超声传感器的接收操作制造技术

本发明专利技术提供了一种超声传感器，该超声传感器包括二维超声换能器阵列，该二维超声换能器阵列包括多个超声换能器子阵列，其中，多个超声换能器子阵列中的一超声换能器子阵列是能够独立控制的，并且其中，超声换能器子阵列具有相关联的接收通道。多个移位寄存器被配置成选择二维超声换能器阵列中的待在接收操作期间致动的超声换能器的接收图案。阵列控制器被配置成根据接收图案对超声换能器在接收操作期间的选择进行控制，并且阵列控制器被配置成使接收图案在多个移位寄存器内的位置移位，使得在接收操作期间被致动的超声换能器相对于二维超声换能器阵列移动且在二维超声换能器阵列内移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超声传感器的接收操作相关申请的交叉引用本申请还要求共同未决的美国临时专利申请62/334,399的优先权和权益，所述共同未决的美国临时专利申请62/334,399由Salvia等人于2016年5月10日提交、题为“ULTRASONICSENSORELECTRONICS(超声传感器电子设备)”并且代理人案号为IVS-686.PR，并且被转让给本申请的受让人，其全部内容通过引用并入本文。本申请还是共同未决的美国专利申请No.15/589,930的继续申请并且要求其优先权，所述共同未决的美国专利申请No.15/589,930由Garlepp等人于2017年5月8日提交、题为“RECEIVEOPERATIONOFANULTRASONICSENSOR(超声传感器的接收操作)”，具有代理人案号IVS-742，并且被转让给本申请的受让人，其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
压电材料促进机械能与电能之间的转换。此外，压电材料可以在受到机械应力时产生电信号，并且可以在承受电压时振动。压电材料广泛用于压电式超声换能器中，以基于施加至压电式超声换能器的电极的致动电压而产生声波。附图说明结合在具体实施方式中并形成具体实施方式的一部分的附图示出了主题的各种实施方式，并且与具体实施方式一起用于说明下面所论述的主题的原理。除非明确指出，否则该附图说明中所涉及的附图不应当被理解为是按比例绘制的。在本文中，相同的部件用相同的附图标记标注。图1A是示出了根据一些实施方式的具有中心用销固定的膜的压电式微机械超声换能器(PMUT)装置的图。图1B是示出了根据一些实施方式的具有未用销固定的膜的PMUT装置的图。图2是示出了根据一些实施方式的在具有中心用销固定的膜的PMUT装置的致动期间的膜移动示例的图。图3是根据一些实施方式的图1A的PMUT装置的俯视图。图4是示出了根据一些实施方式的图1A至图3中示出的PMUT装置的膜的最大竖向移位的模拟图。图5是根据一些实施方式的呈圆形形状的示例性PMUT装置的俯视图。图6示出了根据一些实施方式的方形PMUT装置的示例性阵列。图7示出了根据一些实施方式的PMUT阵列中的一对示例性PMUT装置，其中，每个PMUT均具有不同的电极图案。图8A、图8B、图8C和图8D示出了根据各种实施方式的内部支承结构的替代性示例。图9示出了根据一些实施方式的在超声指纹感测系统中使用的PMUT阵列。图10示出了根据一些实施方式的通过将用于限定PMUT装置的CMOS逻辑晶片与微机电(MEMS)晶片进行晶片键合而形成的集成指纹传感器。图11示出了根据一些实施方式的具有相位延迟发射的示例性超声换能器系统。图12示出了根据一些实施方式的具有相位延迟发射的另一示例性超声换能器系统。图13示出了根据一些实施方式的用于9×9超声换能器块的示例性相位延迟图案。图14示出了根据一些实施方式的9×9超声换能器块的另一示例性相位延迟图案。图15A至图15C示出了示出了根据一些实施方式的用于二维超声换能器阵列中的阵列位置的示例性发射器块和接收器块。图16示出了根据一些实施方式的具有相位延迟发射的示例性超声换能器系统。图17A和图17B示出了根据一些实施方式的用于5×5超声换能器块的示例性相位延迟图案。图18A和图18B示出了根据一些实施方式的用于5×5超声换能器块的另一示例性相位延迟图案。图19示出了根据实施方式的示例性超声传感器阵列。图20示出了根据实施方式的示例性波束成形空间。图21A示出了根据实施方式的波束成形空间内的示例性波束成形图案。图21B示出了根据实施方式的波束成形空间内的用以提供波束成形图案的示例性相位矢量放置。图22A示出了波束成形空间内的另一示例性波束成形图案。图22B示出了根据实施方式的波束成形空间内的用以提供波束成形图案的另一示例性相位矢量放置。图23示出了根据实施方式的二维超声换能器阵列中的多个阵列位置的发射器块的示例性同步操作。图24示出了根据一些实施方式的二维超声换能器阵列的发射信号至接收信号的示例性操作模型。图25示出了根据实施方式的示例性超声传感器。图26A示出了根据实施方式的超声换能器阵列的示例性控制电路。图26B示出了根据实施方式的示例性移位寄存器。图27示出了根据一些实施方式的二维超声换能器阵列的示例性发射路径架构。图28、图28A和图28B示出了根据实施方式的用于对用于发射操作的超声换能器阵列进行配置的示例性电路。图29、图29A和图29B示出了根据一些实施方式的二维超声换能器阵列的示例性接收路径架构。图30A至图30D示出了根据一些实施方式的用于在接收操作期间选择和路由接收信号的示例性电路。图31A和图31B示出了根据各种实施方式的用于发射二维超声换能器阵列的波束成形的示例性方法的流程图。图32示出了根据各种实施方式的用于在发射操作期间控制超声传感器的示例性方法的流程图。图33示出了根据各种实施方式的用于在接收操作期间控制超声传感器的示例性方法的流程图。图34示出了根据各种实施方式的用于在成像操作期间控制超声传感器的示例性方法的流程图。具体实施方式以下具体实施方式仅通过示例而非限制的方式提供。此外，无意受前面的
技术介绍
中或以下的具体实施方式中提出的任何明确的或暗指的理论的约束。现在将详细参照本主题的各种实施方式，其示例在附图中示出。虽然本文论述了各种实施方式，但是应当理解的是，并不旨在限于这些实施方式。相反，所呈现的实施方式旨在覆盖替代方案、改型和等同方案，这些替代方案、改型和等同方案可以包括在如由所附权利要求限定的各种实施方式的精神和范围内。此外，在该具体实施方式中，阐述了许多具体细节以提供对本主题的各实施方式的透彻理解。然而，也可以在没有这些具体细节的情况下实施各实施方式。在其他情况下，并未详细地描述公知的方法、公知的过程、公知的部件以及公知的电路，以免不必要地模糊所描述的实施方式的方面。符号和术语接下来的详细描述的一些部分是根据对电气设备内的数据的操作的过程、逻辑块、处理和其他符号表示来呈现的。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员用来将他们工作的实质最有效地传达给本领域其他技术人员的手段。在本申请中，过程、逻辑块、处理等被设想为是促成期望结果的一个或更多个自洽过程或指令。过程是那些需要物理操纵物理量的过程。通常，尽管不是必须的，但是这些量采取能够由电子设备发射和接收的声学(例如，超声波)信号的形式和/或采取能够在电气设备中被存储、传送、组合、比较和以其他方式操纵的电或磁信号的形式。然而，应该记住的是，所有这些和类似术语都与适当的物理量相关联，并且所有这些和类似术语仅仅是应用于这些量的方便标签。除非从以下论述中明确地另外说明，否则应当理解的是，在整个实施方式的描述中，利用诸如“定义”、“应用”、“执行”、“填充”、“生成”、“重复”、“感测”、“成像”、“存储”、“控制”、“移位”、“选择”、“控制”、“施加”等术语的论述指电子设备比如电气设备或超声传感器的动作和过程。可以在驻留在由一个或更多个计算机或其他设备执行的某种形式的非暂时性处理器可读介质比如程序模块上的处理器可执行指令的一般概念下对本文中所描述的实施方式进行论述。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声传感器，所述超声传感器包括：二维超声换能器阵列，所述二维超声换能器阵列包括多个超声换能器子阵列，其中，所述多个超声换能器子阵列中的超声换能器子阵列是能够独立控制的，并且其中，超声换能器子阵列具有相关联的接收通道；多个移位寄存器，所述多个移位寄存器被配置成选择所述二维超声换能器阵列中的超声换能器的接收图案以在接收操作期间进行致动；以及阵列控制器，所述阵列控制器被配置成根据所述接收图案对所述超声换能器在所述接收操作期间的选择进行控制，并且所述阵列控制器被配置成使所述接收图案在所述多个移位寄存器内的位置移位，使得在所述接收操作期间被致动的所述超声换能器相对于所述二维超声换能器阵列移动且在所述二维超声换能器阵列内移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.10 US 62/334,399;2017.05.08 US 15/589,9301.一种超声传感器，所述超声传感器包括：二维超声换能器阵列，所述二维超声换能器阵列包括多个超声换能器子阵列，其中，所述多个超声换能器子阵列中的超声换能器子阵列是能够独立控制的，并且其中，超声换能器子阵列具有相关联的接收通道；多个移位寄存器，所述多个移位寄存器被配置成选择所述二维超声换能器阵列中的超声换能器的接收图案以在接收操作期间进行致动；以及阵列控制器，所述阵列控制器被配置成根据所述接收图案对所述超声换能器在所述接收操作期间的选择进行控制，并且所述阵列控制器被配置成使所述接收图案在所述多个移位寄存器内的位置移位，使得在所述接收操作期间被致动的所述超声换能器相对于所述二维超声换能器阵列移动且在所述二维超声换能器阵列内移动。2.根据权利要求1所述的超声传感器，其中，所述超声换能器是压电式微机械超声换能器PMUT装置。3.根据权利要求1所述的超声传感器，其中，所述PMUT装置包括内部支承结构。4.根据权利要求1所述的超声传感器，其中，所述多个移位寄存器包括列选择移位寄存器和行选择移位寄存器。5.根据权利要求4所述的超声传感器，其中，通过将选择信号施加至由所述列选择移位寄存器选择的列和由所述行选择移位寄存器选择的行来致动超声换能器，其中，所述超声换能器位于所述列与所述行的交叉点处。6.根据权利要求1所述的超声传感器，还包括：位于相邻子阵列之间的边界区域处的开关，其中，所述开关被控制成在所述接收操作期间将来自超声换能器的接收信号引导至选择的接收通道。7.根据权利要求6所述的超声传感器，其中，阵列控制逻辑电路被配置成响应于与所述多个超声换能器子阵列中的至少两个超声换能器子阵列重叠的所述接收图案来控制所述开关，其中，所述阵列控制逻辑电路在所述接收操作期间将来自所述接收图案的所有超声换能器的所述接收信号引导至所选择的接收通道。8.根据权利要求7所述的超声传感器，针对包括中心超声换能器的接收图案，所述阵列控制逻辑电路被配置成控制所述开关，使得来自所述接收图案的所有超声换能器的所述接收信号在所述接收操作期间被引导至与包括所述中心超声换能器的所述子阵列相对应的接收通道。9.根据权利要求7所述的超声传感器，其中，所述阵列控制逻辑电路被配置成选择所述接收图案的代表性超声换能器并控制所述开关，使得来自所述接收图案的所有超声换能器的所述接收信号在所述接收操作期间被引导至与包括所述代表性超声换能器的所述子阵列相对应的接收通道。10.根据权利要求1所述的超声传感器，其中，所述接收图案包括2×2个超声换能器。11.根据权利要求1所述的超声传感器，其中，所述接收图案包括3×3个超声换能器。12.一种用于控制超声传感器的方法，所述方法包括：使用多个移位寄存器对所述二维超声换能器阵列中的待在接收操作期间致动的超声换能器的接收图案进行选择，其中，所述二维超声换能器阵列包括多个超声换能器子阵列，其中，所述多个超声换能器子阵列中的超声换能器子阵列是能够独立控制的，并且其中，超声换能器子阵列具有相关联的接收通道；根据所述接收图案对在所述接收操作期间被致动的超声换能器的选择进行控制；以及使所述接收图案在所述多个移位寄存器内的位置移位，使得在所述接收操作期间被致动的所述超声换能器相对于所述二维超声换能器阵列移动且在所述二维超声换能器阵列内移动。13.根据权利要求12所述的方法，其中，根据所述接收图案对所述超声换能器在所述接收操作期间的选择进行控制包括：将选择信号施加至由所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：布鲁诺·W·加乐普，詹姆斯·克里斯蒂安·萨尔维亚，迈克尔·H·佩罗特，
申请(专利权)人：应美盛公司，
类型：发明
国别省市：美国,US