用于压电超声换能器阵列的主动波束成形技术制造技术

本发明专利技术揭示一种设备，其包含像素阵列，每一像素包含单元内像素逻辑和压电微机械超声换能器PMUT元件，每一单元内像素逻辑以通信方式与所述阵列中的至少一个相邻像素耦合。收发器电子装置可在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作所述阵列。在所述第一模式中，所述阵列可产生基本上平面超声波。在所述第二模式中，所述阵列可从至少一个超像素区产生相对较高声压的经聚焦波束，每一超像素区包含安置于所述超像素区的中心部分中的至少一个内部像素和安置于所述超像素区的外部部分中的至少一第一群组的外部像素。所述收发器电子装置可经配置以通过配置至少一个单元内像素逻辑来操作所述阵列。

Active beamforming for piezoelectric ultrasonic transducer arrays

The invention discloses a device, comprising an array of pixels, each pixel contains a unit pixel logic and piezoelectric micromachined ultrasonic transducer PMUT elements, each unit pixel in at least one logic coupled to communication with the adjacent pixels in the array. The transceiver electronics can operate the array in a first mode and a selectable mode in the second mode. In the first mode, the array can produce substantially flat ultrasonic waves. In the second mode, the array can produce relatively high pressure by focusing beam from at least one super pixel area outside the pixel at least a first group of external part of each pixel region includes a central part in the placement of the super pixels area at least one of the pixels inside and placed in the super pixels in the area. The transceiver electronic device can be configured to operate the array by configuring at least one of the intra unit pixel logic.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于压电超声换能器阵列的主动波束成形技术相关申请案的交叉参考本申请案主张以下专利申请案的优先权：2014年10月15日申请的标题为“三端口压电超声换能器(THREE-PORTPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCER)”的第62/064,416号美国临时专利申请案、2014年10月15日申请的标题为“用于压电超声换能器阵列的主动波束成形技术(ACTIVEBEAM-FORMINGTECHNIQUEFORPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCERARRAY)”的第62/064,417号美国临时专利申请案、2014年10月15日申请的标题为“用于2-D波束成形的压电超声换能器的超像素阵列(SUPERPIXELARRAYOFPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCERSFOR2-DBEAMFORMING)”的第62/064,418号美国临时专利申请案、2015年10月14日申请的标题为“集成式压电微机械超声换能器像素和读出(INTEGRATEDPIEZOELECTRICMICROMECHANICALULTRASONICTRANSDUCERPIXELANDREADOUT)”的第62/241,651号美国临时专利申请案、2015年10月14日申请的标题为“三端口压电超声换能器(THREE-PORTPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCER)”的第14/883,583号美国专利申请案、2015年10月14日申请的标题为“用于压电超声换能器阵列的主动波束成形技术(ACTIVEBEAM-FORMINGTECHNIQUEFORPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCERARRAY)”的第14/883,585号美国专利申请案、以及2015年10月14日申请的标题为“用于2-D波束成形的压电超声换能器的超像素阵列(SUPERPIXELARRAYOFPIEZOELECTRICULTRASONICTRANSDUCERSFOR2-DBEAMFORMING)”的第14/883,586号美国专利申请案，所述专利申请案的揭示内容特此以全文引用的方式并入到本申请案中。
本专利技术涉及用于成像和活性确定的压电超声换能器阵列，且更确切地说，涉及用于作为用于2-D波束成形的超像素的所述阵列的部分的主动波束成形的技术。
技术介绍
薄膜压电声学换能器对于包含例如指纹传感器的生物识别传感器、手势检测、麦克风和扬声器、超声成像以及化学传感器的众多应用是有吸引力的候选对象。此类换能器可包含压电微机械超声换能器(PMUT)，其被配置为包含压电层堆叠和安置于腔上方的机械层的多层堆叠。所述压电层堆叠可包含压电材料层。在压电层的上部表面和下部表面中的每一者上或附近，可安置相应的上部电极层和下部电极层。所述电极层可经图案化或未经图案化。本专利技术的受让人已经研发出包含PMUT阵列的生物识别传感器，所述阵列中的每一PMUT对应于例如指纹的所呈现图像的个别像素。一般地，可大致同时地启动PMUT，其为可被称为平面波激励的技术。图1A说明平面波激励的实例，其中阵列100中的每一PMUT以与源自相邻PMUT的超声发射基本上相同的时序和相位发出超声能量。如细节A中所说明，集合超声信号接近平面波。此平面波的声压相对于跨越PMUT阵列的位置相当均匀(细节B)。在平面波激励和发射模式中操作的像素阵列已展示产生足够的平均声压以提供约500dpi(点/英寸)的指纹图像分辨率。
技术实现思路
本专利技术的系统、方法和装置各自具有若干新颖方面，其中没有单个方面单独负责本文所揭示的合乎需要的属性。本专利技术中揭示的标的物的一个创新性方面涉及一种设备，其包含收发器电子装置和像素阵列，每一像素包含单元内像素逻辑和压电微机械超声换能器(PMUT)元件，每一单元内像素逻辑以通信方式与所述阵列中的至少一个相邻像素耦合，所述收发器电子装置以通信方式与所述阵列耦合且经配置以在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作所述阵列。在所述第一模式中，所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波。在所述第二模式中，所述阵列从至少一个超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束，所述第二声压显著高于所述第一声压，每一超像素区包含安置于所述超像素区的中心部分中的至少一个内部像素和安置于所述超像素区的外部部分中的至少一第一群组的外部像素。所述收发器电子装置经配置以通过配置至少一个单元内像素逻辑来操作所述阵列。在一些实例中，所述PMUT元件可安置于衬底上，所述衬底包含薄膜晶体管(TFT)电路。在一些实例中，所述TFT电路可与所述PMUT元件共同制造。在一些实例中，所述TFT电路可包含所述单元内像素逻辑。在一些实例中，配置所述至少一个单元内像素逻辑可包含在所述第二模式中，使用串行接口结构将配置信息以时钟输入到每一像素并使每一像素与对应超像素相关联。在一些实例中，配置所述至少一个单元内像素逻辑可包含在所述第二模式中，指定每一像素作为所述对应超像素的中心像素或外部像素。在一些实例中，所述单元内像素逻辑包含2位存储器、2位解码器和2位移位寄存器。在一些实例中，所述收发器电子装置可包含至少一个解码器，所述至少一个解码器经配置以寻址和配置所述单元内像素逻辑。在一些实例中，所述至少一个解码器可经配置以可选择地指定每一像素作为对应超像素的内部像素或外部像素。在一些实例中，所述至少一个解码器可经配置以可选择地指定至少一个像素作为内部像素。在一些实例中，所述所指定的内部像素与邻近于所述所指定的内部像素的至少一第二像素中的每一者可包含单元输入接口逻辑和单元输出接口逻辑；且所述所指定的内部像素的所述单元输出接口逻辑可经配置以将唤醒信号发送到所述第二像素的所述单元输入接口逻辑。在一些实例中，所述单元输入接口逻辑可为经配置以接收来自所述解码器以及来自一或多个相邻像素的输入的七输入“或”门。根据一些实施方案，一种非暂时性计算机可读媒体具有存储于其上的软件，所述软件包含用于致使设备执行以下操作的指令：在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作像素阵列，每一像素包含单元内像素逻辑和压电微机械超声换能器(PMUT)元件，每一单元内像素逻辑以通信方式与所述阵列中的至少一个相邻像素耦合。收发器电子装置经配置以通过配置至少一个单元内像素逻辑来操作所述阵列。在所述第一模式中，操作所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波。在所述第二模式中，操作所述阵列从至少一个超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束，所述第二声压显著高于所述第一声压，每一超像素区包含安置于所述超像素区的中心部分中的至少一个内部像素和安置于所述超像素区的外部部分中的至少一第一群组的外部像素。在一些实例中，配置所述至少一个单元内像素逻辑可包含在所述第二模式中，使用串行接口结构将配置信息以时钟输入到每一像素并使每一像素与对应超像素相关联。在一些实例中，配置所述至少一个单元内像素逻辑可包含在所述第二模式中，指定每一像素作为所述对应超像素的中心像素或外部像素。在一些实例中，所述收发器电子装置可包含至少一个解码器，所述至少一个解码器经配置以寻址和配置所述单元内像素逻辑。在一些实例中，所述至少一个解码器可经配置以可选择地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种设备，其包括：像素阵列，每一像素包含单元内像素逻辑和压电微机械超声换能器PMUT元件，每一单元内像素逻辑以通信方式与所述阵列中的至少一个相邻像素耦合；和收发器电子装置，其以通信方式与所述阵列耦合且经配置以在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作所述阵列，其中：在所述第一模式中，所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波；在所述第二模式中，所述阵列从至少一个超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束，所述第二声压显著高于所述第一声压，每一超像素区包含安置于所述超像素区的中心部分中的至少一个内部像素和安置于所述超像素区的外部部分中的至少一第一群组的外部像素；且所述收发器电子装置经配置以通过配置至少一个单元内像素逻辑来操作所述阵列。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.15 US 62/064,416;2014.10.15 US 62/064,417;1.一种设备，其包括：像素阵列，每一像素包含单元内像素逻辑和压电微机械超声换能器PMUT元件，每一单元内像素逻辑以通信方式与所述阵列中的至少一个相邻像素耦合；和收发器电子装置，其以通信方式与所述阵列耦合且经配置以在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作所述阵列，其中：在所述第一模式中，所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波；在所述第二模式中，所述阵列从至少一个超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束，所述第二声压显著高于所述第一声压，每一超像素区包含安置于所述超像素区的中心部分中的至少一个内部像素和安置于所述超像素区的外部部分中的至少一第一群组的外部像素；且所述收发器电子装置经配置以通过配置至少一个单元内像素逻辑来操作所述阵列。2.根据权利要求1所述的设备，其中所述PMUT元件安置于衬底上，所述衬底包含薄膜晶体管TFT电路。3.根据权利要求2所述的设备，其中所述TFT电路与所述PMUT元件共同制造。4.根据权利要求2所述的设备，其中所述TFT电路包含所述单元内像素逻辑。5.根据权利要求1所述的设备，其中配置所述至少一个单元内像素逻辑包含在所述第二模式中，使用串行接口结构将配置信息以时钟输入到每一像素并使每一像素与对应超像素相关联。6.根据权利要求5所述的设备，其中配置所述至少一个单元内像素逻辑包含在所述第二模式中，指定每一像素作为所述对应超像素的中心像素或外部像素。7.根据权利要求1所述的设备，其中所述单元内像素逻辑包含2位存储器、2位解码器和2位移位寄存器。8.根据权利要求1所述的设备，其中所述收发器电子装置包含至少一个解码器，所述至少一个解码器经配置以寻址和配置所述单元内像素逻辑。9.根据权利要求8所述的设备，其中所述至少一个解码器经配置以可选择地指定每一像素作为对应超像素的内部像素或外部像素。10.根据权利要求8所述的设备，其中：所述至少一个解码器经配置以可选择地指定至少一个像素作为内部像素；所述所指定的内部像素与邻近于所述所指定的内部像素的至少一第二像素中的每一者包含单元输入接口逻辑和单元输出接口逻辑；且所述所指定的内部像素的所述单元输出接口逻辑经配置以将唤醒信号发送到所述第二像素的所述单元输入接口逻辑。11.根据权利要求10所述的设备，其中所述单元输入接口逻辑是经配置以接收来自所述解码器以及来自一或多个相邻像素的输入的七输入“或”门。12.一种上面存储有软件的非暂时性计算机可读媒体，所述软件包含用于致使设备执行以下操作的指令：在第一模式和第二模式中的一可选择者中操作像素阵列，每一像素包含单元内像素逻辑和压电微机械超声换能器PMUT元件，每一单元内像素逻辑以通信方式与所述阵列中的至少一个相邻像素耦合；其中：收发器电子装置经配置以通过配置至少一个单元内像素逻辑来操作所述阵列；在所述第一模式中，操作所述阵列产生具有第一声压的基本上平面超声波；且在所述第二模式中，操作所述阵列从至少一个超像素区产生具有第二声压的经聚焦波束，所述第二声压显著高于所述第一声压，每一超像素区包含安置于所述超像素区的中心部分中的至少一个内部像素和安置于所述超像素区的外部部分中的至少一第一群组的外部像素。13.根据权利要求12所述的计算机可读媒体，其中配置所述至少一个单元内像素逻辑包含在所述第二模式中，使用串行接口结构将配置信息以时钟输入到每一像素并使每一像素与对应超像素相关联。14.根据权利要求13所述的计算机可读媒体，其中配置所述至少一个单元内像素逻辑包含在所述第二模式中，指定每一像素作为所述对应超像素的中心像素或外部像素。15.根据权利要求12所述的计算机可读媒体，其中所述收发器电子装置包含至少一个解码器，所述至少一个解码器经配置以寻址和配置所述单元内像素逻辑。16.根据权利要求15所述的计算机可读媒体，其中所述至少一个解码器经配置以可选择地指定每一像素作为对应超...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐浩延，陆一鹏，赫瑞什科士·维加伊库马尔·班差瓦加，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US