WO2017104923A1 - 빔포밍 장치 및 이를 포함하는 시스템 - Google Patents

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    • H03M1/183—Automatic control for modifying the range of signals the converter can handle, e.g. gain ranging in feedback mode, i.e. by determining the range to be selected from one or more previous digital output values the feedback signal controlling the gain of an amplifier or attenuator preceding the analogue/digital converter

Definitions

  • the present invention relates to a beamforming apparatus and a system including the same, and more particularly, to a beamforming apparatus and a system including the same, which can perform an analog beamforming operation and an analog-digital conversion operation.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a conventional ultrasound diagnostic system.
  • Conventional ultrasound diagnostic systems include a probe 10, a body 20, and a cable 30.
  • the probe 10 includes a plurality of transducers 11 and analog beamformers 13.
  • the probe 10 comprises 64 transducers 11 and 8 analog beamformers 13.
  • the transducer 11 emits an ultrasonic wave at the photographing point F (focal point) according to the signal transmitted from the main body 20, receives the reflected ultrasonic signal, and converts it into an analog electric signal.
  • transducers 11 form one sub-array in 8 units, but the number of transducers 11 included in the sub-array may be variously set to one or more.
  • the probe 10 may further include a plurality of analog signal controllers 12.
  • the signal output from each transducer 11 has a different maximum value depending on the channel, but the analog signal controller 12 may control the gain to amplify and output the output signal of the transducer 11 to a predetermined size.
  • the eight analog beamformers 13 output analog beam signals by performing beamforming operations on the analog electrical signals output from the eight analog signal controllers 12 belonging to the corresponding sub-arrays.
  • the analog beam signal may be expressed as a sum of analog signals obtained by removing time or phase difference.
  • the lookup table 24 of the main body 20 may store, in advance, delay amount information of each channel according to the photographing point F.
  • FIG. The lookup table 24 may also store the amplification ratio of each analog signal controller 12 in advance.
  • the control unit 23 of the main body 20 reads the delay amount information and the amplification ratio information for the selected photographing point F from the lookup table 24, and the analog signal adjusting unit 12 and the analog beamformer of the probe 10 are read. Provide to (13).
  • the analog beamformer 13 performs a beamforming operation on the signals received from the analog signal controllers 12 using the delay amount information.
  • the analog beam signals output from each analog beamformer 13 are transmitted to the main body 20 through the cable 30.
  • the main body 20 includes eight analog to digital converters 21 and a digital beamformer 22.
  • Each analog-to-digital converter 21 is output from the corresponding analog beamformer 13 converts the analog signal transmitted through the cable 30 to a digital signal and outputs it.
  • the digital beamformer 22 performs a beamforming operation on the digital signals output from the eight analog to digital converters 21.
  • the controller 23 may generate an ultrasound diagnostic image according to the signal output from the digital beamformer 22.
  • the number of transducers 11 increases, the number of analog beamformers 13 and analog-digital converters 21 correspondingly increases, and accordingly, the number of signals to be transmitted through the cable 30 is increased. The number will also increase.
  • Recent ultrasound diagnostic systems also include a total of 9216 transducers arranged in a matrix with 72 rows and 128 columns.
  • one subarray includes eight transducers 11, a total of 1152 analog-to-digital converters 21 are required, and the smaller the number of transducers 11 in one subarray, the greater the number. Require analog-to-digital converter 21.
  • the conventional analog beamformer 13 should include a buffer for stably providing an analog beam signal to the analog-to-digital converter 21 at the output terminal.
  • the buffer can generally be implemented using an operational amplifier.
  • the cost increases as the number of transducers 11 increases.
  • the present invention provides a beamforming apparatus that performs both an analog beamforming operation and an analog-digital conversion operation.
  • the present invention provides a probe incorporating a beamforming device and a system including the same.
  • a beamforming apparatus includes: a signal storage unit configured to receive a plurality of analog signals and store analog beam signals corresponding to a combination of a plurality of analog signals; And a signal storage unit configured to receive a plurality of analog signals and store an analog beam signal, and generate a digital signal corresponding to the analog beam signal, and control the signal storage unit to update an output voltage of the signal storage unit while generating the digital signal.
  • a controller for controlling the signal storage is
  • Probe system comprises a plurality of transducers for converting a signal received from a plurality of channels to a plurality of analog signals and outputs; And a beamforming apparatus for outputting a digital signal obtained by converting an analog beam signal corresponding to a combination of a plurality of analog signals output from the plurality of transducers.
  • a system comprises a plurality of transducers for converting a signal received from a plurality of channels to a plurality of analog signals and outputs; And a plurality of beamforming devices for outputting a digital signal obtained by converting an analog beam signal corresponding to a combination of a plurality of analog signals output from the plurality of transducers.
  • a cable for transmitting the digital signal output from the probe; And a body analyzing the digital signal received through the cable.
  • the beamforming apparatus can perform an analog beamforming operation and an analog-digital conversion operation together, and can make the overall structure simpler than when the analog beamformer and the analog-digital converter exist independently as in the prior art. have.
  • the degradation in the quality of the analog beam signal transmission through the cable can be reduced.
  • the beamforming apparatus receives and processes a digital signal directly from a main body, a configuration for processing an analog signal is reduced, and accordingly, the size of the main body can be miniaturized to be portable.
  • FIG. 1 is a block diagram of a conventional ultrasound diagnostic system.
  • Figure 2 is a block diagram of the ultrasound diagnostic system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of the beamforming apparatus of FIG.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of the signal storage unit of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the switch block of FIG.
  • FIG. 6 is a waveform diagram illustrating an operation of a first control unit of FIG. 3.
  • FIG. 7 is a flow chart showing operation of the second controller of FIG.
  • FIG. 9 is a waveform diagram showing the operation of the beamforming apparatus described in FIG. 8.
  • Figure 2 is a block diagram showing an ultrasound diagnostic system according to an embodiment of the present invention.
  • An ultrasound diagnostic system includes a probe 100, a main body 200, and a cable 300.
  • the probe 100 includes a plurality of transducers 110 and a beamforming device 400.
  • the transducer 110 receives the reflected ultrasonic signal, converts it into an analog electric signal, and outputs it.
  • the plurality of transducers 110 forms one sub array in eight units, but the number of transducers 110 constituting the sub array may vary depending on the embodiment.
  • the probe 100 may further include a plurality of analog signal controllers 120.
  • the signal output from each transducer 110 has a different maximum value, but the analog signal controller 120 may control the gain to amplify and output the output signal of the transducer 110 to a predetermined size.
  • the beamforming apparatus 400 stores an analog beam signal corresponding to a combination of analog signals output from the analog signal controller 120 included in one sub array, and then outputs the converted digital signal.
  • the cable 300 transmits the digital signal output from the beamforming apparatus 400 to the main body 200.
  • the main body 200 includes a digital beamformer 220, a controller 230, and a lookup table 240.
  • the digital beamformer 220 receives a digital signal output from the beamforming apparatus 400 through a cable 300 to perform a beamforming operation and outputs a digital beamforming signal accordingly.
  • the controller 230 may perform an operation of outputting an ultrasound diagnostic image by using the digital beamforming signal.
  • the ultrasound diagnosis system according to the present invention disclosed in FIG. 2 has the following differences compared to the conventional ultrasound diagnosis system of FIG. 1.
  • the probe 100 according to the present invention includes a beamforming apparatus 400 instead of the conventional analog beamformer 13.
  • the beamforming apparatus 400 according to the present invention may be understood as performing the functions of the conventional analog beamformer 13 and the conventional analog to digital converter 21 together.
  • the beamforming apparatus 400 according to the present invention does not simply combine the configurations of the conventional analog beamformer 13 and the conventional analog to digital converter 21.
  • the main body 200 according to the present invention does not include the analog-to-digital converter 21 unlike the conventional art, and the cable 300 according to the present invention transmits a digital signal unlike the conventional art.
  • FIG. 3 is a block diagram of a beamforming apparatus 400 according to an embodiment of the present invention.
  • the beamforming apparatus 400 includes a first controller 410, a signal storage unit 420, a second controller 430, and a comparator 440.
  • first controller 410 and the second controller 430 are separately represented, but this is for convenience of description and does not necessarily limit that they should be implemented as separate physical blocks.
  • the first controller 410 stores the voltage signals V0 to V7 provided from the analog signal controller 120 in the signal storage unit 420.
  • the first controller 410 may control the signal storage unit 420 to open the switch until a significant signal from each channel is no longer input in consideration of the delay times of the analog signals V0 to V7. Can be.
  • the signal storage unit 420 stores the analog beam signal.
  • an operation of storing the analog beam signal may be referred to as a sampling operation.
  • the analog beam signal may be understood as a combination of analog signals, and a specific form of the combination may be expressed by various equations according to embodiments.
  • the beamforming operation refers to an operation of adjusting phase delays of a plurality of analog signals to align phases and then combining them into one signal.
  • the delay amount may mean a time or phase difference between signals received by the same ultrasound signal.
  • the analog beam signal may be expressed as a value corresponding to the sum of the analog signals from which the time or phase difference is removed.
  • the signal storage unit 420 includes a sub signal storage unit 421 and a selector 422.
  • sub signal storage unit 421 A detailed configuration of the sub signal storage unit 421 will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
  • One or more sub-signal storage units 421 may be set in various ways according to embodiments.
  • the selection unit 422 may not be included or replaced by a switch.
  • the next sampling operation may be started after converting the signal obtained as a result of the sampling into digital.
  • the next sampling operation may be started after converting the signal obtained as a result of the sampling into digital.
  • it may be suitable for relatively low speed signal processing.
  • Each sub-signal storage unit 421 samples a group of analog signals corresponding to the ultrasonic signals reflected from the photographing point F at one point in time.
  • the time to perform the sampling operation on the group of analog signals is longer than the time required to convert the sampled analog signals to digital.
  • a plurality of sub-signal storage units 421 are provided in parallel for time interleaving. It is desirable to perform the sampling operation and the analog-to-digital conversion operation by controlling them in an interleaving manner.
  • the first controller 410 controls the selector 422 to control the corresponding sub signal storage 421. May be input to the comparator 440.
  • the second controller 133 controls an operation of converting an analog signal stored in the sub signal storage unit 421 into digital.
  • the second controller 133 sequentially determines the upper to lower bits of the digital output while comparing the output voltage VX and the reference voltage Vcom of the signal storage unit 132. Use the method.
  • the beamforming apparatus 400 stores the analog beam signal in the signal storage unit 132 through a sampling operation, and stores the analog beam signal in the analog signal stored in the signal storage unit 132 without using a buffer.
  • the analog to digital conversion operation is performed immediately.
  • the first controller 410 and the second controller 420 may be implemented as a sequential circuit using a clock signal CLK.
  • FIG. 4 is a circuit diagram of the sub-signal storage unit 421 of FIG. 3, and FIG. 5 is a circuit diagram of the switch box of FIG. 4.
  • the capacitors of the sub signal storage unit 421 are connected in a network form as shown. Such a capacitor network structure may vary depending on the embodiment.
  • the first controller 410 deactivates the selection signal A [0] while the signal is being stored, that is, during the sampling operation, to fix the output terminal of the capacitor network to the reference voltage Vcom.
  • the capacitor network controls the voltage input switch according to the input control signal S0 [7: 0] to charge an electric charge corresponding to the difference between the analog voltages V0 to V7 and the common voltage Vcom output from the analog signal controller 120. Will be charged.
  • the input control signal S0 [7: 0] may be determined by the first controller 410 according to the delay amount information provided by the controller 230 of FIG. 2.
  • the input control signal may be provided in the form as shown in FIG. 6.
  • FIG. 6 is a waveform diagram illustrating the operation of the first controller 410.
  • the waveform diagram of FIG. 6 assumes a case in which the ultrasonic signals input sequentially from the first channel to the eighth channel are sequentially delayed as shown in FIG. 8.
  • the selection signal A [0] is activated at t9 to separate the output terminal of the sub-signal storage unit 421 from the reference voltage Vcom.
  • the section between t8 and t9 is an idle section and its length may be increased or decreased in some embodiments.
  • the first controller 410 activates the selection signal A [0] so that the output terminal of the sub-signal storage unit 421 becomes the reference voltage Vcom. Release the lock).
  • the sampling operation is completed and the capacitors of the sub-signal storage unit 421 are charged with predetermined charges corresponding to the analog voltages V0,..., V7.
  • This state may be understood as an analog beam signal stored in the sub signal storage unit 421.
  • the second controller 430 controls the analog-digital conversion operation.
  • the second controller 430 may control an operation of converting an analog beam signal obtained as a result of the sampling operation into digital.
  • the second controller 430 may identify the sub-signal storage unit 421 to perform analog-to-digital conversion with reference to the value of the selection signal A [7: 0].
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an analog-digital conversion operation of the second controller 430.
  • the digital output signal DO output in this embodiment has a total of 12 bits.
  • step S100 the second controller 430 initializes the index n to 1, deactivates H0 [11: 1] and L0 [11: 1] applied to the switch box 4211, and C0 [11. : 1] is activated.
  • the voltage of one end of the capacitor is fixed to the reference voltage Vcom. Accordingly, charge redistribution occurs in the capacitors of the sub signal storage unit 421.
  • the output voltage VX0 of the sub-signal storage unit 421 is determined as in Equation 1 below.
  • step S200 the output voltage VX0 is compared with the reference voltage Vcom.
  • step S210 if the output voltage VX0 is greater than or equal to the reference voltage Vcom, the process moves to step S210, otherwise, the process moves to step S220.
  • step S210 bits 12-n of the output signal D0 are set to 1, and the H0 [12-n] signal is set high and the C0 [12-n] signal and the L0 [12-n] signal are set low. do. Accordingly, one end of the capacitor associated with signal 12-n is fixed to the high voltage Vrefh.
  • step S220 bits 12-n of the output signal D0 are set to 0, the L0 [12-n] signal is set low, and the C0 [12-n] signal and the H0 [12-n] signal are set low. do. Accordingly, one end of the capacitor associated with signal 12-n is fixed to the low voltage Vrefl.
  • the reference voltage Vcom is an intermediate voltage between the high voltage Vrefh and the low voltage Vrefl.
  • the output voltage VX0 of the sub signal storage unit 421 is updated by charge redistribution.
  • step S300 it is checked whether the index n exceeds 12.
  • step S310 If the index n does not exceed 12, the index n is increased by 1 in step S310, and the process of step S200 or less is repeated.
  • the second controller 430 may further include a register to temporarily store the digital output signal until it is completed.
  • FIG 8 is an explanatory diagram showing the operation of the ultrasound diagnostic system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 illustrates a situation in which a signal reflected by firing a series of ultrasonic waves to the photographing point F is received at a predetermined time interval T.
  • the delay amount information of the signal according to the channel may be previously stored in the lookup table 240 of FIG. 2 in association with the photographing point F.
  • FIG. 1 the delay amount information of the signal according to the channel may be previously stored in the lookup table 240 of FIG. 2 in association with the photographing point F.
  • the reflected ultrasonic signal is represented by Zij (i: channel number, j: serial number of the signal or the number of the group to which the signal belongs), and the analog voltage signal corresponding thereto is represented by Vij.
  • FIG. 9 is a timing diagram illustrating an operation of the beamforming apparatus 400 in the same situation as that of FIG. 8, illustrating that the sampling operation and the analog-to-digital conversion operation are performed in a time interleaving manner.
  • FIG. 9 illustrates an operation of sampling a series of ultrasonic signals using eight sub-signal storage units 421 and converting the result into digital signals.
  • the sample refers to an operation of charging a corresponding capacitor of FIG. 4 using analog signals output through each channel, which corresponds to an analog beamforming operation.
  • Zn represents the nth reflected ultrasonic signal.
  • the 0th sub-signal storage unit samples the n-th ultrasound signal Zn from T0 to T7 and converts the n-th ultrasound signal sampled from T7 to T8 to digital.
  • the first sub-signal storage unit samples the n + 1th ultrasound signal Zn + 1 from T1 to T8 and converts the n + 1th ultrasound signal sampled from T8 to T9 into digital.
  • the sub signal storage unit 7 in the sub signal storage unit 2 also proceeds as shown.
  • the input control signals S0 [k] (k 0, 1, 2, ..., 7) of FIGS. 3 and 4 As shown in FIG. 7, the signal is activated while the signal is input, and deactivated while it is not.
  • a series of ultrasonic signals reflected at regular time intervals may be parallelly processed using a plurality of sub-signal storage units in a time interleaving manner to improve signal processing speed. This helps to acquire the diagnostic image in real time.
  • the ultrasonic diagnostic system including the beamforming apparatus has been described above, but the ultrasonic diagnostic system is an example of a system including the beamforming apparatus according to the present invention, and is not limited to the scope of the present invention and the ultrasonic diagnostic system.

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Abstract

본 기술은 아날로그 빔포밍 동작과 아날로그 디지털 변환 동작을 함께 수행하는 빔포밍 장치를 제공한다. 본 발명은 빔포밍 장치를 내장한 프로브와 이를 포함하는 시스템을 제공한다. 본 기술에 의한 빔포밍 장치는 다수의 아날로그 신호를 입력받아 다수의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 신호 저장부; 및 다수의 아날로그 신호를 입력받아 아날로그 빔 신호를 저장하도록 신호 저장부를 제어하고, 아날로그 빔 신호에 대응하는 디지털 신호를 생성하되 디지털 신호를 생성하는 동안 신호 저장부의 출력 전압이 갱신되도록 신호 저장부를 제어하는 제어기를 포함한다.

Description

빔포밍 장치 및 이를 포함하는 시스템
본 발명은 빔포밍 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 아날로그 빔포밍 동작과 아날로그 디지털 변환 동작을 함께 수행할 수 있는 빔포밍 장치 및 이를 포함하는 시스템에 관한 것이다.
도 1은 종래의 초음파 진단 시스템을 나타낸 블록도이다.
종래의 초음파 진단 시스템은 프로브(10), 본체(20) 및 케이블(30)을 포함한다.
프로브(10)는 다수의 트랜스듀서(11)와 아날로그 빔포머(13)를 포함한다.
도 1에서 프로브(10)는 64개의 트랜스듀서(11) 및 8개의 아날로그 빔포머(13)를 포함한다.
트랜스듀서(11)는 본체(20)로부터 전송된 신호에 따라 촬영 지점(F, 포컬포인트)에 초음파를 방출하고, 반사된 초음파 신호를 수신하여 이를 아날로그 전기 신호로 변환한다.
도 1에서 64개의 트랜스듀서(11)는 8개 단위로 하나의 서브 어레이를 형성하나 서브 어레이에 포함되는 트랜스듀서(11)의 개수는 1개 이상으로 다양하게 설정될 수 있다.
프로브(10)는 다수의 아날로그 신호 조절부(12)를 더 포함할 수 있다.
각 트랜스듀서(11)에서 출력된 신호는 채널에 따라 최대값이 서로 다른데 아날로그 신호 조절부(12)는 이득을 제어하여 트랜스듀서(11)의 출력 신호를 일정한 크기로 증폭하여 출력할 수 있다.
8개의 아날로그 빔포머(13)는 각각 대응하는 서브 어레이에 속하는 8개의 아날로그 신호 조절부(12)에서 출력된 아날로그 전기 신호에 대해서 빔포밍 동작을 수행하여 아날로그 빔 신호를 출력한다.
이때 아날로그 빔 신호는 시간 또는 위상차가 제거된 아날로그 신호들의 합으로 표현될 수 있다.
본체(20)의 룩업테이블(24)은 촬영 지점(F)에 따른 각 채널의 지연량 정보를 미리 저장할 수 있다. 룩업테이블(24)은 각 아날로그 신호 조절부(12)의 증폭비 역시 미리 저장할 수 있다.
본체(20)의 제어부(23)는 선택된 촬영 지점(F)에 대한 지연량 정보, 증폭비 정보를 룩업테이블(24)에서 읽어 이를 프로브(10)의 아날로그 신호 조절부(12) 및 아날로그 빔포머(13)에 제공한다.
아날로그 빔포머(13)는 지연량 정보를 이용하여 각 아날로그 신호 조절부(12)로부터 수신한 신호들에 대하여 빔포밍 동작을 수행한다.
각 아날로그 빔포머(13)에서 출력된 아날로그 빔 신호들은 케이블(30)을 통해 본체(20)로 전송된다.
도 1에서 본체(20)는 8개의 아날로그 디지털 변환기(21)와 디지털 빔포머(22)를 포함한다.
각각의 아날로그 디지털 변환기(21)는 대응하는 아날로그 빔포머(13)에서 출력되어 케이블(30)을 통해 전송된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
디지털 빔포머(22)는 8개의 아날로그 디지털 변환기(21)에서 출력된 디지털 신호에 대해서 빔포밍 동작을 수행한다.
제어부(23)는 디지털 빔포머(22)에서 출력된 신호에 따라 초음파 진단 영상을 생성할 수 있다.
이러한 종래의 초음파 진단 시스템에서는 트랜스듀서(11)의 개수가 증가하는 경우 아날로그 빔포머(13) 및 아날로그 디지털 변환기(21)의 개수가 대응하여 증가하고 이에 따라 케이블(30)을 통해 전송될 신호의 개수도 증가하게 된다.
최근 초음파 진단 시스템의 경우 72개의 행과 128개의 열을 가지는 매트릭스 형태로 배치된 총 9216개의 트랜스듀서를 포함하기도 한다.
따라서 하나의 서브 어레이에 8개의 트랜스듀서(11)가 포함되는 경우 총 1152개의 아날로그 디지털 변환기(21)를 필요로 하며 하나의 서브 어레이에 더 적은 수의 트랜스듀서(11)가 포함될수록 더 많은 수의 아날로그 디지털 변환기(21)를 필요로한다.
또한 종래의 아날로그 빔포머(13)는 출력단에 아날로그 디지털 변환기(21)에 아날로그 빔 신호를 안정적으로 제공하기 위한 버퍼를 포함해야 한다. 버퍼는 일반적으로 연산 증폭기를 이용하여 구현될 수 있다.
이와 같이 종래의 초음파 진단 시스템에서는 트랜스듀서(11)의 개수가 증가함에 따라 비용이 증가하는 문제가 있다.
아울러 많은 수의 아날로그 빔 신호가 케이블(30)을 통해 본체(20)로 전달되는 과정에서 신호의 품질이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 아날로그 빔포밍 동작과 아날로그 디지털 변환 동작을 함께 수행하는 빔포밍 장치를 제공한다. 본 발명은 빔포밍 장치를 내장한 프로브와 이를 포함하는 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 빔포밍 장치는 다수의 아날로그 신호를 입력받아 다수의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 신호 저장부; 및 다수의 아날로그 신호를 입력받아 아날로그 빔 신호를 저장하도록 신호 저장부를 제어하고, 아날로그 빔 신호에 대응하는 디지털 신호를 생성하되 디지털 신호를 생성하는 동안 신호 저장부의 출력 전압이 갱신되도록 신호 저장부를 제어하는신호 저장부를 제어하는 제어기를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 프로브 시스템은 다수의 채널로부터 수신되는 신호를 다수의 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수의 트랜스듀서; 및 다수의 트랜스듀서에서 출력되는 다수의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 변환한 디지털 신호를 출력하는 빔포밍 장치를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 시스템은 다수의 채널로부터 수신되는 신호를 다수의 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수의 트랜스듀서; 및 다수의 트랜스듀서에서 출력되는 다수의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 변환한 디지털 신호를 출력하는 빔포밍 장치를 다수 개 포함하는 프로브; 프로브에서 출력된 디지털 신호를 전송하는 케이블; 및 케이블을 통해 수신한 디지털 신호를 분석하는 본체를 포함한다.
본 발명에 의한 빔포밍 장치는 아날로그 빔포밍 동작과 아날로그 디지털 변환 동작을 함께 수행할 수 있는 것으로서 종래와 같이 아날로그 빔포머와 아날로그 디지털 변환기가 독립적으로 존재하는 경우에 비하여 전체적인 구조를 더 간단하게 할 수 있다.
본 발명에 의한 빔포밍 장치를 포함하는 시스템은 프로브와 본체 사이에 디지털 통신이 가능하므로 케이블을 통한 아날로그 빔 신호 전달 과정에서 발생하는 품질 저하를 줄일 수 있다.
본 발명에 의한 빔포밍 장치는 본체에서 직접 디지털 신호를 수신하여 처리하므로 아날로그 신호 처리를 위한 구성이 줄어들며 이에 따라 본체의 크기를 휴대가 가능할 정도로 소형화할 수 있다.
도 1은 종래의 초음파 진단 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 진단 시스템의 블록도.
도 3은 도 2의 빔포밍 장치의 블록도.
도 4는 도 3의 신호 저장부의 회로도.
도 5는 도 4의 스위치 블록의 회로도.
도 6은 도 3의 제 1 제어부의 동작을 설명하는 파형도.
도 7은 도 3의 제 2 제어기의 동작을 나타낸 순서도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 빔포밍 장치의 동작을 나타낸 설명도.
도 9는 도 8에 설명된 빔포밍 장치의 동작을 나타낸 파형도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 개시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 진단 시스템을 나타낸 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 진단 시스템은 프로브(100), 본체(200) 및 케이블(300)을 포함한다.
프로브(100)는 다수의 트랜스듀서(110)와 빔포밍 장치(400)를 포함한다.
트랜스듀서(110)는 반사된 초음파 신호를 수신하고 이를 아날로그 전기 신호로 변환하여 출력한다.
본 실시예에서 다수의 트랜스듀서(110)는 8개 단위로 하나의 서브 어레이를 형성하나 서브 어레이를 구성하는 트랜스듀서(110)의 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
프로브(100)는 다수의 아날로그 신호 조절부(120)를 더 포함할 수 있다.
각 트랜스듀서(110)에서 출력된 신호는 최대값이 서로 다른데 아날로그 신호 조절부(120)는 이득을 제어하여 트랜스듀서(110)의 출력 신호를 일정한 크기로 증폭하여 출력할 수 있다.
빔포밍 장치(400)는 하나의 서브 어레이에 포함된 아날로그 신호 조절부(120)로부터 출력되는 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장한 후 이를 변환한 디지털 신호를 출력한다.
빔포밍 장치(400)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 3을 참조하여 구체적으로 살펴본다.
케이블(300)은 빔포밍 장치(400)로부터 출력된 디지털 신호를 본체(200)로 전송한다.
본체(200)는 디지털 빔포머(220), 제어부(230) 및 룩업테이블(240)을 포함한다.
디지털 빔포머(220)는 케이블(300)을 통해 빔포밍 장치(400)로부터 출력된 디지털 신호를 수신하여 빔포밍 동작을 수행하고 이에 따라 디지털 빔포밍 신호를 출력한다.
제어부(230)는 디지털 빔포밍 신호를 이용하여 초음파 진단 영상을 출력하는 동작을 수행할 수 있다.
제어부(230)와 룩업테이블(240)의 동작에 대해서는 종래에 설명한 것과 실질적으로 동일하므로 이에 대해서는 설명을 생략한다.
아울러 디지털 신호를 수신하여 빔포밍 동작을 수행하는 디지털 빔포머(220)의 구체적인 구성 및 동작이나 초음파 진단 영상의 생성과 같은 제어부(230)의 동작 역시 종래의 기술을 적용하여 구현할 수 있는 것이므로 이에 대해서는 구체적인 개시를 생략한다.
도 2에 개시된 본 발명에 의한 초음파 진단 시스템은 도 1의 종래의 초음파 진단 시스템에 비하여 다음과 같은 차이가 있다.
먼저 본 발명에 의한 프로브(100)는 종래의 아날로그 빔포머(13) 대신 빔포밍 장치(400)를 포함한다.
본 발명에 의한 빔포밍 장치(400)는 종래의 아날로그 빔포머(13)와 종래의 아날로그 디지털 컨버터(21)의 기능을 함께 수행하는 것으로 이해할 수 있다.
그러나 본 발명에 의한 빔포밍 장치(400)가 종래의 아날로그 빔포머(13)와 종래의 아날로그 디지털 컨버터(21)의 구성을 단순히 결합한 것은 아니다.
본 발명에 의한 빔포밍 장치(400)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 도 3을 참조하여 구체적으로 개시한다.
본 발명에 의한 본체(200)는 종래와 달리 아날로그 디지털 컨버터(21)를 포함하지 않으며 본 발명에 의한 케이블(300)은 종래와 달리 디지털 신호를 전송한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 빔포밍 장치(400)의 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 빔포밍 장치(400)는 제 1 제어기(410), 신호 저장부(420), 제 2 제어기(430) 및 비교기(440)를 포함한다.
본 개시에서는 제 1 제어기(410)와 제 2 제어기(430)를 분리하여 표현하였으나 이는 설명의 편의를 위한 것으로서 이들이 반드시 별도의 물리적인 블록으로 구현되어야 함을 한정하는 것은 아니다.
제 1 제어기(410)는 아날로그 신호 조절부(120)로부터 제공되는 전압 신호들(V0 ~ V7)을 신호 저장부(420)에 저장한다.
예를 들어 제 1 제어기(410)는 아날로그 신호들(V0 ~ V7)의 지연 시간을 고려하여 각 채널로부터 유의미한 신호가 더 이상 입력되지 않을 때까지 스위치가 열리도록 신호 저장부(420)를 제어할 수 있다.
그 결과 신호 저장부(420)는 아날로그 빔 신호를 저장하게 된다.
이하에서 아날로그 빔 신호를 저장하는 동작을 샘플링 동작으로 지칭할 수 있다.
아날로그 빔 신호는 아날로그 신호의 조합으로 이해할 수 있으며 조합의 구체적인 형태는 실시예에 따라 다양한 수학식으로 표현될 수 있다.
예를 들어 빔포밍 동작은 다수의 아날로그 신호의 지연량을 조절하여 위상을 정렬한 후 이들을 하나의 신호로 합하는 동작을 지칭한다.
이때 지연량은 동일한 초음파 신호에 의하여 수신되는 신호들 사이의 시간 또는 위상차를 의미할 수 있다.
이 경우 아날로그 빔 신호는 시간 또는 위상차가 제거된 아날로그 신호의 합에 대응하는 값으로 표시될 수 있다.
신호 저장부(420)는 서브 신호 저장부(421) 및 선택부(422)를 포함한다.
서브 신호 저장부(421)의 구체적인 구성은 도 4와 5를 참조하여 설명한다.
서브 신호 저장부(421)의 개수는 하나 또는 그 이상으로 실시예에 따라 다양하게 설정할 수 있다.
서브 신호 저장부(421)를 하나만 포함하는 실시예의 경우 선택부(422)는 포함되지 않거나 스위치로 대체될 수 있다.
서브 신호 저장부(421)가 하나인 경우에는 샘플링 결과 얻어진 신호를 디지털로 변환한 후에 다음 샘플링 동작을 개시할 수 있다. 따라서 이는 상대적으로 저속의 신호 처리에 적합할 수 있다.
각각의 서브 신호 저장부(421)는 어느 한 시점에 촬영 지점(F)으로부터 반사된 초음파 신호에 대응하는 일군의 아날로그 신호를 샘플링한다.
일군의 아날로그 신호에 대하여 샘플링 동작을 수행하는 시간은 샘플링된 아날로그 신호를 디지털로 변환하는데 걸리는 시간보다 길다.
따라서 도 8과 같이 군을 이루며 순차적으로 입력되는 일련의 아날로그 신호에 대해서 샘플링 동작과 아날로그 디지털 변환 동작을 보다 고속으로 수행하기 위해서는 다수의 서브 신호 저장부(421)를 병렬로 구비하여 타임 인터리빙(time interleaving) 방식으로 이들을 제어함으로써 샘플링 동작과 아날로그 디지털 변환 동작을 수행하는 것이 바람직하다.
다수의 서브 신호 저장부(421)를 이용하여 군을 이루며 순차적으로 입력되는 일련의 신호에 대해서 타임 인터리빙 방식으로 샘플링 동작과 아날로그 디지털 변환 동작을 수행하는 동작의 예에 대해서는 도 9를 참조하여 설명한다.
제 1 제어기(131)의 제어에 따라 어느 한 시점의 아날로그 빔 신호가 서브 신호 저장부(1321)에 저장되면 제 1 제어기(410)는 선택부(422)를 제어하여 해당 서브 신호 저장부(421)의 신호가 비교기(440)에 입력될 수 있도록 한다.
이후 제 2 제어기(133)는 서브 신호 저장부(421)에 저장된 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 동작을 제어한다.
아날로그 신호를 디지털로 변환하는 기술로서 다양한 종래의 기술이 알려져 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 제 2 제어기(133)는 신호 저장부(132)의 출력 전압(VX)과 기준 전압(Vcom)을 비교하면서 디지털 출력의 상위 비트부터 하위비트까지를 순차적으로 결정하는 방식을 사용한다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 빔포밍 장치(400)는 샘플링 동작을 통해 신호 저장부(132)에 아날로그 빔 신호를 저장하고 버퍼를 사용하지 않고 신호 저장부(132)에 저장된 아날로그 신호에 대해서 곧바로 아날로그 디지털 변환 동작을 수행한다.
제 1 제어기(410)와 제 2 제어기(420)는 클록 신호(CLK)를 이용한 순차 회로로 구현될 수 있다.
도 4는 도 3의 서브 신호 저장부(421)의 회로도이고 도 5는 도 4의 스위치 박스의 회로도이다.
서브 신호 저장부(421)의 커패시터들은 도시된 바와 같이 네트워크 형태로 연결된다. 이러한 커패시터 네트워크 구조는 실시예에 따라 변경될 수 있다.
신호를 저장하는 동안 즉 샘플링 동작이 진행되는 동안 제 1 제어기(410)는 선택 신호(A[0])를 비활성화하여 커패시터 네트워크의 출력단을 기준 전압(Vcom)으로 고정한다.
또한 H0[11:1], C0[11:1], L0[11:1]을 모두 비활성화한다. 이에 따라 도 5에 도시된 바와 같이 스위치 박스(4211)의 모든 스위치들은 열린 상태가 된다.
필요에 따라서는 H0[11:1] 및 L0[11:1]을 비활성화시킨 상태에서 C0[11:1]을 모두 활성화함으로써 커패시터의 양단을 모두 동일한 기준 전압(Vcom)으로 설정하여 커패시터를 완전히 방전시킨 후 H0[11:1], C0[11:1], L0[11:1]을 모두 비활성화할 수도 있다.
커패시터 네트워크는 입력 제어 신호 S0[7:0]에 따라 전압 입력 스위치를 제어하여 아날로그 신호 조절부(120)에서 출력되는 아날로그 전압(V0 ~ V7)과 공통 전압(Vcom)의 차이에 대응하는 전하를 충전하게 된다.
이때 입력 제어 신호 S0[7:0]는 도 2의 제어부(230)에서 제공되는 지연량 정보에 따라 제 1 제어기(410)에서 결정될 수 있다. 예를 들어 입력 제어 신호는 도 6과 같은 형태로 제공될 수 있다.
도 6은 제 1 제어기(410)의 동작을 나타내는 파형도이다.
도 6의 파형도는 도 8에 도시된 바와 같이 제 1 채널에서 제 8 채널로 갈수록 입력되는 초음파 신호가 순차적으로 지연되는 경우를 가정한다.
샘플링 동작 초기(t0)에 입력 제어 신호(S0)의 모든 비트는 활성화된다.
이후 각 채널로부터 신호 입력이 종료되는 시점(t1, t2, ..., t8)에서 입력 제어 신호(S0)의 대응하는 비트가 순차적으로 비활성화된다.
t8 이후 샘플링 동작이 완료되면 t9에서 선택 신호(A[0])가 활성화되어 서브 신호 저장부(421)의 출력단을 기준 전압(Vcom)으로부터 분리한다.
t8과 t9사이의 구간은 아이들(idle) 구간으로서 실시예에 따라 그 길이는 증감될 수 있다.
모든 아날로그 전압(V0 ~ V7)이 수신되어 커패시터 네트워크에 충전이 완료되면 제 1 제어기(410)는 선택 신호(A[0])를 활성화하여 서브 신호 저장부(421)의 출력단이 기준 전압(Vcom)으로 고정되는 것을 해제한다.
이로써 샘플링 동작이 완료되고 서브 신호 저장부(421)의 커패시터들은 아날로그 전압(V0, ..., V7)에 대응하는 소정의 전하를 충전한 상태가 된다.
이러한 상태를 서브 신호 저장부(421)에 아날로그 빔 신호가 저장된 상태로 이해할 수 있다.
이후 제 2 제어기(430)는 아날로그 디지털 변환 동작을 제어한다. 예를 들어 도 6의 t9와 t10 사이의 구간에서 제 2 제어기(430)는 샘플링 동작 결과 얻어진 아날로그 빔 신호를 디지털로 변환하는 동작을 제어할 수 있다.
제 2 제어기(430)는 선택 신호(A[7:0])의 값을 참조하여 아날로그 디지털 변환을 수행할 서브 신호 저장부(421)를 식별할 수 있다.
도 7은 제 2 제어기(430)의 아날로그 디지털 변환 동작을 나타낸 순서도이다.
본 실시예에서 출력되는 디지털 출력 신호(DO)는 총 12비트를 가지는 것으로 가정한다.
먼저 단계(S100)에서 제 2 제어기(430)는 인덱스(n)를 1로 초기화하고, 스위치 박스(4211)에 인가되는 H0[11:1]와 L0[11:1]을 비활성화하고 C0[11:1]을 활성화한다.
이에 따라 커패시터의 일단의 전압을 기준 전압(Vcom)으로 고정한다. 이에 따라 서브 신호 저장부(421)의 커패시터들에서는 전하 재분배가 일어난다.
전하 재분배 결과 서브 신호 저장부(421)의 출력 전압(VX0)은 다음 수학식 1과 같이 결정된다.
Figure PCTKR2016007612-appb-M000001
다음 단계(S200)에서 출력 전압(VX0)을 기준 전압(Vcom)과 비교한다.
비교 결과 출력 전압(VX0)이 기준 전압(Vcom) 이상이면 단계(S210)로 이동하고, 그렇지 않으면 단계(S220)로 이동한다.
단계(S210)에서는 출력 신호(D0)의 12-n번 비트를 1로 설정하고 H0[12-n] 신호를 하이, C0[12-n] 신호와 L0[12-n] 신호를 로우로 설정한다. 이에 따라 12-n번 신호와 연관된 커패시터의 일단이 하이 전압(Vrefh)으로 고정된다.
단계(S220)에서는 출력 신호(D0)의 12-n번 비트를 0으로 설정하고 L0[12-n] 신호를 로우, C0[12-n] 신호와 H0[12-n] 신호를 로우로 설정한다. 이에 따라 12-n번 신호와 연관된 커패시터의 일단이 로우 전압(Vrefl)으로 고정된다.
본 실시예에서 기준 전압(Vcom)은 하이 전압(Vrefh)과 로우 전압(Vrefl)의 중간 전압이다.
단계(S210, S220)를 수행한 후 서브 신호 저장부(421)의 출력 전압(VX0)은 전하 재분배에 의해 갱신된다.
예를 들어 n = 1일 때, 단계(S210)를 수행하면 출력 전압(VX0)은 다음 수학식 2와 같이 주어지고, 단계(S220)를 수행하면 출력 전압(VX0)은 다음 수학식 3과 같이 주어진다.
Figure PCTKR2016007612-appb-M000002
Figure PCTKR2016007612-appb-M000003
이후 단계(S300)에서 인덱스(n)가 12를 초과하는지 확인한다.
인덱스(n)가 12를 초과하지 않는 경우 단계(S310)에서 인덱스(n)를 1 증가시키고 단계(S200) 이하의 과정을 반복한다.
인덱스(n)가 12를 초과하는 경우 출력 신호(D0)의 모든 비트가 결정되었으므로 동작을 종료한다.
제 2 제어기(430)는 디지털 출력 신호가 완성될 때까지 이를 임시로 저장할 레지스터를 더 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 진단 시스템의 동작을 나타낸 설명도이다.
도 8은 촬영 지점(F)에 대하여 일련의 초음파를 발사하여 반사된 신호가 일정한 시간 간격(T)을 두고 수신되는 상황을 나타낸다.
도 8은 1번 채널부터 8번 채널로 갈수록 촬영 지점(F)으로부터 반사된 신호의 지연이 증가하는 것을 가정한다.
전술한 바와 같이 채널에 따른 신호의 지연량 정보는 촬영 지점(F)과 연관하여 도 2의 룩업테이블(240)에 미리 저장될 수 있다.
도 8에서 반사된 초음파 신호는 Zij(i: 채널 번호, j: 신호의 일련 번호 또는 신호가 속한 군의 번호)로 표시하고 이에 대응하는 아날로그 전압 신호는 Vij로 표시하였다.
도 9는 도 8과 같은 상황에서 빔포밍 장치(400)의 동작을 나타낸 타이밍도로서 타임 인터리빙 방식으로 샘플링 동작과 아날로그 디지털 변환 동작을 수행하는 것을 예시한다.
도 9는 일련의 초음파 신호를 8개의 서브 신호 저장부(421)를 이용하여 샘플하고 그 결과를 디지털 신호로 변환하는 동작을 나타낸다.
이때 샘플은 각 채널을 통해 출력된 아날로그 신호들을 이용하여 도 4의 대응하는 커패시터를 충전하는 동작을 의미하며 이는 아날로그 빔포밍 동작에 대응한다.
도9에서 Zn은 n번째 반사된 초음파 신호를 나타낸다.
0번 서브 신호 저장부는 T0에서 T7까지 n번째 초음파 신호(Zn)을 샘플링하고 T7에서 T8까지 샘플한 n번째 초음파 신호를 디지털로 변환한다.
1번 서브 신호 저장부는 T1에서 T8까지 n+1번째 초음파 신호(Zn+1)를 샘플링하고 T8에서 T9까지 샘플한 n+1번째 초음파 신호를 디지털로 변환한다.
2번 서브 신호 저장부에서 7번 서브 신호 저장부 역시 도시된 바와 같이 동작을 진행한다.
전술한 바와 같이 샘플링 동작이 진행되는 동안 도 3, 4의 선택 신호 A[m] (m = 0, 1, 2, ..., 7)는 비활성화되고 아날로그 디지털 변환 동작이 진행되는 동안 선택 신호 A[i]는 활성화된다.
또한 예를 들어 0번 서브 신호 저장부에서 샘플링 동작이 진행되는 동안(T0 ~ T7) 도 3, 4의 입력 제어 신호 S0[k](k = 0, 1, 2, ... ,7)는 도 7과 같이 대응하는 채널에서 신호가 입력되는 동안 활성화되고 그렇지 않은 동안 비활성화된다.
도 8, 9와 같이 일정한 시간 간격을 두고 반사되는 일련의 초음파 신호를 다수의 서브 신호 저장부를 이용하여 타임 인터리빙 방식으로 병렬 처리함으로써 신호 처리 속도를 향상시킬 수 있다. 이는 진단 영상을 실시간으로 취득하는데 도움이 된다.
이상에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 개시하였다. 이상의 개시는 본 발명의 설명을 위한 것으로서 본 발명의 권리범위가 이상의 개시에 의해 정해지는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 이하의 특허청구범위와 그 균등범위에 의해 정해진다.
예를 들어 이상에서는 빔포밍 장치를 포함하는 초음파 진단 시스템을 개시하였으나 초음파 진단 시스템은 본 발명에 의한 빔포밍 장치를 포함하는 시스템의 일예이며 본 발명의 권리범위와 초음파 진단 시스템으로 한정되는 것은 아니다.

Claims (29)

  1. 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 다수의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 신호 저장부; 및
    상기 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 아날로그 빔 신호를 저장하도록 상기 신호 저장부를 제어하고, 상기 아날로그 빔 신호에 대응하는 디지털 신호를 생성하되 상기 디지털 신호를 생성하는 동안 상기 신호 저장부의 출력 전압이 갱신되도록 상기 신호 저장부를 제어하는 제어기
    를 포함하는 빔포밍 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어기는 상기 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 아날로그 빔 신호를 저장하도록 상기 신호 저장부를 제어하는 제 1 제어기; 및 상기 아날로그 빔 신호에 대응하는 출력 전압을 생성하도록 상기 신호 저장부를 제어하는 제 2 제어기를 포함하는 빔포밍 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제 1 제어기는 상기 다수의 아날로그 신호가 유의미한 구간에서 상기 아날로그 신호를 입력받도록 상기 신호 저장부를 제어하는 빔포밍 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 빔포밍 장치는 상기 신호 저장부의 출력 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 제어기에 제공하는 비교기를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 비교 결과에 따라 상기 신호 저장부의 출력 전압을 갱신하도록 상기 신호 저장부를 제어하는 빔포밍 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 신호 저장부는 하나 이상의 서브 신호 저장부를 포함하되, 상기 서브 신호 저장부는 각각 일군의 아날로그 신호를 입력받아 상기 일군의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 빔포밍 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 신호 저장부는 상기 제어기의 제어에 따라 상기 하나 이상의 서브 신호 저장부의 출력 중 어느 하나를 외부에 제공하는 선택부를 더 포함하는 빔포밍 장치.
  7. 청구항 5에 있어서, 상기 제어기는 상기 하나 이상의 서브 신호 저장부가 서로 구별되는 일군의 아날로그 신호를 입력받도록 상기 하나 이상의 서브 신호 저장부를 제어하는 빔포밍 장치.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 제어기는 상기 하나 이상의 서브 신호 저장부 중 아날로그 빔 신호의 저장이 완료된 서브 신호 저장부를 선택하도록 상기 선택부를 제어하는 빔포밍 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제어기는 상기 선택된 상기 서브 신호 저장부의 아날로그 빔 신호를 디지털로 변환하도록 상기 신호 저장부를 제어하는 빔포밍 장치.
  10. 청구항 6에 있어서, 상기 하나 이상의 서브 신호 저장부 각각은 상기 일군의 아날로그 신호에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 커패시터 네트워크; 상기 제어기의 제어에 따라 상기 일군의 아날로그 신호를 상기 커패시터 네트워크에 인가하는 다수의 전압 입력 스위치; 및 상기 제어기의 제어에 따라 선택되는 레벨의 고정 전압을 상기 커패시터 네트워크에 제공하는 다수의 스위치 박스를 포함하는 빔포밍 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 빔포밍 장치는 상기 신호 저장부의 출력 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 제어기에 제공하는 비교기를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 비교 결과에 따라 상기 다수의 스위치 박스 중 일부를 제어하여 상기 신호 저장부의 출력 전압을 갱신하는 빔포밍 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 다수의 스위치 박스 각각은 상기 비교 결과에 따라 상기 기준 전압보다 더 높은 전압 또는 상기 기준 전압보다 더 낮은 전압을 상기 커패시터 네트워크에 제공하는 빔포밍 장치.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 제어기는 상기 비교 결과에 따라 상기 아날로그 빔 신호에 대응하는 디지털 출력 신호 중 일부를 결정하는 빔포밍 장치.
  14. 다수의 채널로부터 수신되는 신호를 다수의 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수의 트랜스듀서; 및
    상기 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 다수의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 변환한 디지털 신호를 출력하는 빔포밍 장치
    를 포함하되,
    상기 빔포밍 장치는
    상기 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 다수의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 신호 저장부; 및
    상기 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 아날로그 빔 신호를 저장하도록 상기 신호 저장부를 제어하고, 상기 아날로그 빔 신호를 변환하여 상기 디지털 신호를 생성하되 상기 디지털 신호를 생성하는 동안 상기 신호 저장부의 출력 전압이 갱신되도록 상기 신호 저장부를 제어하는 제어기
    를 포함하는 프로브 시스템.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 프로브 시스템은 상기 다수의 트랜스듀서의 출력을 조절하는 다수의 아날로그 신호 조절부를 더 포함하는 프로브 시스템.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 제어기는 상기 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 아날로그 빔 신호를 저장하도록 상기 신호 저장부를 제어하는 제 1 제어기; 및 상기 아날로그 빔 신호에 대응하는 출력 전압을 생성하도록 상기 신호 저장부를 제어하는 제 2 제어기를 포함하는 프로브 시스템.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 신호 저장부는 하나 이상의 서브 신호 저장부를 포함하되, 상기 서브 신호 저장부는 각각 일군의 아날로그 신호를 입력받아 상기 일군의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 프로브 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 신호 저장부는 상기 제어기의 제어에 따라 상기 하나 이상의 서브 신호 저장부의 출력 중 어느 하나를 외부에 제공하는 선택부를 더 포함하는 프로브 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 하나 이상의 서브 신호 저장부 각각은 상기 일군의 아날로그 신호에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 커패시터 네트워크; 상기 제어기의 제어에 따라 상기 일군의 아날로그 신호를 상기 커패시터 네트워크에 인가하는 다수의 전압 입력 스위치; 및 상기 제어기의 제어에 따라 선택되는 레벨의 고정 전압을 상기 커패시터 네트워크에 제공하는 다수의 스위치 박스를 포함하는 프로브 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 빔포밍 장치는 상기 신호 저장부의 출력 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 제어기에 제공하는 비교기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 비교 결과에 따라 상기 다수의 스위치 박스 중 일부를 제어하여 상기 신호 저장부의 출력 전압을 갱신하는 프로브 시스템.
  21. 다수의 채널로부터 수신되는 신호를 다수의 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 다수의 트랜스듀서; 및 상기 다수의 트랜스듀서에서 출력되는 상기 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 다수의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 변환한 디지털 신호를 출력하는 빔포밍 장치를 다수 개 포함하는 프로브;
    상기 프로브에서 출력된 디지털 신호를 전송하는 케이블; 및
    상기 케이블을 통해 수신한 디지털 신호를 분석하는 본체
    를 포함하되,
    상기 빔포밍 장치는
    상기 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 다수의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 신호 저장부; 및
    상기 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 아날로그 빔 신호를 저장하도록 상기 신호 저장부를 제어하고, 상기 아날로그 빔 신호를 변환하여 상기 디지털 신호를 생성하되 상기 디지털 신호를 생성하는 동안 상기 신호 저장부의 출력 전압이 갱신되도록 상기 신호 저장부를 제어하는 제어기
    를 포함하는 시스템.
  22. 청구항 21에 있어서, 상기 시스템은 상기 다수의 트랜스듀서의 출력을 조절하는 다수의 아날로그 신호 조절부를 더 포함하는 시스템.
  23. 청구항 21에 있어서, 상기 제어기는 상기 다수의 아날로그 신호를 입력받아 상기 아날로그 빔 신호를 저장하도록 상기 신호 저장부를 제어하는 제 1 제어기; 및 상기 아날로그 빔 신호에 대응하는 출력 전압을 생성하도록 상기 신호 저장부를 제어하는 제 2 제어기를 포함하는 시스템.
  24. 청구항 21에 있어서, 상기 신호 저장부는 하나 이상의 서브 신호 저장부를 포함하되, 상기 서브 신호 저장부는 각각 일군의 아날로그 신호를 입력받아 상기 일군의 아날로그 신호의 조합에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 시스템.
  25. 청구항 24에 있어서, 상기 신호 저장부는 상기 제어기의 제어에 따라 상기 하나 이상의 서브 신호 저장부의 출력 중 어느 하나를 외부에 제공하는 선택부를 더 포함하는 시스템.
  26. 청구항 25에 있어서, 상기 하나 이상의 서브 신호 저장부 각각은 상기 일군의 아날로그 신호에 대응하는 아날로그 빔 신호를 저장하는 커패시터 네트워크; 상기 제어기의 제어에 따라 상기 일군의 아날로그 신호를 상기 커패시터 네트워크에 인가하는 다수의 전압 입력 스위치; 및 상기 제어기의 제어에 따라 선택되는 레벨의 고정 전압을 상기 커패시터 네트워크에 제공하는 다수의 스위치 박스를 포함하는 시스템.
  27. 청구항 26에 있어서, 상기 빔포밍 장치는 상기 신호 저장부의 출력 전압을 기준 전압과 비교하여 상기 제어기에 제공하는 비교기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 비교 결과에 따라 상기 다수의 스위치 박스 중 일부를 제어하여 상기 신호 저장부의 출력 전압을 갱신하는 시스템.
  28. 청구항 21에 있어서, 상기 다수의 아날로그 신호는 시간 또는 위상차를 가지고 활성화되며 상기 제어기는 상기 시간 또는 위상차가 제거되도록 상기 다수의 아날로그 신호가 유의미한 구간에서 상기 다수의 아날로그 신호가 입력되도록 상기 신호 저장부를 제어하는 시스템.
  29. 청구항 28에 있어서, 상기 본체는 상기 시간 또는 위상차에 관한 정보를 저장하는 룩업테이블 및 상기 룩업테이블에 저장된 상기 시간 또는 위상차에 관한 정보를 상기 빔포밍 장치에 제공하는 제어부를 포함하는 시스템.
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