어, 플롯(52) 내에 구동으로서 라벨링된 부분 동안. 그러한 동일한 절반 주기의 다른 부분 또는 다른 백분율 또는 대안적으로 절반 주기의 나머지 동안, 회로(41)는 트랜스듀서(12)를 구동하지 않도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 플롯(53) 내에 HiZ로서 라벨링된 부분. 일부 실시예들에서, 회로(41)의 출력은 하이 임피던스 상태(high impedance state)에 놓일 수 있다. 예를 들어, 양 스위치들(46, 47)이 개방 또는 디스에이블될 수 있고, 컨트롤러(20)가 단자들(23, 24) 상에 또는 대안적으로 그들 사이에 하이 출력 임피던스를 형성할 수 있다. 일부 실시예들에서, 하이 임피던스는 1 메가옴(meg-ohm)을 초과하는 값일 수 있다. 회로(41)의 출력이 트랜스듀서(12)를 구동하고 있지 않고 컨트롤러(20)가 하이 임피던스를 갖는 동안의 구동 절반 주기의 부분은 본 명세서에서 "HiZ 간격"으로서 지칭될 수 있다. 일 실시예는 컨트롤러(20)가 또한 신호(45) 내의 다른 곳들에 HiZ 간격을 형성하도록 구성될 수 있는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(20)는 구동 주기 내에 한 번만 HiZ 간격을 형성하도록 구성될 수 있거나, 예를 들어 절반 주기의 끝 대신에 절반 주기의 중간 또는 구동 주기의 중간의 대략 시작에 또는 대안적으로 그 근처와 같은 절반 주기 내의 다른 곳들에 HiZ 간격을 형성하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(20)는 HiZ 간격의 적어도 일부 동안 트랜스듀서(12)의 잔향 또는 공진 발진에 의해 형성되는 잔향 신호를 모니터링하도록 구성될 수 있으며, 컨트롤러(20) 또는 대안적으로 회로(32)는 주파수 차이를 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 절반 주기(50)와 같은 제2 구동 절반 주기 동안, 스위치(47)(도 1)는 인에이블 또는 폐쇄될 수 있고, 스위치(46)는 개방 또는 디스에이블되어, 제2 구동 절반 주기의 일부 또는 일정 백분율 동안 트랜스듀서(12)에 반대 극성을 갖는 신호(45)를 인가할 수 있다. 그러한 동일한 제2 구동 절반 주기의 다른 부분 또는 대안적으로 제2 구동 절반 주기의 나머지 동안, 회로(41)는 다시 HiZ 간격을 형성하기 위해 트랜스듀서(12)를 구동하지 않기 위한 상태에 놓일 수 있거나, 대안적으로 하이 임피던스 상태에 놓을 수 있으며, 컨트롤러(20) 또는 대안적으로 회로(32)는 다시 주파수 차이를 결정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러(20) 또는 대안적으로 회로(32)는 절반 주기들(49 또는 50) 중 하나만의 주파수 차이를 검출하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(20)는 제1 절반 주기 동안 수신된 잔향 신호로부터 주파수 차이를 검출한 후에 공진 주파수에 더 가깝도록 구동 주파수를 조절하고/하거나, 제2 절반 주기 동안 수신된 잔향 신호로부터 주파수 차이를 검출한 후에 공진 주파수에 더 가깝게 구동 주파수를 조절하도록 구성될 수 있다.

컨트롤러(20)는 측정 사이클의 송신 위상을 완료하기 전에 소정 수의 사이클들 동안 구동 주기(55)를 반복하도록 구성될 수 있다. 당업자들은 일부 실시예들에서 트랜스듀서(12)가 잔향하기에 충분한 에너지를 저장하기 전에, 그에 따라 일련의 구동 주기들(55)을 형성하기 시작하기 전에 소수의 사이클들 동안 트랜스듀서(12)를 구동하는 것이 필요할 수 있다는 것을 인식할 것이다.

도 4는 공진 주파수의 예시적인 일 실시예에 대한 상이한 구동 신호 주파수들에 대한 신호(45)의 위상 및 잔향 신호의 위상의 실시예들의 비제한적인 예들을 예시하는 그래프들을 포함한다. 플롯들(56)은 신호(25)를 예시하고, 플롯들(57)은 트랜스듀서(12) 내의 순환 전류를 예시한다. 가로 좌표는 시간을 지시하고, 세로 좌표는 예시된 신호들의 증가하는 값을 지시한다. 가로 좌표는 사이클의 시간 간격이 주기의 100 퍼센트가 되게 예시되도록 정규화된다.

도 4a의 그래프들은 구동 주파수가 공진 주파수와 실질적으로 동일한 예를 예시한다. 예시된 바와 같이, 2개의 신호들 사이의 위상 시프트(phase shift)는 실질적으로 0이다.

도 4b의 그래프들은 구동 주파수가 공진 주파수보다 큰 예를 예시한다. 구동 주파수가 공진 주파수보다 크므로, 순환 전류는 신호(45)보다 늦다. 이것은 양(positive)의 위상 시프트 또는 양의 위상 오차로서 참조되는데, 이는 전류 신호가 신호(45) 뒤에 발생하기 때문이다. 예시된 예는 대략 40도의 양의 위상 오차(40°)를 도시한다.

도 4c의 그래프는 구동 주파수가 공진 주파수보다 낮은 예를 예시한다. 구동 주파수가 공진 주파수보다 낮으므로, 전류 신호는 신호(45)보다 앞서며, 이는 음(negative)의 위상 시프트 또는 음의 위상 오차를 유발한다. 도 4c에 예시된 예는 대략 40도의 음의 위상 오차(-40°)를 예시한다.

일 실시예에서, 컨트롤러(20)는 순환 전류와 신호(45) 사이의 위상 차이, 그에 따라 위상 오차를 추정하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(20)는 이어서 위상 오차를 이용하여 구동 주파수를 공진 주파수에 더 가깝도록 어느 방향(증가 또는 감소)으로 조절할지를 추정하도록 구성될 수 있다. 일 실시예는 컨트롤러(20)가 구동 주파수를 공진 주파수와 실질적으로 동일하도록 또는 대안적으로 공진 주파수에 더 가깝도록 조절하도록 구성될 수 있는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 주파수를 공진 주파수와 실질적으로 동일하도록 조절하는 데에 하나 초과의 사이클(55)이 걸릴 수 있다.

일 실시예는 컨트롤러(20)가 신호(45)의 절반 주기마다 신호(45)와 순환 전류 사이의 위상 오차를 계산 또는 결정 또는 추정하도록 구성될 수 있거나, 단지 구동 주기들의 일부 또는 대안적으로 신호(45)의 절반 주기들의 일부 동안 위상 오차를 계산 또는 결정 또는 추정하도록 구성될 수 있는 것을 포함할 수 있다. 컨트롤러(20) 또는 대안적으로 회로(32)는 HiZ 간격의 적어도 일부 동안 트랜스듀서(12)의 잔향 신호를 수신하도록 구성될 수 있는 실시예를 가질 수 있다. 회로(32)의 일 실시예는 또한 하나 이상의 HiZ 간격들의 적어도 일부 동안 위상 오차를 계산 또는 결정 또는 추정하도록 구성될 수 있다.

도 5는 컨트롤러(20)의 일 실시예의 동작 동안 형성된 신호들 중 일부의 비제한적인 예를 예시하는 그래프이다. 플롯들(75-77)은 신호(45)의 3개의 상이한 주파수들에 대한 전압(25)을 예시하며, 각각에 대한 대응하는 위상 오차가 식별된다. 플롯(75)은 공진 주파수와 실질적으로 정합되는 구동 주파수를 갖는 신호(45)의 일 실시예를 예시한다. 플롯들(76, 77)은 각각 공진 주파수보다 높거나 낮은 구동 주파수를 갖는 신호(45)의 일 실시예를 예시한다. 가로 좌표는 시간을 지시하고, 세로 좌표는 예시된 신호들의 증가하는 값을 지시한다. 당업자들은 컨트롤러(20)가 트랜스듀서(12)를 구동하고 있는 구동 주기 또는 절반 주기의 부분 동안 전압(25)이 구동 신호(45)를 나타내고, 구동 주기 또는 절반 주기의 HiZ 간격 또는 부분 동안 전압(25)이 잔향 신호를 나타낸다는 것을 인식할 것이다. 플롯들(75-77)에서, HiZ 간격들은 점선 원들에 의해 일반적인 방식으로 식별된다.

도 6은 도 5의 점선 원들 중 하나에 의해 강조되는 도 5의 부분의 확대도의 일 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 그래프이다. 주파수 차이를 검출하고/하거나 위상 오차를 추정하기 위한 방법의 하나의 예시적인 실시예는 신호(45)와 트랜스듀서(12) 내의 순환 전류 사이의 위상 오차를 나타내는 것으로서 잔향 신호의 곡률을 측정 또는 추정하는 것일 수 있다. 위상 오차는 2개의 주파수들 사이의 차이의 양에 더하여 주파수 차이를 검출하는 데 사용될 수 있다. 이러한 설명은 도 5 내지 도 7을 참조한다.

주파수 차이를 검출하는 방법은 예를 들어 HiZ 간격의 일부 동안과 같은, 잔향 신호의 곡률을 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 방법은 또한 위상 오차를 추정하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, HiZ 간격 내의 상이한 지점들에서 잔향 신호의 값을 측정하는 것. 상이한 지점들 사이의 시간 간격 및 신호의 진폭은 위상 오차를 결정 또는 추정 또는 계산하는 데 사용될 수 있다. 컨트롤러(20)는 구동 주파수와 공진 주파수 사이의 위상 오차를 지시할 수 있는 신호의 파형의 형상을 계산하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 신호(45)와 순환 전류 사이의 위상 오차.

예시적인 일 실시예에서, 컨트롤러(20)는 예를 들어 전압(25)과 같은 잔향 전압의 파형의 일부의 형상을 계산 또는 추정하고, 추정된 형상을 이용하여 위상 오차를 추정하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(20)는 HiZ 간격의 상이한 시간 지점들에서의 잔향 신호의 값 사이의 비율(R)을 결정하도록 구성될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 3개의 상이한 지점이 사용될 수 있다. 방법은 컨트롤러(20)의 출력이 하이 임피던스 상태가 되는 시간에 또는 그 근처에서 잔향 신호의 값으로서 제1 지점을 측정한 후에 HiZ 간격 동안 2개의 추가 지점들에서 잔향 신호의 값을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 시간 지점 또는 초기 시간 지점은 신호의 값이 값 M0일 수 있는 시간 TI에 의해 예시될 수 있다. 2개의 추가 지점들의 실시예들의 예들이 도 6에 예시된 바와 같이 시간 T1에서의 값 M1 및 예를 들어 시간 T2와 같은 상이한 시간 지점에서의 값 M2로서의 신호의 값으로서 지시된다. 값들 M1 및 M2는 화살표들에 의한 신호의 각각의 실시예에 대해 일반적인 방식으로 예시된다. 플롯들(75-77) 각각에 대한 M0에 대한 값들은 그것들이 초기 지점 TI에서 또는 그 근처에서 발생하므로 실질적으로 유사할 수 있다. 각각의 플롯(75-77)에 대한 M1 및 M2의 값들은 상이한데, 이는 각각의 플롯이 상이한 위상 오차를 나타내고, 따라서 지점들 T1 및 T2에서 곡선의 상이한 부분을 갖기 때문이다. 하나의 예시적인 실시예에서, 2개의 추가 지점들 중 제1 지점은 HiZ 간격의 중간에서 또는 대략 그 근처에서 측정될 수 있고, 2개의 추가 지점들 중 제2 지점은 HiZ 간격의 끝에서 또는 대략 그 근처에서 또는 적어도 끝 전에 측정될 수 있다. 일 실시예는 HiZ 간격에 걸쳐 제1 측정 지점과 HiZ 간격의 대략 끝 또는 대략 그 근처 사이에 균일하게 분산된 2개의 추가 지점들을 측정하는 것을 포함할 수 있다. 3개의 지점들에서의 신호의 진폭은 대응하는 진폭들 M0-M2로서 예시된다. 측정된 값들 사이의 비율(R)은 다음과 같이 계산될 수 있다:

R= ABS(V2/V1).

일 실시예에서, 비율 R은 또한 다음과 같이 계산될 수 있고,

R=ABS[(M2-M0)/(M1-M0)]

여기서,

ABS= 절대값,

V1=M1-M0,

V2=M2-M0,

M0= 초기 지점 TI에서의 진폭, 및

M1, M2= 대응하는 지점들 T1, T2에서의 진폭이다.

비율 R은 측정된 잔향 신호의 곡률의 지시로서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 값 M0-M1은 시간 간격에 걸친 값의 변화를 나타낼 수 있고, 값 M0-M2는 상이한 시간 간격에 걸친 값의 변화를 나타낼 수 있으며, 따라서 이들 2개 사이의 비율은 측정된 신호의 파형의 곡률을 나타낼 수 있다. 곡률은 위상 오차의 크기의 지시일 수 있고, 위상 오차의 부호는 도 6의 범례 내의 부호들에 의해 지시되는 방향과 같은 위상 오차의 방향(플러스 또는 마이너스)의 지시일 수 있다. 예를 들어, 측정들이 신호의 값이 양의 값이 되고 있다는 것을 지시하는 경우, 위상 오차는 음일 수 있고 구동 주파수는 증가되어야 할 수 있거나, 신호의 값이 음의 값이 되고 있는 경우, 위상 오차는 양일 수 있고 구동 주파수는 감소되어야 할 수 있거나, 신호의 값이 0에 가깝게 유지되고 있는 경우, 위상 오차는 실질적으로 0일 수 있고 구동 주파수는 실질적으로 일정하게 유지되어야 할 수 있다.

R의 바람직한 값이 존재할 수 있는 실시예들이 존재할 수 있다. 비율(R)의 바람직한 값은 통상 이론적으로 계산된다. 이것은 전압(M0-M2)의 정확한 타이밍, 측정 지점들(TI-T2)의 위치, 및 전체 구동 주기의 일부로서의 HiZ 간격의 지속기간에 의존할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비율(R)의 값은 위상 오차를 추정하는 데 사용될 수 있다.

하나의 예시적인 실시예에서, 도 6의 3개의 측정 지점들의 예시된 예시적인 실시예에 대한 비율(R)의 이론적으로 계산된 바람직한 값은 대략 1.618이었다. 컨트롤러(20)에 의해 결정된 R의 값이 1.618보다 큰 경우, 위상 오차는 양일 수 있고, 구동 주파수는 감소되어야 할 수 있다. 이와 달리, 컨트롤러(20)에 의해 결정된 값이 1.618보다 작은 경우, 위상 오차는 음일 수 있고, 구동 주파수는 증가되어야 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비율(R)이 이론 값으로부터 벗어나는 양은 위상 오차의 크기의 그리고 또한 구동 주파수와 공진 주파수 사이의 차이의 지시일 수 있다. 따라서, 비율 값은 구동 주파수가 변경되어야 하는 양 및 변경의 방향(증가 또는 감소)을 지시할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구동 주파수의 감소는 신호(45)의 다음 절반 사이클을 약간 지연시키는 것을 포함할 수 있고, 주파수의 증가는 다음 절반 주기의 폭 또는 시간을 감소시키는 것을 포함할 수 있다.

도 7은 도 5의 점선 원들 중 하나에 의해 강조되는 도 5의 일부의 확대도의 일 실시예의 다른 비제한적인 예를 예시하는 그래프이다. 신호의 파형의 위상 시프트 및/또는 곡률은 HiZ 간격의 더 많은 지점들에서 신호 값을 측정함으로써 추정될 수 있다. 예를 들어, 도 7은 HiZ 간격 동안 5개의 상이한 지점들을 사용하는 방법을 예시한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 신호의 곡률은 5개의 측정 지점들의 값들로부터 결정될 수 있다.

방법은 구동기의 출력이 하이 임피던스 상태가 되는 시간에 또는 그 근처에서, 예를 들어 HiZ 간격의 시작에서 또는 그 근처에서 잔향 신호의 값을 측정하고, 이어서 HiZ 간격 동안 4개의 추가적인 다른 지점들에서 잔향 신호의 값을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 위상 오차를 결정하는 방법의 예시적인 일 실시예는 HiZ 간격 동안 5개의 상이한 시간 지점들에서 잔향 신호를 샘플링하는 단계를 포함할 수 있다.

방법은 구동기의 출력이 HiZ 상태가 되는 시간에 또는 그 근처에서 잔향 신호의 값으로서 제1 지점을 측정하고, 이어서 HiZ 간격 동안 4개의 추가 지점들에서 잔향 신호의 값을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 시간 지점 또는 초기 시간 지점은 신호의 값이 값 M0일 수 있는 시간 TI에 의해 예시될 수 있다. 일 실시예는 HiZ 간격에 걸쳐 제1 측정 지점과 HiZ 간격의 끝 또는 대략 그 근처 사이에 균일하게 분산된 4개의 추가 지점들을 측정하는 것을 포함할 수 있다. 5개의 지점들(T0-T4)에서의 신호의 진폭은 대응하는 진폭들 M0-M4로서 예시된다. 4개의 추가 지점들의 실시예들의 예들이 도 7에 예시된 바와 같이 시간 T1에서의 값 M1, 시간 T2에서의 값 M2, 시간 T3에서의 값 M3 및 시간 T4에서의 값 M4로서 지시된다. 값들 M1-M4는 화살표들에 의해 일반적인 방식으로 예시된다. 측정된 값들 사이의 비율(R)은 다음과 같이 계산될 수 있다:

R=ABS[(V4+V3)/(V2+V1)].

일 실시예에서, 비율 R은 또한 다음과 같이 계산될 수도 있고:

R=ABS[(M4+M3-2*M0)/(M2+M1-2*M0)]

여기서,

ABS= 다음 값의 절대값,

V1=M1-M0,

V2=M2-M0,

V3=M3-M0,

V4=M4-M0,

M0= 초기 지점에서의 진폭, 및

M1, M2, M3, M4= 대응하는 지점들 T1, T2, T3, T4에서의 진폭이다.

일부 실시예들에서, HiZ 간격 동안 4개 이상의 지점들에서 신호의 진폭을 측정하는 것은 신호의 위상 오차 및/또는 곡률의 더 정확한 계산을 제공할 수 있는 것으로 여겨진다. 4개 이상의 지점들을 사용하는 것은 또한 예를 들어 트랜스듀서(12)의 병렬 커패시턴스(capacitance) 또는 직렬 임피던스와 같은 트랜스듀서(12)의 다른 파라미터들의 측정을 도울 수 있다.

컨트롤러(20)는 주파수 차이를 검출하기 위한 방법을 형성하도록 구성될 수 있다. 방법의 일 실시예는 트랜스듀서(12) 내에 순환 전류를 형성하기 위해 그리고 주파수 차이를 검출하지 않고서 제1 수의 구동 주기들 동안 고정 송신 주파수로 구동 위상 동안 트랜스듀서(12)를 구동하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은 제1 수의 구동 주기들 동안 신호(45)가 전체 구동 절반 주기 동안 인가될 수 있거나 선택적으로 구동 절반 주기의 부분 동안만 인가될 수 있고, 이때 다른 부분은 HiZ 간격인 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법은 제1 수가 대략 3 내지 5(3-5) 또는 대략 2 내지 5 이상(2-5+)의 사이클들의 범위 내에 있을 수 있는 것을 포함할 수 있다.

제1 수의 구동 주기들 후에, 컨트롤러(20)는 HiZ 간격을 포함하도록 신호(45)를 제어하고, 주파수 차이를 검출하거나 대안적으로 위상 오차를 추정하고, 잔향 주파수와 실질적으로 동일하도록 구동 주파수를 조절하기 위한 방법을 형성하도록 구성될 수 있다. 구동 절반 주기의 일부 동안, 신호(45)는 송신된 음향 신호를 형성하도록 트랜스듀서(12)를 구동할 수 있고, HiZ 간격 동안 컨트롤러(20)는 위상 오차를 결정 또는 추정하도록 구성될 수 있거나, 신호의 파형의 곡률을 추정하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(20)는 다음 구동 신호의 주파수를 조절하여 위상 오차를 감소시키거나 대안적으로 실질적으로 0이 되도록 위상 오차를 형성하도록 구성되는 실시예를 포함할 수 있다. 일 실시예는 컨트롤러(20)가 공진 주파수와 대략 동일하도록 다음 구동 신호의 주파수를 조절하도록 구성될 수 있는 것을 포함할 수 있다. 컨트롤러(20)는 예를 들어 하나의 HiZ 간격 동안과 같이 하나의 단계에서 위상 오차를 감소시키기 위해 구동 주파수를 조절하거나, 다수의 구동 신호 주기들 또는 절반 주기들에 걸쳐 더 적은 단계들에서 구동 주파수를 조절하도록 구성되는 실시예를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 주파수 차이의 더 큰 백분율이 되게 하는 구동 주파수의 제1 조절을 형성하고, 신호(45)의 후속 사이클들 동안 더 적은 구동 주파수 변화들을 사용하도록 구성될 수 있다.

도 8은 위상 오차와 계산된 비율(R) 사이의 의존성의 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 그래프이다. 비율 R은 측정된 잔향 신호의 곡률의 지시로서 또는 대안적으로 위상 오차의 지시로서 사용될 수 있다. R의 바람직한 값이 존재하는 실시예들이 존재할 수 있다. 비율(R)의 바람직한 값은 통상 이론적으로 계산된다. 이것은 전압 측정 지점들(M0 내지 M4)의 정확한 타이밍 및 전체 구동 주기 또는 대안적으로 절반 주기의 일부로서의 HiZ 간격의 지속기간에 의존할 수 있다.

예를 들어 도 8과 관련하여 설명되는 예시적인 실시예와 같은 하나의 예시적인 실시예에서, 비율(R)의 이론적으로 계산된 바람직한 값은 대략 1.963이었다. 컨트롤러(20)에 의해 측정 또는 결정된 R의 값이 1.963보다 큰 경우, 구동 주파수는 감소되어야 할 수 있다. 이와 달리, 컨트롤러(20)에 의해 측정 또는 결정된 값이 1.963보다 작은 경우, 구동 주파수는 증가될 수 있다. 도 7의 예에 대한 비율(R)의 이론적으로 계산된 바람직한 값은 도 6의 예시적인 실시예에 대해 계산된 이론적으로 계산된 바람직한 값과 상이할 수 있는데, 이는 이론적으로 계산된 바람직한 값이 지점들의 수, 그들 사이의 거리, 지점들의 위치, 및 일부 실시예들에서는 사용되는 공식에 의존하기 때문이다.

도 9는 HiZ 간격 동안 잔향 신호를 측정하거나 대안적으로 주파수 차이를 검출하거나 대안적으로 잔향 신호의 곡률을 결정하거나 대안적으로 위상 오차를 추정 또는 결정하는 데 이용될 수 있는 회로(80)의 일 실시예의 비제한적인 예를 개략적으로 예시한다. 회로(80)는 또한 잔향 주파수와 실질적으로 동일하거나 대안적으로 그에 더 가깝도록 구동 주파수를 조절하도록 구성될 수 있다. 회로(80)는 수신기 또는 Rec 또는 수신기 회로(81), 아날로그-디지털 변환 회로(ADC)(82) 및 제어 회로(83)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 회로(81)는 예를 들어 입력 증폭기(29)와 같은 회로(28) 또는 그의 일부를 포함할 수 있으며, HiZ 간격 동안 잔향 신호를 수신하고, 잔향 신호를 나타내는 신호를 형성하는 데 사용될 수 있다. 회로(81)는 수신 또는 증폭된 신호를 사용가능한 값으로 조절하기 위한 감쇠기(attenuator)를 포함하는 실시예를 가질 수 있다. 감쇠기는 일부 실시예들에서 생략될 수 있다.

일부 실시예들에서, 회로(83)는 디지털 신호 프로세서 및 다른 프로세서들 또는 회로들을 포함할 수 있다. 회로(83)는 회로(82)를 포함할 수 있는 실시예를 가질 수 있다. 회로(83)는 HiZ 시간 간격, 측정 지점들에서의 잔향 신호의 진폭과 같은 파라미터들을 결정하도록 구성될 수 있고, HiZ 간격을 형성하기 위해 신호(45)를 형성하도록 구성될 수 있고, 알고리즘에서 정보를 처리하여 주파수 차이를 검출하고/하거나, 위상 오차를 결정하고, 구동 주파수를 실질적으로 공진 주파수가 되도록 조절하고/하거나, 잔향 신호의 곡률을 추정하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 회로(80)는 회로(32)(도 1)의 일부일 수 있다.

일 실시예에서, 회로(32)(도 1) 및/또는 회로(80)는 측정 지점들에서 정보를 형성하는 잔향 신호의 곡률을 결정하고, 잔향 신호의 지점들에 대한 비율들을 결정하고, 구동 주파수를 실질적으로 공진 주파수가 되도록 조절하기 위한 방법을 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예는 회로(32)(도 1) 또는 회로(80)가 수신된 잔향 신호를 적분하고/하거나 측정 지점들로부터 보간하여 순환 전류의 진폭, 주파수 및 위상 오차를 결정하도록 구성될 수 있는 것을 포함할 수 있다.

당업자들은 HiZ 간격의 다양한 지점들에서 수신된 신호의 값을 측정하고 비율(R)을 결정하는 방법이 위상 오차 또는 대안적으로 신호의 곡률을 추정하고 구동 주파수를 변경하기 위한 방법을 결정하는 하나의 예시적인 방법을 설명하기 위한 수단일 뿐이라는 것을 인식할 것이다. 당업자들은 다른 방법들이 또한 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 컨트롤러는 HiZ 간격의 시작과 임계값과 교차하는 신호 사이의 시간 간격들을 카운트하도록 구성될 수 있다. 신호가 임계값과 교차하는 데 걸리는 시간의 양은 위상 오차의 지시이다. 긴 시간 간격은 큰 음의 위상 오차를 지시할 수 있고, 짧은 시간 간격은 양의 위상 오차를 지시할 수 있다.

도 10은 컨트롤러(20)의 일 실시예를 이용하고 트랜스듀서(12)의 일 실시예에 대한 구동 주파수를 조절하기 위한 방법의 일 실시예를 적용함으로써 획득된 일부 결과들의 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 그래프이다. 플롯(120)은 전압(25)의 일례를 예시하고, 플롯(121)은 트랜스듀서(12) 내의 순환 전류의 일례를 예시하고, 플롯(122)은 구동 주파수를 예시한다. 예시적인 실시예에 대해, 구동 주파수는 52 ㎑ 근처에서 시작되며, 실제 트랜스듀서 공진 주파수는 대략 50 ㎑이다. 플롯(122)에 의해 예시된 바와 같이, 방법은 공진 주파수와 대략 동일한 구동 주파수를 달성하기 위해 다수의 구동 주기들에 걸쳐 구동 주파수를 조절한다.

도 11은 컨트롤러(20)의 대안적인 실시예인 실시예를 가질 수 있는 트랜스듀서 컨트롤러(60)의 일부의 실시예의 비제한적 예를 개략적으로 예시한다. 컨트롤러(60)의 일 실시예는 컨트롤러(60)가 회로(41)의 대안적인 실시예일 수 있는 구동 회로(66)를 갖는 것 외에는 컨트롤러(20)와 실질적으로 동일할 수 있다. 컨트롤러(60)는 위상 오차를 결정하고, 공진 주파수에 응답하여 형성되는 주파수 및/또는 위상을 갖는 구동 신호(68)를 적응적으로 형성하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(60)는 컨트롤러(20)(도 1)의 구동 신호(45)에 대해 설명된 2개의 값들 또는 상태들 대신에 3개의 값들 또는 상태들을 갖는 구동 신호(68)를 형성하도록 구성될 수 있다. 구동 회로(66)는 신호(68)의 3개의 값들을 형성하기 위한 스위치들(46, 47, 67)을 포함한다.

도 12는 트랜스듀서(12)를 구동하고 신호(68)의 주파수를 공진 주파수와 실질적으로 동일하거나 그에 가깝도록 조절하는 컨트롤러(60)로부터 발생하는 일부 신호들의 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 그래프이다. 플롯(69)은 스위치(46)의 상태들을 예시하고, 플롯(70)은 스위치(47)의 상태를 예시한다. 플롯(71)은 스위치(67)의 상태를 예시한다. 플롯(72)은 전압(25)을 예시한다. 가로 좌표는 시간을 지시하고, 세로 좌표는 예시된 신호들의 증가하는 값을 지시한다. 이러한 설명은 도 12 및 도 13을 참조한다.

컨트롤러(60)는 구동 절반 주기의 일부 동안 컨트롤러(60)가 구동 절반 주기의 일부 동안 대략 복귀(22)의 값인 값을 갖도록 신호(68)를 형성하기 위해 스위치(67)를 인에이블하도록 구성될 수 있는 것 외에는 컨트롤러(20)와 실질적으로 동일하게 동작한다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 절반 주기의 시작에서 또는 대안적으로 구동 절반 주기의 끝에서 또는 대안적으로 구동 절반 주기 동안의 임의의 시간에 스위치(67)를 인에이블하고 스위치들(46-47)을 디스에이블하도록 구성될 수 있다. 구동 절반 주기의 다른 부분 동안, 컨트롤러(60)는 스위치(67)를 디스에이블하고, 스위치들 중 하나(46 또는 47)를 인에이블하여, 구동 절반 주기의 일부 또는 일정 백분율 동안 전압으로 트랜스듀서(12)를 구동하도록 구성될 수 있다. 구동 절반 주기의 일부 또는 일정 백분율의 만료 후에, 컨트롤러(60)는 모든 스위치들(46, 47, 67)을 디스에이블하고 HiZ 간격을 형성하며, 컨트롤러(20) 및 도 5 내지 도 11의 설명에서 설명된 바와 같이 위상 오차를 결정하도록 구성될 수 있다.

도 5 내지 도 11의 설명에서 설명된 그래프들 및 동작을 참조하면, 당업자들은 컨트롤러(60)가 도 12의 플롯들(75-77)에 예시된 바와 같이 전압(25)의 0 값을 더하는 것 외에는 컨트롤러(60)가 전압(25)에 대한 유사한 신호들을 형성할 것이라는 것을 인식할 것이다.

도 13은 트랜스듀서(12)를 구동하고 신호(68)의 주파수를 공진 주파수와 실질적으로 동일하거나 그에 가깝도록 조절하는 컨트롤러(60)로부터 발생하는 일부 신호들의 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 그래프이며, 여기서 HiZ 간격은 스위치(67)가 시간 간격 동안 폐쇄 또는 인에이블된 직후에 형성된다. 플롯(125)은 스위치(46)의 상태들을 예시하고, 플롯(126)은 스위치(47)의 상태를 예시한다. 플롯(127)은 스위치(67)의 상태를 예시한다. 플롯(128)은 전압(25)을 예시한다. 가로 좌표는 시간을 지시하고, 세로 좌표는 예시된 신호들의 증가하는 값을 지시한다. 이러한 설명은 도 11 내지 도 13을 참조한다.

일 실시예의 일례에서, 컨트롤러(60)는 절반 주기의 시작 부분에서 또는 대안적으로 구동 절반 주기의 끝에서 스위치(46)를 인에이블하고 스위치들(47, 67)을 디스에이블하여, 제1 값으로 트랜스듀서(12)를 구동하고, 후속하여 절반 사이클의 후속 부분 동안 스위치(47)를 인에이블하고 스위치들(46, 67)을 디스에이블하여, 제1 값으로 트랜스듀서(12)를 구동하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(60)는 후속하여 스위치(67)를 인에이블하고 스위치들(46-47)을 디스에이블하여, 구동 절반 주기의 다른 부분 동안 대략 복귀(22)의 값인 값을 갖도록 신호(68)를 형성하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(60)는 스위치(67)를 폐쇄한 후에 HiZ 간격을 형성하고, 컨트롤러(20) 및 도 5 내지 도 11의 설명에서 설명된 바와 같이 HiZ 간격의 일부 동안 위상 오차를 결정하거나 대안적으로 주파수 차이를 검출하도록 구성되는 실시예를 가질 수 있다.

도 5 내지 도 11의 설명에서 설명된 그래프들 및 동작을 참조하면, 당업자들은 컨트롤러(60)가 도 13의 플롯(128)에 의해 예시된 바와 같이 플롯들(75-77)에 전압(25)의 0 값을 더하는 것 외에는 컨트롤러(60)가 HiZ 간격 동안 전압(25)에 대한 유사한 신호들을 형성할 것이라는 것을 인식할 것이다.

도 14는 구동 회로들(41 및/또는 66)의 대안적인 실시예일 수 있는 구동 회로(90)의 일 실시예의 일부의 일례의 실시예의 비제한적인 예를 개략적으로 예시한다. 회로(90)는 토템 폴(totem pole) 또는 직렬 접속으로 함께 접속되는 트랜지스터들(91, 93)을 포함한다. 구동 회로는 또한 트랜지스터(94), 트랜지스터(95) 및 트랜지스터(92)를 포함한다. 트랜지스터들(91-92)은 P 채널 트랜지스터들이고, 트랜지스터들(93-95)은 N 채널 트랜지스터들이다. 트랜지스터(91)는 DC 전압을 수신하도록 접속되는 소스 및 트랜지스터(93)의 드레인, 트랜지스터(92)의 소스 및 선택적인 펌프 커패시터(97)의 제1 단자에 공통으로 접속되는 드레인을 갖는다. 트랜지스터(93)의 소스는 트랜지스터(94)의 드레인에 또한 접속되는 복귀(22)에 접속된다. 트랜지스터(94)의 소스는 트랜지스터(95)의 소스에 그리고 선택적인 커패시터(97)의 제2 단자에 공통으로 접속된다. 트랜지스터(92)의 드레인은 트랜지스터(95)의 드레인에 그리고 단자(23)에 공통으로 접속된다.

회로(90)는 커패시터(97)를 포함할 수 있는 네거티브 차지 펌프(negative charge pump)를 포함하는 실시예를 가질 수 있다. 차지 펌프는 입력(21) 상의 전압과 대략 동일할 수 있는 크기를 갖지만 반대 부호(예를 들어, 음의 부호)를 가질 수 있는 음의 전압(-Vi)을 생성하도록 구성될 수 있다. 회로(90)의 그러한 실시예는 도 11의 회로(66)의 대안적인 실시예일 수 있는데, 이는 대략 0의 값 또는 대안적으로 복귀(22)의 값으로의 구동이 가능하기 때문이다.

회로(90)의 일 실시예는 트랜지스터들(91, 92, 94)이 온(ON) 또는 인에이블되는 경우에(모든 다른 트랜지스터들이 오프(OFF) 또는 디스에이블되는 경우에), 회로(90)가 인에이블 또는 폐쇄되는 스위치(46)(도 11)와 유사하게 기능할 수 있고, 커패시터(97)가 대략 입력(21)의 값으로 충전되는 것을 포함할 수 있다. 트랜지스터들(93, 95)이 온 또는 인에이블되고(모든 다른 트랜지스터들이 오프 또는 디스에이블되고) 커패시터(97)가 입력(21)의 값으로 충전된 경우, 회로(90)는 인에이블 또는 폐쇄되는 스위치(47)와 유사하게 기능할 수 있으며, 이때 출력 전압이 입력(21)의 값의 마이너스 값에 가까울 수 있다. 회로(90)는 구동기 회로로서 기능하는 것에 더하여 네거티브 차지 펌프와 유사하게 동작할 수 있는 실시예를 포함할 수 있다.

트랜지스터들(91, 94)이 온 또는 인에이블되는 경우(모든 다른 트랜지스터들이 오프되는 경우), 커패시터(97)는 대략 입력(21) 상의 값으로 충전되고, 회로(90)의 출력은 하이 임피던스 상태(HiZ)에 있다.

회로는 다른 실시예들을 가질 수 있다. 예를 들어, 트랜지스터들(91, 92)이 온 또는 인에이블되는 경우(모든 다른 트랜지스터들이 오프 또는 디스에이블되는 경우), 회로(90)는 커패시터(97)를 충전하지 않고서 폐쇄 또는 인에이블되는 스위치(46)(도 11)와 유사하게 기능할 수 있다. 또한, 트랜지스터들(94, 92)이 온 또는 인에이블되고(모든 다른 트랜지스터들이 오프 또는 디스에이블되고), 커패시터(97)가 충전된 경우, 회로(90)는 폐쇄 또는 인에이블되는 스위치(46)(도 11)와 유사하게 기능할 수 있다. 모든 트랜지스터들이 오프되는 경우, 회로(90)의 출력은 하이 임피던스 상태(HiZ)에 있다.

도 15는 3 단자 트랜스듀서(100)의 일 실시예의 일부의 비제한적인 예를 개략적으로 예시한다. 트랜스듀서(100)는 트랜스듀서(100)를 구동하기 위해 구동 신호가 인가될 수 있는 단자(17)를 포함할 수 있으며, 또한 트랜스듀서(100) 내의 순환 전류를 감지 또는 모니터링하는 데 사용될 수 있는 감지 단자(101)를 포함할 수 있다.

도 16은 트랜스듀서(100)에 인가되는 신호(45)의 구동 주기의 일 실시예 동안 신호들 중 일부의 실시예의 비제한적인 예를 예시하는 플롯들을 갖는 그래프이다. 트랜스듀서(100)는 순환 전류를 감지하기 위한 감지 신호를 제공하는 감지 단자(101)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호(45)와 감지 신호 사이의 트랜스듀서(100) 내의 결합이 존재할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 컨트롤러(20)는 신호(45)의 에지들 근처에서 발생하는 감지 신호의 값들을 사용하지 않도록 구성될 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(20)는 신호(45)의 에지들 근처에서 발생하는 감지 신호의 값들을 블랭킹(blank) 또는 마스크-오프(mask-off)하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 감지 신호는 전이(transition)의 퍼센트, 예를 들어 각각의 전이 주위의 주기의 대략 5 내지 10 퍼센트(5%-10%) 내의 절반 주기의 부분들 동안 무시될 수 있거나 블랭킹될 수 있다. 컨트롤러(20)의 일 실시예는 전이들로부터 떨어진 절반 주기의 일부 동안 HiZ 간격을 형성하고, HiZ 간격 동안 위상 오차를 결정하도록 구성될 수 있다.

트랜스듀서(100)를 제어하는 다른 예시적인 실시예에서, 컨트롤러들(20 또는 60)의 일 실시예는 실질적으로 전체 구동 절반 주기 동안 또는 실질적으로 전체 구동 주기 동안 신호(45 또는 68)를 형성하고, HiZ 간격을 형성하지 않도록 구성될 수 있다. 컨트롤러들(20 또는 60)은 구동 절반 주기 또는 구동 주기(55) 동안 감지 신호를 수신 또는 모니터링하고, 신호(45 또는 68)의 전이들 동안 또는 그 근처에서 감지 신호를 블랭킹 또는 마스크-오프하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러들(20 또는 60)은 또한 주파수 차이를 검출하거나 대안적으로 감지 신호로부터 위상 오차를 결정하도록 구성될 수 있다.

일 실시예는 컨트롤러들(20 또는 60)이 감지 신호를 이용하여, 송신 위상 동안 송신된 음향 신호를 형성하기 위해 구동 신호가 사용되는 동안 순환 전류를 감지하고/하거나 활성 제동 위상 동안 순환 전류를 감지하도록 구성될 수 있는 것을 포함할 수 있다.

도 17은 반도체 다이(die)(133) 상에 형성된 반도체 디바이스 또는 집적 회로(132)의 일 실시예의 일부의 확대 평면도를 예시한다. 일 실시예에서, 컨트롤러들(20 또는 60) 중 임의의 하나는 다이(133) 상에 형성될 수 있다. 다이(133)는 또한 도면의 간소화를 위해 도 17에 도시되지 않은 다른 회로들을 포함할 수 있다. 컨트롤러 및 디바이스 또는 집적 회로(132)는 당업자들에게 잘 알려진 반도체 제조 기술들에 의해 다이(133) 상에 형성될 수 있다.

모든 전술한 것으로부터, 당업자는 트랜스듀서 컨트롤러를 형성하는 방법의 일 실시예가:

구동 주기 및 구동 절반 주기를 형성하는 제1 주파수에서, 예를 들어 신호(45 또는 68)와 같은 구동 신호를 형성하도록, 예를 들어 컨트롤러(20 또는 60)와 같은 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;

구동 절반 주기의 제1 부분 동안 구동 신호로 트랜스듀서를 구동하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;

구동 절반 주기의 제2 부분 동안 트랜스듀서에 의해 형성되는 잔향 전압을 감지하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;

잔향 전압의 부분들을 측정하고 제1 주파수와 트랜스듀서의 공진 주파수 사이의 위상 오차를 추정하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계; 및

제1 주파수를 위상 오차를 감소시키는 제2 주파수로 조절하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.

방법의 다른 실시예는 제1 수의 후속 구동 주기들 동안 제1 주파수를 제2 주파수로 점증적으로 조절하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.

방법은 전압의 파형의 곡률을 계산하고 곡률로부터 위상 오차를 추정하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있는 실시예를 가질 수 있다.

일 실시예는 제1 주파수를 트랜스듀서의 공진 주파수와 실질적으로 동일한 제2 주파수로 조절하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예는 구동 절반 주기의 제1 부분 동안만 트랜스듀서를 구동하기 위한 구동 신호를 형성하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.

방법은 제2 절반 주기 동안 HiZ 간격을 형성하고 HiZ 간격 동안 잔향 전압을 감지하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있는 실시예를 갖는다.

일 실시예는 제2 절반 주기 동안 하나 이상의 시간 간격들에서 잔향의 값을 측정하고 하나 이상의 값들의 비율을 결정하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예는 비율을 이론적으로 계산된 값과 비교하고, 비율과 이론적으로 계산된 값 사이의 차이를 결정하고, 차이를 이용하여 제1 주파수를 얼마나 조절할지를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

방법의 일 실시예는 절반 주기의 제3 부분 동안 실질적으로 0의 값을 갖는 구동 신호를 형성하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있고, 제3 부분은 제1 부분 후에 그리고 제2 부분 전 또는 제2 부분 후 중 하나에 형성된다.

당업자들은 트랜스듀서 컨트롤러를 형성하는 방법의 일 실시예가:

구동 주기 및 구동 절반 주기를 형성하는 제1 주파수에서 구동 신호를 형성하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;

구동 절반 주기의 제2 부분에서, 구동 신호에 응답하여 트랜스듀서에 의해 형성되는 잔향 신호를 감지하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;

제1 주파수와 잔향 신호의 주파수 사이의 위상 오차를 결정하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계; 및

방법의 일 실시예는 프로그램을 내부에 저장한 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예는 프로그램에 따라 동작하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예는 구동 신호의 바로 후속하는 제2 주기를 형성하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있으며, 제2 주기는 제2 지속기간을 갖는다.

일 실시예에서, 방법은 구동 절반 주기의 제2 부분 동안 복수의 시간들에 잔향 신호의 값들을 측정하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.

방법의 일 실시예는 상기 값들 중 2개 이상의 비율을 형성하고 상기 비율을 이론 비율 값과 비교하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예는 잔향 신호 값이 임계값과 실질적으로 교차하기 위한 시간을 결정하고 상기 시간을 이론적으로 결정된 시간과 비교하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예는 구동 절반 주기의 제2 부분 동안 트랜스듀서 컨트롤러의 출력들을 하이 임피던스 상태에 놓이게 하고 하이 임피던스 상태 동안 잔향 전압을 감지하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.

구동 절반 주기의 적어도 제1 부분 동안 구동 신호로 트랜스듀서를 구동하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;

구동 절반 주기의 제2 부분에서, 구동 신호에 응답하여 트랜스듀서에 의해 형성되는 잔향 신호를 감지하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계로서, 트랜스듀서 컨트롤러는 구동 신호의 전이들에 응답하여 잔향 신호를 무시하도록 구성되는, 상기 구성하는 단계;

제1 주파수를 제1 주파수보다 트랜스듀서의 잔향 주파수에 더 가까운 제2 주파수로 조절하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.

방법의 일 실시예는 대략 구동 신호의 전이들에서 잔향 신호를 마스크-오프하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예는 잔향 주파수와 실질적으로 동일하도록 제2 주파수를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

모든 전술한 것에 비추어, 신규한 디바이스 및 방법이 개시된다는 것이 분명하다. 다른 특징들 중에서 특히, 트랜스듀서로부터 측정 신호를 송신하는 사이클 동안 트랜스듀서의 구동 주파수와 공진 주파수 사이의 차이(또는 대안적으로 구동 신호의 위상과 트랜스듀서 공진 주파수의 위상 사이의 차이)를 주기적으로 검출하고, 구동 신호의 주파수를 조절하여 위상 오차를 감소시키거나 대안 실시예에서 송신 사이클 동안 트랜스듀서(12)의 공진 주파수와 실질적으로 동일하도록 신호(45)의 주파수를 조절하도록 제어 회로 또는 컨트롤러를 형성하는 것이 포함된다. 송신 사이클 동안, 예를 들어 절반 주기 동안 신호(45)의 주파수를 조절하는 것은 트랜스듀서(12)의 감도를 개선하며, 트랜스듀서(12)를 이용하여 더 큰 거리들을 측정하는 것을 용이하게 한다. 이것은 또한 트랜스듀서가 사용될 수 있는 더 넓은 검출가능 범위를 형성하는 것을 용이하게 할 수 있다.

설명들의 주제는 특정한 바람직한 실시예들 및 예시적인 실시예들에서 설명되지만, 전술한 도면들 및 그의 설명들은 주제의 실시예들의 전형적인 및 비제한적인 예들만을 묘사하는 것이므로 그의 범주를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 되며, 많은 대안들 및 변형들이 당업자들에게 명백할 것임은 분명하다. 당업자들에 의해 인식될 바와 같이, 측정 시스템 및 관련 컨트롤러들의 예시적인 형태는 위상 오차를 결정 또는 추정하고/하거나 주파수 차이를 검출하고, 구동 주파수를 조절하는 동작 방법을 설명하기 위한 수단으로서 사용된다.

아래의 청구항들이 나타내는 바와 같이, 발명의 태양들은 전술한 개시된 단일 실시예의 모든 특징들보다는 적은 특징들에 있을 수 있다. 따라서, 아래에 표현되는 청구항들은 도면들의 이러한 상세한 설명 내에 명백히 포함되며, 각각의 청구항은 발명의 개별 실시예로서 그 자신에 의거한다. 더욱이, 본 명세서에서 설명된 일부 실시예들이 다른 실시예들에 포함된 일부 특징들을 포함하지만 다른 특징들은 포함하지 않더라도, 당업자들이 이해하는 바와 같이, 상이한 실시예들의 특징들의 조합들이 본 발명의 범주 내에 있고, 상이한 실시예들을 형성할 것으로 의도된다.

Claims

트랜스듀서 컨트롤러(transducer controller)를 형성하는 방법으로서,
구동 주기(drive period) 및 구동 절반 주기(drive half-period)를 형성하는 제1 주파수에서 구동 신호를 형성하도록 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;
구동 절반 주기의 제1 부분 동안 상기 구동 신호로 트랜스듀서를 구동하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;
상기 구동 절반 주기의 제2 부분 동안 상기 트랜스듀서에 의해 형성되는 잔향 전압(reverberation voltage)을 감지하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;
상기 잔향 전압의 부분들을 측정하고 상기 제1 주파수와 상기 트랜스듀서의 공진 주파수(resonant frequency) 사이의 위상 오차(phase error)를 추정하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계; 및
상기 제1 주파수를 상기 위상 오차를 감소시키는 제2 주파수로 조절하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 잔향 전압을 측정하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계는 상기 전압의 파형의 곡률을 계산하고 상기 곡률로부터 상기 위상 오차를 추정하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 잔향 전압을 감지하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계는 구동 절반 주기의 일부 동안 HiZ 간격을 형성하고 상기 HiZ 간격 동안 상기 잔향 전압을 감지하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함하는, 방법.
트랜스듀서 컨트롤러를 형성하는 방법으로서,
구동 주기 및 구동 절반 주기를 형성하는 제1 주파수에서 구동 신호를 형성하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;
구동 절반 주기의 제1 부분 동안 상기 구동 신호로 트랜스듀서를 구동하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;
상기 구동 절반 주기의 제2 부분에서, 상기 구동 신호에 응답하여 상기 트랜스듀서에 의해 형성되는 잔향 신호를 감지하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;
상기 제1 주파수와 상기 잔향 신호의 주파수 사이의 위상 오차를 결정하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계; 및
상기 제1 주파수를 상기 위상 오차를 감소시키는 제2 주파수로 조절하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함하는, 방법.
트랜스듀서 컨트롤러를 형성하는 방법으로서,
구동 주기 및 구동 절반 주기를 형성하는 제1 주파수에서 구동 신호를 형성하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;
상기 구동 절반 주기의 적어도 제1 부분 동안 상기 구동 신호로 트랜스듀서를 구동하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계;
상기 구동 절반 주기의 제2 부분에서, 상기 구동 신호에 응답하여 상기 트랜스듀서에 의해 형성되는 잔향 신호를 감지하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계로서, 상기 트랜스듀서 컨트롤러는 상기 구동 신호의 전이(transition)들에 응답하여 상기 잔향 신호를 무시하도록 구성되는, 상기 구성하는 단계;
상기 제1 주파수와 상기 잔향 신호의 주파수 사이의 위상 오차를 결정하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계; 및
상기 제1 주파수를 상기 제1 주파수보다 상기 트랜스듀서의 잔향 주파수에 더 가까운 제2 주파수로 조절하도록 상기 트랜스듀서 컨트롤러를 구성하는 단계를 포함하는, 방법.