单衬底超声成像装置的架构、相关设备和方法制造方法及图纸

本文中描述的技术的各方面涉及超声装置电路，该超声装置电路可以形成单衬底超声装置的一部分，该单衬底超声装置具有集成的超声发射单元、与该衬底集成的延迟网格电路，该延迟网格电路耦接至多个超声发射单元的输入，并且被配置成向多个超声发射单元输出延迟网格电路输入信号的多个时间延迟版本，该延迟网格电路输入信号与由波形生成器生成的波形对应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C§119(e)要求于2014年4月18日提交的代理人案号为B1348.70011US00并且题为“ARCHITECTUREOFSINGLESUBSTRATEULTRASONICIMAGINGDEVICES,RELATEDAPPARATUSES,ANDMETHODS(单衬底超声成像装置的架构、相关设备和方法)”的序列号为61/981,469的美国临时专利申请的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
本文中描述的技术的方面涉及单衬底超声成像装置的架构、相关设备和方法。
技术介绍
主导超声成像行业的常规的超声波扫描仪具有分立的换能器和控制电子器件。换能器通常为压电的。因此，使用“切割和填充”制造工艺来制造扫描仪，在该制造工艺中，单独的压电元件被切割，然后被单独地定位在衬底上，以形成换能器探头。这种工艺易于造成加工和布线的高成本、不均匀性和不可伸缩性。控制电子器件通常不与换能器集成，而是被单独形成和容置。用于医学应用的超声换能器探头通常包括许多超声元件，每个超声元件被配置成发射超声信号，超声信号共同地产生医学相关的超声场，该超声场用于产生用于医学应用的超声图像。通常，每个超声换能器被配置成发射由相应的波形生成器生成的超声波形。因此，在常规的具有许多超声元件的超声换能器探头的情况下，需要许多波形生成器来产生超声场。
技术实现思路
本文中描述的技术的方面包括可以便于将超声成像系统的大部分或甚至整个超声成像系统集成在单个半导体衬底上的架构和技术。因此，本文中描述的许多特征和方法涉及单芯片超声成像解决方案，或者涉及其中超声成像系统的至少大部分被设置在单个芯片上的装置和系统。根据本技术的一个方面，单衬底超声成像系统包括全部与衬底集成的波形生成器、延迟网格电路和超声换能器。延迟网格电路可以被配置成将由波形生成器生成的波形提供给超声换能器，并且可以允许系统具有比超声换能器更少的波形生成器，这可以有助于将成像系统设置在单个芯片上。为此，延迟网格电路可以接收与由波形生成器生成的波形对应的输入信号，产生输入信号的多个时间延迟版本，并且将得到的信号提供给多个超声换能器。一些实施方式涉及一种设备，包括：衬底；与衬底集成的第一超声发射单元；以及与衬底集成的延迟网格电路，延迟网格电路耦接至第一超声发射单元的输入，并且被配置成向第一超声发射单元输出延迟网格电路输入信号的时间延迟版本，延迟网格电路输入信号与由波形生成器生成的波形对应。一些实施方式涉及一种设备，包括：衬底；与衬底集成的多个超声发射单元；以及与衬底集成的延迟网格电路，延迟网格电路耦接至多个超声发射单元的输入，并且被配置成向多个超声发射单元输出延迟网格电路输入信号的多个时间延迟版本，延迟网格电路输入信号与由波形生成器生成的波形对应。一些实施方式涉及一种设备，包括：衬底；与衬底集成的多个超声发射单元；以及与衬底集成的延迟网格电路，延迟网格电路耦接至多个超声发射单元的输入，并且被配置成：响应于第一延迟网格控制信号的输入，向多个超声发射单元输出延迟网格电路输入信号的第一批多个时间延迟版本，延迟网格电路输入信号与由波形生成器生成的波形对应；以及响应于与第一延迟网格控制信号不同的第二延迟网格控制信号的输入，向多个超声发射单元输出延迟网格电路输入信号的第二批多个时间延迟版本，延迟网格电路输入信号与由波形生成器生成的波形对应，其中，延迟网格电路输入信号的第一批多个时间延迟版本与延迟网格电路输入信号的第二批多个时间延迟版本不同。一些实施方式涉及一种设备，包括：衬底；与衬底集成的多个波形生成器；与衬底集成的多个超声发射单元；以及与衬底集成的延迟网格电路，延迟网格电路耦接至多个超声发射单元的输入，并且被配置成向多个超声发射单元输出延迟网格电路输入信号的多个时间延迟版本，延迟网格电路输入信号与由波形生成器生成的多个波形对应。一些实施方式涉及一种设备，设备包括：互补金属氧化物半导体(CMOS)衬底；至少一个波形生成器，至少一个波形生成器与CMOS衬底集成并且被配置成生成至少一个初始波形；编码电路，编码电路与CMOS集成并且耦接至至少一个波形生成器的至少一个输出，并且被配置成对至少一个初始波形进行编码以生成至少一个经编码的波形；与CMOS衬底集成的延迟网格电路，延迟网格电路耦接至编码电路的至少一个输出，并且被配置成生成至少一个经编码的波形的多个时间延迟版本；以及多个超声发射单元，多个超声发射单元与CMOS衬底集成并且耦接至延迟网格电路的多个输出，多个超声发射单元包括：解码电路，解码电路被配置成对至少一个经编码的波形的多个时间延迟版本进行解码以产生多个解码波形；以及多个超声换能器，多个超声换能器被配置成至少部分地通过同时发射与多个解码波形对应的超声信号来生成超声场。一些实施方式涉及包括使用单衬底超声装置执行下述步骤的方法：对由波形生成器生成的波形进行编码以获得经编码的波形；产生经编码的波形的多个时间延迟版本；对经编码的波形的多个时间延迟版本进行解码以获得多个解码波形；以及至少部分地通过使用多个超声元件并行发射与多个解码波形对应的超声信号来生成超声场。附图说明将参照下面的附图描述本技术的各个方面和实施方式。应当明白的是附图不必按比例绘制。在多个附图中出现的项目由在其中出现所述项目的所有附图中的相同的附图标记表示。图1示出了体现本文中描述的技术的各方面的说明性单衬底超声装置。图2是根据本文中描述的一些实施方式的用于使用单衬底超声装置来生成和发射超声场的说明性过程的流程图。图3示出了根据本文中描述的一些实施方式的与单衬底超声装置的衬底集成的超声换能器的说明性布置。图4图示出了根据本文中描述的一些实施方式的包括多个延迟网格单元的延迟网格电路。图5A图示出了根据本文中描述的一些实施方式的延迟网格的说明性延迟网格单元的输入和输出。图5B图示出了根据本文中描述的一些实施方式的说明性延迟网格单元的架构。图6示出了根据本文中描述的一些实施方式的包括延迟网格单元的延迟网格电路的说明性配置。图7图示出了根据本文中描述的一些实施方式的可以是单衬底超声装置的电路的一部分的编码和解码电路的操作。图8A是图示出了编码电路的一个实施方式的操作的有限状态机的图。图8B是图示出了解码电路的一个实施方式的操作的有限状态机的图，该解码电路被配置成对由图8A中图示出其操作的编码电路编码的信号进行解码。图8C是图示出了编码电路的另一实施方式的操作的有限状态机的图。图8D是图示出了解码电路的另一实施方式的操作的有限状态机的图，该解码电路被配置成对由图8C中图示出其操作的编码电路编码的信号进行解码。具体实施方式本文中描述的技术的方面涉及一种超声装置电路架构，其可以形成单衬底超声装置的一部分，该单衬底超声装置具有集成的超声换能器，例如互补金属氧化物半导体(CMOS)超声换能器。因此，在一些实施方式中，该电路架构可以形成片上超声系统(SoC)的一部分，该片上超声系统具有集成电路以及与诸如半导体衬底的衬底集成(例如，形成在该衬底中或者与该衬底单片集成)的超声换能器。如下面进一步描述的，本技术的方面提供延迟和编码/解码电路配置，其便于以在功率和数据方面高效的方式使用集成的超声换能器布置来生成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，包括：衬底；与所述衬底集成的多个超声发射单元；以及与所述衬底集成的延迟网格电路，所述延迟网格电路耦接至所述多个超声发射单元的输入，并且被配置成向所述多个超声发射单元输出延迟网格电路输入信号的多个时间延迟版本，所述延迟网格电路输入信号与由波形生成器生成的波形对应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.18 US 61/981,4691.一种设备，包括：衬底；与所述衬底集成的多个超声发射单元；以及与所述衬底集成的延迟网格电路，所述延迟网格电路耦接至所述多个超声发射单元的输入，并且被配置成向所述多个超声发射单元输出延迟网格电路输入信号的多个时间延迟版本，所述延迟网格电路输入信号与由波形生成器生成的波形对应。2.根据权利要求1所述的设备，还包括：所述波形生成器，所述波形生成器与所述衬底集成并且具有耦接至编码电路的输入的输出；以及所述编码电路，所述编码电路与所述衬底集成并且具有耦接至所述延迟网格电路的输入的输出。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述编码电路还被配置成：至少部分地通过对由所述波形生成器生成的所述波形进行编码来生成所述延迟网格电路输入信号；以及将所述延迟网格电路输入信号输出至所述延迟网格电路。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个超声发射单元包括多个解码电路和多个超声换能器，所述多个超声发射单元中的每个包括所述多个解码电路中的至少一个以及所述多个超声换能器中的至少一个。5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述多个解码电路中的至少一个被配置成对所述延迟网格电路输入信号的所述多个时间延迟版本中的至少一个进行解码以获得多个解码波形。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述多个超声换能器被配置成至少部分地通过发射与所述多个解码波形对应的超声信号来生成超声场。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述多个超声换能器还被配置成通过并行发射与所述多个解码波形中的两个或更多个对应的超声信号来生成所述超声场。8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述超声场具有方位角对称性。9.根据权利要求6所述的设备，其中，所述超声场具有高程对称性。10.根据权利要求6所述的设备，其中，所述超声场具有圆柱对称性。11.根据权利要求6所述的设备，其中，所述超声场具有球形对称性。12.根据权利要求6所述的设备，其中，所述超声场是平面波场。13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述延迟网格电路是可编程的。14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述延迟网格电路是可重构的。15.根据权利要求1所述的设备，其中，所述延迟网格电路还被配置成：响应于第一延迟网格控制信号的输入，向所述多个超声发射单元输出所述延迟网格电路输入信号的所述多个时间延迟版本；以及响应于与所述第一延迟网格控制信号不同的第二延迟网格控制信号的输入，向所述多个超声发射单元输出所述延迟网格电路输入信号的第二批多个时间延迟版本，其中，所述延迟网格电路输入信号的所述多个时间延迟版本与所述延迟网格电路输入信号的所述第二批多个时间延迟版本不同。16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述多个超声发射单元包括多个解码电路和多个超声换能器，所述多个超声发射单元中的每个包括所述多个解码电路中的至少一个以及所述多个超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔纳森·M·罗思伯格，泰勒·S·拉尔斯顿，内华达·J·桑切斯，安德鲁·J·卡斯珀，
申请(专利权)人：蝴蝶网络有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US