TWI667891B - 超音波接收器電路及相關的設備和方法 - Google Patents

超音波接收器電路及相關的設備和方法 Download PDF

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Abstract

用於在藉由複數個超音波換能器所接收到的超音波信號上實施一編碼的設計之方法及設備係被描述。該編碼以及後續的解碼可以容許多個超音波換能器能夠同時被操作在一接收模式中，而仍然能夠區別個別的超音波換能器的貢獻。改善的信號特徵可加以產生，其包含改善的信號雜訊比(SNR)。

Description

超音波接收器電路及相關的設備和方法
在此所述的技術係有關於超音波接收器電路以及相關的設備和方法。
相關申請案之交互參照
本申請案是根據第35號美國法典第120條主張2015年12月2日申請的美國專利申請案序號14/957,051的益處的一接續案，該美國專利申請案的代理人文件編號為B1348.70017US00並且名稱為"超音波接收器電路及相關的設備和方法"，該美國專利申請案係以其整體被納入在此作為參考。
超音波探針通常包含一或多個超音波感測器，其係感測超音波信號並且產生對應的電性信號。該些電性信號係在類比或數位域中加以處理。有時，超音波影像係從該些經處理的電性信號來加以產生。
根據本申請案的一特點，一種設備被提出，其係包括一超音波換能器、一耦接至該超音波換能器的接收電路、以及一具有一輸入端子以及第一及第二輸出端子的切換電路，該輸入端子係耦接至該接收電路。 該設備進一步包括一具有可切換地耦接至該切換電路的該第一及第二輸出端子的第一及第二輸入端子的加總電路，該加總電路係被配置以輸出一輸出信號，該輸出信號係代表來自該超音波換能器的一輸出信號與來自一或多個其它超音波換能器的一或多個輸出信號的一組合。
根據本申請案的一特點，一種用於處理一超音波信號之方法係被提出，其係包括在一切換電路接收複數個超音波信號，該切換電路係具有第一及第二輸出，並且輸出該複數個超音波信號至該第一及/或第二輸出。該方法進一步包括結合在該第一及第二輸出上的值。
根據本申請案的一特點，一種超音波裝置係被提出，其係包括複數個超音波換能器、一耦接至該複數個超音波換能器的輸出的類比編碼電路、以及一耦接至該類比編碼電路的一輸出的類比至數位轉換器(ADC)。該超音波裝置進一步包括一耦接至該ADC的一輸出的數位解碼電路。
根據本申請案的一特點，一種處理超音波信號之方法係被提出，其係包括利用複數個超音波換能器來接收超音波信號、從該複數個超音波換能器產生複數個類比輸出信號，該複數個類比輸出信號係代表藉由該複數個超音波換能器接收到的該些超音波信號、以及編碼該複數個類比輸出信號以產生複數個類比編碼的信號。該方法進一步包括數位化該複數個類比編碼的信號以產生複數個數位編碼的信號、以及解碼該複數個數位編碼的信號。
100‧‧‧電路
102a-102n‧‧‧超音波換能器
104a-104n‧‧‧接收電路通道
106a-106n‧‧‧接收開關
108a-108n‧‧‧放大器
110‧‧‧切換電路
112‧‧‧平均電路
114‧‧‧控制電路
116‧‧‧ADC
118‧‧‧解碼電路
120a‧‧‧第一基板
120b‧‧‧第二基板
200‧‧‧電路
207‧‧‧RC子電路
209a、209n‧‧‧分壓器
210‧‧‧切換電路
211a-211d‧‧‧交叉耦合的開關
211e-211h‧‧‧交叉耦合的開關
212‧‧‧增益級
213a‧‧‧正輸入端子
213b‧‧‧負輸入端子
214a、214b‧‧‧可變的回授電阻器
215a‧‧‧正輸出端子
215b‧‧‧負輸出端子
216‧‧‧衰減器
217‧‧‧自動歸零電路
218‧‧‧低通濾波器(LPF)及固定增益的放大器
220‧‧‧ADC驅動器
222‧‧‧控制電路
Ra‧‧‧電阻器
Rf‧‧‧回授電阻器
S1、S2‧‧‧控制信號
sn1、sp1、snn、spn‧‧‧切換信號
Vcm‧‧‧共模電壓
本申請案的各種特點及實施例將會參考以下的圖式來加以 描述。應該體認到的是，該些圖並不一定按照比例繪製。出現在多個圖中的項目係在所有它們出現的圖中藉由相同的元件符號來加以指出。
圖1是描繪根據本申請案之一非限制性的實施例的一用於處理接收到的超音波信號的電路。
圖2是描繪根據本申請案之一非限制性的實施例的一種和圖1的電路一致的電路的一詳細的實施方式。
圖3是根據本申請案之一非限制性的實施例的代表圖2的電路的操作的一個例子的一批時序圖。
本申請案的特點係有關於超音波感測器信號處理技術以及用於執行該處理的相關的電路。根據本申請案的一特點，複數個超音波感測器係同時被啟動以在一獲取窗(acquisition window)的期間接收超音波信號。該些超音波感測器的每一個都產生一個別的電性輸出信號。該電性輸出信號可以在該獲取窗的期間加以編碼，並且亦可被提供至一加總電路，該加總電路在某些實施例中是一平均電路的部分。該編碼可被利用來產生輸入信號的不同的組合至該加總電路。該加總電路係輸出一經加總的信號，該經加總的信號可加以解碼來導出該些超音波感測器的電性輸出信號的個別的貢獻。因此，相較於其它技術，該些信號的信號雜訊比(SNR)可加以改善。
在某些實施例中，一平均電路係加以納入來產生被提供至該加總電路的電性輸出信號的一平均。該平均電路可包含該加總電路以及適當的額外的電路，以產生該經加總的信號的一平均。在另外的替代方式中， 被提供至該加總電路的電性輸出信號可以在輸入至該加總電路之前先加以標準化。
上述的特點及實施例以及額外的特點及實施例係在以下進一步加以描述。這些特點及/或實施例可以個別地、全部一起地、或是以兩個或多個的任意組合來加以利用，因為本申請案在此方面並未受限的。
圖1是描繪根據本申請案之一非限制性的實施例的一用於處理接收到的超音波信號的電路。該電路100係包含N個超音波換能器102a...102n，其中N是一整數。該些超音波換能器在某些實施例中是產生代表接收到的超音波信號的電性信號之感測器。該些超音波換能器在某些實施例中也可以發送超音波信號。該些超音波換能器在某些實施例中可以是電容式微加工的(micromachined)超音波換能器(CMUT)。該些超音波換能器在某些實施例中可以是壓電微加工的超音波換能器(PMUT)。另外的替代類型的超音波換能器也可被用在其它實施例中。
該電路100進一步包括N個接收電路通道104a...104n。該些接收電路通道可以對應於一個別的超音波換能器102a...102n。例如，可以有八個超音波換能器102a...102n以及八個對應的接收電路通道104a...104n。在某些實施例中，超音波換能器102a...102n的數量可以是大於接收電路通道的數量。
該些接收電路通道104a...104n可以接收從個別的超音波換能器102a...102n所輸出的電性信號。在該舉例說明的例子中，每一個接收電路通道104a...104n係包含一個別的接收開關106a...106n以及一放大器108a...108n。該些接收開關106a...106n可被控制以啟動/停止從一給定的超音 波換能器102a...102n的一電性信號的讀出。更一般而言，該些接收開關106a...106n可以是接收電路，因為一開關的替代物可被採用以執行相同的功能。該些放大器108a...108n在某些實施例中可以是跨阻抗放大器(TIA)。該些放大器108a...108n可以輸出類比信號。
該電路100進一步包括一切換電路110。該切換電路110係耦接至該些放大器108a...108n的輸出，以接收藉由那些放大器輸出的信號。該切換電路110係耦接至一平均電路112，以可切換地從該些放大器108a...108n提供輸出信號至該平均電路112。在某些實施例中，該平均電路112是一緩衝器或一放大器。在某些實施例中，該切換電路110係具有一些開關，其係被操作以選擇哪些放大器108a...108n提供其輸出信號至該平均電路112。在某些實施例中，該切換電路110亦選擇被提供至該平均電路112的信號相對於一參考電壓的正負號(正或是負)。在某些實施例中，該參考電壓是一共模(common mode)電壓。該切換電路110的開關可以是交叉耦合的開關，以執行此功能。
由於該切換電路110的操作，該平均電路112可以用各種的組合，從該些放大器108a...108n中的一或多個接收輸出信號，並且可以提供一平均的輸出信號。該平均的輸出信號可以部分藉由相加或是相減來自該各種的放大器108a...108n的信號來加以形成，並且為此理由，該平均電路可包括一加總電路，例如是一加總放大器或加總器。如同將會進一步在以下描述的，在某些實施例中，一加總電路可以在無平均電路下被使用。該平均電路112可包含一可變的回授電阻。該可變的回授電阻的值可以根據該平均電路透過該切換電路110接收信號所來自的放大器108a...108n的數 量來動態地加以調整。在某些實施例中，該可變電阻可包含N個電阻設定。換言之，該可變電阻可以具有對應於接收電路通道104a...104n的數量之一數量的電阻設定。因此，該平均輸出信號亦可以部分藉由施加所選的電阻至該平均電路112的輸入之處接收到的組合的信號來加以形成。
該電路100可以進一步包括一控制電路114。該控制電路114可以控制該切換電路110及/或該平均電路112的操作。該控制電路114可以提供一或多個控制信號S1至該切換電路，以控制該切換電路的開關的操作。因此，在至少某些實施例中，該控制信號S1可以是切換信號。該控制電路114可以提供一或多個控制信號S2至該平均電路112，以控制該可變的回授電阻的值。該控制電路114在某些實施例中可以是一積體電路(IC)。在某些實施例中，該控制電路114可以是一現場可程式化的閘陣列(FPGA)、特殊應用積體電路(ASIC)、或是其它類型的電路。
該切換電路110的操作係有效地在該些放大器108a...108n的輸出信號上施加一編碼的設計。應該體認到的是，此係代表編碼由該些超音波換能器102a...102n所接收到的信號，並且該編碼可以在類比域中加以執行。編碼藉由該些超音波換能器所接收到的信號、以及接著解碼該些信號的能力係容許信號能夠同時從多個超音波換能器加以收集，並且因此相較於若一次只有一個超音波換能器被啟動的話，則其係容許有一更長的持續期間。於是，此係貢獻到一較大的SNR。一例子係在以下相關圖2及3來加以描述。一種可被實施的編碼類型是哈達馬德(Hadamard)編碼。然而，替代的正交碼在某些實施例中亦可加以利用。
該平均電路112係耦接至一ADC 116。該ADC 116係數位化 來自該平均電路112的信號。該ADC 116於是可以耦接至一解碼電路118，其可以解碼該些數位化的信號。該解碼電路可以是一積體電路、可以是一ASIC或FPGA、或者可以用其它形式來加以實施。在某些實施例中，該解碼電路可被實施在一外部的構件中，例如是在一耦接至該電路100的處理器中。
圖1的構件可以是位在單一基板上、或是在不同的基板上。例如，如同所繪的，該些超音波換能器102a...102n可以是在一第一基板120a上，並且其餘所描繪的構件可以是在一第二基板120b上。該第一及/或第二基板可以是半導體基板，例如是矽基板。在一替代實施例中，圖1的構件可以是在單一基板上。例如，該些超音波換能器102a...102n以及該舉例說明的電路可以單石地被整合在相同的半導體晶粒上。此種整合可以藉由利用CMUT作為該些超音波換能器而變得容易。根據一實施例，圖1的構件係構成一超音波探針的部分。該超音波探針可以是手持式的。在某些實施例中，圖1的構件係構成一被配置以藉由一病患加以穿戴的超音波貼片的部分。
圖2是描繪一電路200，其係代表一和圖1的電路100一致的電路之一非限制性的例子。如圖所示，該電路200係包含該些超音波換能器102a...102n、接收開關106a...106n、以及放大器108a...108n。在圖2的例子中，該些放大器108a...108n分別具有兩個輸入。一輸入係耦接至一個別的接收開關106a...106n。一第二輸入係耦接以經由一個別的RC子電路207來接收一參考電壓。該舉例說明的RC子電路207係包含兩個電阻器以及一電容器，其中該些放大器108a...108n的輸入係耦接至一介於該兩個電阻器 之間的節點。該子電路207的電阻器及電容器可以具有任何適當的值，以提供一所要的參考電壓至該些放大器108a...108n。一回授電阻器Rf係分別被設置用於每一個放大器108a...108n。該回授電阻器Rf可以是可變的，並且可以用任何適當的方式來加以控制。
該電路200進一步包括一切換電路210。該切換電路210係代表電路100的切換電路110的一實施方式之一非限制性的例子。該切換電路210係被耦接在該些放大器108a...108n的輸出與該平均電路112之間。在此例子中，該切換電路210係對於該些放大器108a...108n的每一個分別包括交叉耦合的開關。在某些實施例中，該切換電路係對於該些接收電路通道中的一或多個包括交叉耦合的開關。該平均電路112係包含一增益級212，其係具有一正輸入端子213a以及一負輸入端子213b。該切換電路的交叉耦合的開關是交叉耦合的，此在於它們可以被控制來翻轉(flip)，而不論該正輸入端子213a或負輸入端子213b是否接收該個別的放大器的輸出，而其中另一輸入端子213a或213b係接收一共模信號。該增益級212可以是完全差動的，並且在某些實施例中可包含共模回授。
再次參照切換電路210，交叉耦合的開關211a-211d係被設置用於放大器108a。電壓放大器108a的輸出係藉由一電阻器Ra而被轉換成為一電流，並且被提供至該切換電路210。一共模電壓亦被提供至該切換電路210。該共模電壓可以用任何適當的方式來加以產生。在該舉例說明的例子中，該共模電壓係從一具有在一接地端子與一接收一負電壓V1-的端子之間的兩個電阻器的分壓器209a來加以產生，每一個電阻器係具有值2Ra。因此，該共模電壓可以被表示為V1+。開關211a及211c係耦接至放大器108a 的輸出。開關211b及211d係耦接至該共模電壓。開關211a及211b係藉由切換信號sp1來加以控制。開關211c及211d係藉由切換信號sn1來加以控制。
在操作上，三種狀態可被選擇以用於耦接該放大器108a至該平均電路112。在一第一狀態中，切換信號sp1可以閉路開關211a及211b，而切換信號sn1可以開路開關211c及211d。在此狀態中，放大器108a的輸出電流係被提供至增益級212的負輸入端子213b，而該共模信號係被提供至正輸入端子213a。在一第二狀態中，切換信號sp1可以開路開關211a及211b，而切換信號sn1可以閉路開關211c及211d。在此狀態中，放大器108a的輸出係被提供至增益級212的正輸入端子213a，而該共模信號係被提供至負輸入端子213b。在一第三狀態中，切換信號sp1及sn1可以開路開關211a-211d，因此中斷連接該放大器108a與該平均電路112。
該電路200的其它接收電路通道的操作可以是實質相同的。例如，該第n個通道可以耦接至交叉耦合的開關211e-211h。放大器108n的輸出可以透過一電阻器Ra來耦接至開關211e及211g。一共模電壓可被提供至開關211f及211h。該共模電壓可以藉由一具有在一接地端子與一接收一負電壓Vn-的端子之間的兩個電阻器的分壓器209n來加以產生，每一個電阻器係具有值2Ra。因此，該共模電壓可以被表示為Vn+。在一第一操作狀態中，切換信號spn係閉路開關211e及211f，並且切換信號snn係開路開關211g及211h。因此，放大器108n的輸出係被提供至增益級212的負輸入端子213b，而該共模信號係被提供至正輸入端子213a。在一第二狀態中，切換信號spn係開路開關211e及211f，並且切換信號snn係閉路開關 211g及211h。因此，放大器108n的輸出係被提供至增益級212的正輸入端子213a，而該共模信號係被提供至負輸入端子213b。在一第三狀態中，開關211e-211h係藉由切換信號spn及snn而被開路，因此中斷連接放大器108n與該平均電路112。
該增益級212的輸入端子係作為節點，其係相加來自各種連接至那些節點的接收通道電路的電流。舉例而言，若開關211c、211d、211g及211h是閉路的，則放大器108a及108n的輸出信號係被提供至增益級212的正輸入端子213a，其可以作用以加總所提供的電流。類似地，該負輸入端子213b可以加總被提供至其的電流。該平均電路係輸出一電壓信號。因此，該平均電路係轉換一電流輸入成為一電壓輸出。
從前述內容應該體認到的是，被提供至該增益級212的信號是偽差動(pseudo-differential)信號，其中心是在一共模信號的附近。該增益級212係從一正輸出端子215a以及一負輸出端子215b來產生一差動輸出信號。該差動信號係代表被提供至輸入端子213a-213b的輸入信號的一平均。該平均功能係至少部分藉由可變的回授電阻器214a及214b的使用來加以達成。換言之，該增益級的輸入信號係被結合(那些在該負輸入端子213b的輸入信號係從那些在該正輸入端子213a的輸入信號減去)，並且接著根據該些電阻器214a及214b的電阻設定而被分壓。在該舉例說明的實施例中，該些可變的回授電阻器分別具有一數量的電阻設定Rb...Rb/N，其係對應於可以連接至該增益級的接收電路通道的數量。例如：若該正輸入端子213a接收單一放大器(例如，108a)的輸出信號，則該可變的回授電阻器214a可被設定至一對應於單一被啟動的通道的值；若該正輸入端子213a接收兩個放大器 108a及108n的輸出信號，則該可變的回授電阻器214a可被設定至一對應於兩個通道的值；若該些放大器108a...108n中的三個耦接至該正輸入端子213a，則該可變的回授電阻器214a可被設定至一對應於三個通道的值；依此類推。類似地，該可變的回授電阻器214b的值可被設定至一對應於提供信號至該負輸入端子213b的放大器108a...108n的數量的值。以此種方式，從該平均電路112輸出的差動信號可以代表一平均值，因此不論有多少放大器108a...108b耦接至該平均電路112的一給定的輸入端子，其都具有一落入一所要的目標範圍之內的值。因為不論一接收電路通道是否提供一超音波換能器輸出信號或是一共模信號至該平均電路的一給定的輸入端子，該接收電路通道都被視為作用中的，所以實際上回授電阻器214a及214b對於一給定的平均操作都將會具有相同的值。
該電路200進一步包括一耦接至該平均電路112的輸出的自動歸零電路217。該自動歸零電路217係耦接至一衰減器216。該衰減器216可以提供任何適當的衰減。經衰減的信號可被提供至一低通濾波器(LPF)及固定增益的放大器218。該LPF及固定增益的放大器218的輸出可以耦接至一ADC驅動器220。該ADC驅動器220可以驅動該ADC 116。如先前相關圖1所述的，該ADC 116係耦接至該解碼電路118。
該電路200進一步包括一控制電路222，其係被配置以產生用於該切換電路210的開關之切換信號。該控制電路222亦可以產生控制該些可變電阻器214a及214b的設定之控制信號。該控制電路222可以是具有先前相關控制電路114所敘述的一種類型。
圖3是描繪圖2的電路200的操作的一個例子之一批時序 圖。該舉例說明的例子係假設該電路200只包含兩個接收電路通道。然而，應該體認到的是，該舉例說明的操作可被擴充至任意數量的接收電路通道。
為了圖3的目的，所假設的是藉由放大器108a輸出的信號在整個舉例說明的持續期間係具有一相對於一共模電壓Vcm的0.6V的電壓振幅，並且該放大器108n係具有一相對於Vcm的0.2V的電壓振幅。在某些實施例中，Vcm的值可以是介於約0.5V到0.75V之間，並且相對於Vcm的放大器輸出可以是達到約正或負的0.75V。如同在圖3中所示，該些信號可以是振盪的信號。
從時間t=0直到時間t=T1為止，放大器108a的輸出係被提供至增益級212的正輸入端子213a。其係表示切換信號sp1是低的(在此被假設為零，儘管其它的值亦可被使用)以開路開關211a及211b，並且切換信號sn1是高的(在此被假設為1，儘管其它的值亦可被使用)以閉路開關211c及211d。在相同的時間期間，放大器108n的輸出係被提供至增益級212的負輸入端子213b。其係表示切換信號spn是高的以閉路開關211e及211f，並且切換信號snn是低的以開路開關211g及211h。
因此，從時間t=0至時間t=T1，由放大器108n所輸出的電壓V108n係有效地從放大器108a所輸出的電壓V108a減去。(具有此項技術的普通技能者將會體認到被提供至該些端子213a及213b的電流才是相減者，但是為了簡化起見，圖3是描繪由放大器108a及108n所輸出的電壓。)該相減係藉由該增益級212來加以執行。此外，該些回授電阻器214a及214b係被設定為對應於兩個接收電路通道被啟動的實際狀況的值。在此例子中，來自該平均電路112的差動輸出信號在該指出的時間範圍期間於是具有一 0.2V的電壓振幅Vout(相對於該共模電壓Vcm)。
在一從T1至T2的時間間隔期間，該切換電路210係被控制以將放大器108n的輸出與該負輸入端子213b解除耦接，並且反而將其耦接至該正輸入端子213a。為了達成此，其係使得該切換信號spn為低的，並且其係使得該切換信號snn為高的。因此，開關211e及211f是開路的，並且開關211g及211h是閉路的。在此狀態中，放大器108a及108n的輸出電壓V108a及V108n係有效地在該增益級212的輸入端子213a之處相加。而且，如同從t=0至t=T1的期間，該些回授電阻器214a及214b係被設定為對應於兩個接收電路通道被啟動的實際狀況的值。因此，該平均電路112的輸出信號係具有一相對於Vcm的0.4V的電壓振幅。
儘管該平均電路112的輸出信號可以是一振盪的信號，就像是其所接收的輸入信號，但是該振幅值係在圖3中用簡化的形式而被描繪為Voutd，以描繪其從一時間間隔至下一個時間間隔的改變。
在圖3中所描繪的操作係容許判斷每一個超音波換能器102a及102n貢獻至該平均電路的輸出信號有多少。亦即，以下在表1中的資訊是已知的。
從表1來看，兩個未知數(V108a及V108n)的兩個方程式可被公式化為： V108a-V108n=0.2N (方程式1)
V108a+V108n=0.4N (方程式2)
其中N在此係代表被啟動的通道的數量。因此，N在圖3的例子中是2。有效地解出該些方程式係解碼由該切換電路在從t=0至t=T1以及t=T1至t=T2的不同時間間隔期間所實施的碼。該解碼可以藉由在此所述的解碼電路的類型來加以執行，儘管替代的構件在某些實施例中亦可被利用。
亦應體認到的是，相較於若來自每一個超音波換能器的信號是在其本身個別的時間間隔期間加以收集的話，則先前的操作係提供一改善的SNR。這是因為在該舉例說明的操作中，該信號是同時從該些超音波換能器102a及102n加以收集的，並且因此是在整個持續期間t=0至t=T2上加以收集的。因此，所收集到的信號係大於若超音波換能器102a的信號是只在到達T1的間隔期間收集的、以及若超音波換能器102n的信號是只在從T1至T2的間隔期間收集的。在SNR上的改善可以是依據超音波換能器的信號被收集所在的持續期間而定的。
圖3的例子是假設該電路200係包含兩個超音波換能器以及兩個接收電路通道。應該體認到的是，相同類型的操作可以擴大至任何適當數量的超音波換能器以及接收電路通道。再者，在圖3中描繪的操作係藉由只改變對應於該些接收電路通道中的一個接收電路通道的開關的狀態，而容許判斷來自放大器108a及108n的信號的貢獻。在該例子中，在從t=0至t=T2的期間，只有由spn及snn所控制的切換狀態被改變。然而，對應於該些接收電路通道的開關之額外的狀態(包含其中一放大器係從該平均電路112斷連的禁能狀態)可被利用以容許在一較大數量的接收電路通道之 間做區別。
圖2之詳細的實施方式的各種替換方式都可被利用，同時保持實質相同的功能。在圖2中，被用來產生用於該些接收電路通道的每一個的共模電壓的分壓器係被描繪成靠近個別的放大器108a...108n。分壓器的電阻器靠近放大器的設置可能會導致在該共模信號上的雜訊/干擾類似或是實質與在該些放大器108a...108n的輸出上的雜訊/干擾相同的。然而，作為一替代方案的是，用於產生共模電壓的分壓器可以靠近該增益級212的正及負輸入端子213a及213b來加以置放。
儘管圖1及2係描繪其中納入一平均電路的實施例，但並非所有的實施例都受限於實施該平均電路或是納入一平均電路的該舉例說明的方式。譬如，如先前所述，該平均功能可以利用一加總電路和例如是該些回授電阻器214a及214b之適當的分壓電路一起來加以達成。然而，該平均功能可以替代地利用分散式電路來加以實施。例如，增益級212可以在圖2中其被描繪的位置處執行該加總功能，而該平均操作的分壓功能可以藉由位在該電路鏈路中的別處(例如是在該自動歸零電路217之後)的電路來加以執行。加總電路以及分壓電路的組合在此仍然可以被稱為一平均電路，即使構成該平均電路的電路是被分散的。
考量該平均電路112的功能可被視為提供一標準化的輸出值，應該體認到的是進一步的替代配置可加以實施。例如，被提供為一例如是增益級212的加總電路的輸入的電性信號可以在輸入之前先被標準化。例如，被提供至圖2的正輸入端子213a以及負輸入端子213b的信號可以在被提供至那些端子之前，用任何適當的方式來加以標準化。舉例而言， 藉由放大器108a...108n輸出的信號可以根據一或多個適合用於正規化那些信號的衰減係數來加以衰減，其在某些實施例中可以牽涉到施加個別的衰減係數至該些放大器108a...108n的輸出。當此達成時，該些回授電阻器214a及214b可被消除，並且因此該平均電路112可以縮減成一加總電路。再者，並非是正規化至該加總電路的輸入，而是該些輸入可以單純使得增益被施加，以確保該加總電路的輸出是在一所要的範圍之內。不同的增益可被施加至該加總電路之不同的輸入信號，例如是藉由放大器108a...108n所產生的信號。這些增益可以是可程式化的，並且可以結合該切換電路的正負號功能來加以利用，以提供在此先前敘述的編碼類型，其中一信號可以是正或是負的。
作為另一替代方案的是，在某些實施例中，沒有平均或正規化功能需要在某些實施例中被施加。例如，該平均電路112可以替代的是一加總電路，其係被配置以產生被提供至正輸入端子213a以及負輸入端子213b的信號的一經加總的輸出。若在正輸入端子213a及負輸入端子213b上所提供的信號並不會過大而使得該增益級212(或是其它加總電路)的經加總的輸出超出某些所要的臨界值，則此種配置可以是實用的。因此，此種技術例如可以在被提供至該加總電路的信號是足夠弱的，使得其總和將不會超出該臨界值時被使用。
從前述的內容來看，應該體認到的是，本申請案的一特點係提供複數個超音波換能器耦接至一包含一些交叉耦合的開關之切換電路，該些開關的輸出係耦接至一加總電路。選配的是，一平均功能可以利用該加總電路，而在該切換電路的輸出上加以執行。
從前述的內容來看，應該體認到的是，本申請案的一特點係提供耦接至一超音波換能器的一輸出之交叉耦合的開關。該些交叉耦合的開關可被控制以在來自複數個超音波換能器的輸出信號上施加一碼。該碼可以如上所述地加以利用。例如，相較於藉由依次個別地啟動每一個超音波換能器所可能會的，該碼以及一後續的解碼操作可被用來容許從該複數個超音波換能器在一較長的時間期間之上的獲取。因此，改善的SNR可被實現。從圖1-3的操作的討論應該體認到的是，當該碼被利用時，該碼可包含正及負值、以及增益。因此，編碼可包含不限於+/-1的正及負值。
從前述的內容亦應該體認到的是，本申請案的一特點係提供一種方法及設備，其係用於在類比域中編碼接收到的超音波信號，並且在數位域中解碼該編碼的超音波信號。例如，圖1及2係描繪以此種方式操作的設備。從那些圖以及先前的討論亦應該體認到的是，在至少某些實施例中的編碼及/或解碼係用硬體來加以執行。用硬體的編碼及/或解碼可以是比替代方式的編碼/解碼簡單的。
從前述的內容亦應該體認到的是，藉由複數個超音波換能器所接收的信號在其收到之後的編碼係不同於編碼從複數個超音波換能器所發送的超音波信號。編碼發送的超音波信號可以容許一超音波接收器能夠判斷哪一個接收到的信號是藉由哪一個超音波換能器所發送的。該兩種類型的編碼在某些實施例中可加以組合。換言之，根據某些實施例，一種方法及系統係被提出以用於編碼當被發送時的超音波信號、以及用在此相關圖1-3所述的方式來編碼接收到的超音波信號。實際上，相較於若只有一種類型的編碼被實施，則此種實施例可能會需要一顯著較大數量的編碼操 作、以及對應的解碼操作。該較大數量的編碼及解碼操作可能會負面地影響幀速率。
作為所述實施例的另一替代的實施例，應該體認到的是，所述其中開關係在接收一具有一高值的切換信號時閉路的，並且在接收一具有一低值的切換信號時開路的切換特性可以顛倒。在此所述的各種特點並不限於任何特定類型的開關的使用，並且因此並不限於任何特定的操作該些開關的方式。
在此所述的各種特點可被用在各種的應用中。根據一實施例，一移動的目標指示器可被產生。在一第一獲取窗期間，來自超音波換能器102a的一信號的正負號可被維持為相對於一參考值為正的。在一第二獲取窗期間，來自該超音波換能器的該信號的正負號可以被做成是相對於該參考值為負的。該些信號可以被數位化，並且接著加總。此種操作可以有效地執行都卜勒成像。
至此已經敘述此申請案的技術的數個特點及實施例，所體認到的是各種的改變、修改、及改良都將會輕易地為該項技術中具有通常技能者所思及。此種改變、修改、及改良係欲落在此申請案中所敘述的技術的精神及範疇之內。因此，所欲理解的是先前的實施例只是舉例被呈現而已，並且在所附的申請專利範圍及其等同範圍的範疇之內，本發明的實施例可以與明確所敘述者不同地加以實施。
如先前所述，某些特點可以被體現為一或多種方法。被執行作為該方法的部分的動作可以用任何適當的方式來排序。於是，其中動作係以一不同於所描繪的順序來加以執行的實施例可加以建構，其可包含同 時執行某些動作，即使該些動作在舉例說明的實施例中是被展示為依序的動作。
如同在此所界定及使用的所有定義都應該被理解為優於字典的定義、在被納入作為參考的文件中的定義、及/或所定義的術語之普通的意義。
如同在此的說明書中以及在申請專利範圍中所用的，該措辭"及/或"應該被理解為表示該些因此聯合的元件的"任一或是兩者"，亦即元件在某些情形中是結合地存在，而在其它情形中則是分離地存在。
如同在此的說明書中以及在申請專利範圍中所用的，關於一或多個元件的一表列的措辭"至少一"應該被理解為表示至少一選自該表列的元件中的任一個或多個元件之元件，但是不一定包含明確地被表列在該表列的元件內的每一個元件的至少一個，而且並不排除在該表列的元件中之元件的任意組合。
如同在此所用的，除非另有指出，否則用在數值的背景的術語"介於…之間"係欲為包括在內的意思。例如，除非另有指出，否則"介於A與B之間"係包含A及B。
在申請專利範圍中以及在以上的說明書中，所有例如是"包括"、"包含"、"載有"、"具有"、"含有"、"涉及"、"持有"、"由…所構成"與類似者之轉折的措辭都欲被理解為開放式的，亦即欲表示包含但不限於。只有該轉折的措辭"由…所組成"以及"實質由…所組成"分別才會是封閉或半封閉的轉折的措辭。

Claims (26)

  1. 一種用於超音波接收器電路之設備，其係包括：一超音波換能器；一接收電路，其係耦接至該超音波換能器；一切換電路，其係具有一輸入端子以及第一及第二輸出端子，該輸入端子係耦接至該接收電路；以及一加總電路，其係具有可切換地耦接至該切換電路的該第一及第二輸出端子的第一及第二輸入端子，該加總電路係被配置以輸出一輸出信號，該輸出信號係代表來自該超音波換能器的一輸出信號與來自一或多個其它超音波換能器的一或多個輸出信號的一組合。
  2. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該切換電路係包括一對耦接在該切換電路的該輸入端子與該第一及第二輸出端子之間的交叉耦合的開關，該對交叉耦合的開關可運作以控制該超音波換能器的該輸出信號相對一參考值的一正負號。
  3. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該超音波換能器是一第一超音波換能器，該接收電路是一第一接收電路，並且該切換電路是一第一切換電路，並且其中該設備進一步包括一第二超音波換能器、一耦接至該第二超音波換能器的第二接收電路、以及一耦接在該第二接收電路與該加總電路的該第一及第二輸入端子之間的第二切換電路。
  4. 如申請專利範圍第3項之設備，其中該加總電路的該第一輸入端子係被配置以加總一藉由該第一切換電路輸出的第一電流以及一藉由該第二切換電路輸出的第二電流。
  5. 如申請專利範圍第1項之設備，其進一步包括一耦接在該超音波換能器與切換電路之間的跨阻抗放大器(TIA)，並且其係在該切換電路的上游。
  6. 如申請專利範圍第1項之設備，其進一步包括一平均電路，其係包含該加總電路並且被配置以輸出一平均的信號，該平均的信號係代表來自該超音波換能器的一輸出信號與來自一或多個其它超音波換能器的一或多個輸出信號的一組合。
  7. 如申請專利範圍第6項之設備，其中該平均電路係被配置以輸出一平均的信號，該平均的信號係代表在該平均電路的一第一輸入端子接收到的一第一信號以及在該平均電路的一第二輸入端子接收到的一第二信號的一組合的一平均。
  8. 如申請專利範圍第7項之設備，其中該平均電路係包括一具有一可變電阻的回授電阻器。
  9. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該加總電路是一緩衝器或是一放大器中之一。
  10. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該加總電路是一類比電路，並且該加總電路的輸出是一類比信號。
  11. 如申請專利範圍第1項之設備，其中該超音波換能器、接收電路、切換電路、以及加總電路係單石地被整合在一相同的半導體晶片上。
  12. 一種用於處理一超音波信號之方法，其係包括：在一切換電路接收複數個超音波信號，該切換電路係具有不同的第一及第二輸出；輸出該複數個超音波信號至該第一及/或第二輸出；以及 藉由將在該第一及第二輸出上的值可切換地提供到一加總電路的第一及第二輸入，來結合在該第一及第二輸出上的值。
  13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中結合該第一及第二輸出的值係包括相加及/或相減在該第一及第二輸出上的值。
  14. 如申請專利範圍第12項之方法，其中結合在該第一及第二輸出上的值係包括平均在該第一及第二輸出上的值。
  15. 如申請專利範圍第14項之方法，其中平均在該第一及第二輸出上的值係包括相加在該第一輸出上的值以及在該第二輸出上的值。
  16. 如申請專利範圍第14項之方法，其中平均在該第一及第二輸出上的值係包括從在該第二輸出上的值減去在該第一輸出上的值。
  17. 如申請專利範圍第14項之方法，其中平均在該第一及第二輸出上的值係包括根據在該複數個超音波信號中的超音波信號的一數量來設定一電阻值。
  18. 如申請專利範圍第14項之方法，其中平均在該第一及第二輸出上的值係包括產生一類比信號。
  19. 如申請專利範圍第18項之方法，其進一步包括利用一類比至數位轉換器(ADC)來轉換該類比信號成為一數位信號。
  20. 如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包括在該第一及/或第二輸出上提供一共模信號。
  21. 如申請專利範圍第12項之方法，其進一步包括調整該切換電路以停止提供該複數個超音波信號的一第一超音波信號至該第一輸出，並且開始提供該第一超音波信號至該第二輸出。
  22. 一種超音波裝置，其係包括：複數個超音波換能器；一類比編碼電路，其係耦接至該複數個超音波換能器的輸出，並且包含可切換地耦接至一加總電路的第一及第二輸入兩者的一切換電路；一類比至數位轉換器(ADC)，其係耦接至該類比編碼電路的一輸出；以及一數位解碼電路，其係耦接至該ADC的一輸出。
  23. 如申請專利範圍第22項之超音波裝置，其中該類比編碼電路係可運作以在一第一獲取窗期間編碼一正信號，並且在一第二獲取窗期間編碼一負信號。
  24. 一種處理超音波信號之方法，其係包括：利用複數個超音波換能器來接收超音波信號；從該複數個超音波換能器產生複數個類比輸出信號，該複數個類比輸出信號係代表藉由該複數個超音波換能器接收到的該些超音波信號；藉由將該複數個類比輸出信號可切換地耦接至一加總電路的第一及第二輸入，來編碼該複數個類比輸出信號以產生複數個類比編碼的信號；數位化該複數個類比編碼的信號以產生複數個數位編碼的信號；以及解碼該複數個數位編碼的信號。
  25. 如申請專利範圍第24項之方法，其中編碼該複數個類比輸出信號係包括施加一哈達馬德(Hadamard)碼。
  26. 如申請專利範圍第24項之方法，其中解碼該複數個數位編碼的信號係包括施加一哈達馬德碼。
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