多电平发送器和用于发送方法技术

用于产生用于医学诊断超声的多电平发送波形的发送器被提供。来自多个源的电压被叠加或求和。开关控制和电压的振幅和极性以使具有四个或更多如九个电压水平的发送波形被提供。没有功率放大器的简单开关脉冲发生器在第三磁通路中结合被施加给两个或多个磁通路的电压。第三磁通路中叠加磁通量提供了响应于两个不同电压的和以及差的输出电压。可选或另外地，多个变压器的次级绕组被与变换器元件串联连接。通过将不同的输入电压提供给每个变压器，多电平发送波形被产生。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及产生波形。具体地，本专利技术涉及用于超声系统的发送和接收电路。
技术介绍
短、高能发送波形驱动用于诊断的医学成像的超声变换器(transducer)。发送波形由开关脉冲发生器产生。简单的开关脉冲发生器避免了与线性输出放大器关联的耗散，但提供了对发送能谱的受限的控制。例如，简单的双极或单极的波形被产生。U.S.专利No.6,083,164和6,083,945公开了使用开关脉冲发生器的发送和接收电路。U.S.专利No.6,083,164的图14公开了被连接于有电压源的初级绕组的两个开关S1、S2。变压器的次级绕组实现了用于在变换器元件处产生双极波形的正或负电压值。利用额外的初级绕组、关联的开关和不同的源电压，不同振幅的双极波形可由变压器产生。由于不同电压被用于每个初级绕组，可产生有两个不同振幅的双极波形。变压器中的磁通路(flux path)是所有绕组公用的，因此对任何特定发送脉冲，响应于两个电压的仅一个的双极波形被产生。电流偏置的二极管桥旁路变压器以接收回波(echo)信息。具有受控能谱的较复杂的发送波形被用U.S.专利No.5,675,554的发送射束形成装置产生。数字到模拟转换器产生复杂的多电平波形，如有高斯包络的多周期正弦波形。放大器被提供于数字到模拟转换器之后。有高功率损耗的线性放大器被用于保存所需高功率波形。
技术实现思路
为了介绍，以下所述的优选实施例包括用于产生多电平发送波形的方法和发送器。不同的电压被叠加或求和。开关控制求和的电压的振幅和极性以使具有多于两个电压水平的发送波形被提供。没有功率放大器的简单开关脉冲发生器在第三磁通路中结合被施加给两个或以上的磁通路的磁通量。在第三磁通路中叠加磁通量提供了响应于被施加给第一和第二磁通路的两个不同电压的输出电压。输出绕组上的匝数与输入绕组上匝数的比可另外被用于按比例放大或缩小输出电压。可选或另外地，多个变压器的次级绕组被与变换器元件串联连接。响应于每个变压器的输入电压，多电平发送波形被产生。本专利技术另外的方面和优点将在以下与优选实施例一起被讨论。附图说明部件和图不必要按比例缩放，相反，重点是示出专利技术的原理。而且在图中，相同的参考数字表示不同视图中的相应部分。图1A为一个实施例的变压器的前视图。图1B为用于控制图1A变压器的一个实施例的开关图。图2为另一个实施例的变压器的横断面顶视图。图3为使用图1A变压器的一个实施例的发送器和接收器电路的电路图。图4为用于操作图3的发送器的一个实施例的控制信号的图形表示。图5为响应于图4控制信号所产生的发送波形的图形表示。图6为被与变换器元件串联连接的多个变压器的一个实施例的方块图。图7为使用一个实施例串联变压器的发送器和接收器电路的电路图。具体实施例方式通过叠加多个输入电压而产生多电平发送波形或脉冲，如有三个、四个或更多非零振幅的波形。在一个实施例中，有三个或更多磁通路的变压器叠加磁通量在多个其它通路中的通路之一中。在另一个实施例中，在被串联连接的多个变压器的次级绕组处产生的电压被求和。任何一个实施例的叠加都提供了多电平输出发送波形。图1A示出用于叠加磁通量的一个实施例的变压器。为响应于固定的一组输入电平而产生发送脉冲，变压器10包括有三个或更多分离磁通路14、16、18的铁氧体芯12、次级绕组20和初级绕组22和24。附加的，不同或较少的绕组和磁通路可被提供。芯12包括铁氧体芯或其它磁芯材料。例如，Siemens CorporationRM4LP-T 38铁氧体芯被使用，但有相同或不同形状的、由相同或其它制造商制造的其它磁芯材料可被使用。其它磁芯材料被描述于U.S.专利No.6,083,164和6,050,945中，其公开内容在此引入作为参考。磁芯12为低外形或小的器件以便与其它电路集成，但较大的磁芯12可被使用。铁氧体芯12形成三个磁通路14、16和18。磁通路14、16和18可以是任何各种相同或不同的形状和尺寸。在一个实施例中，磁通路14、16和18的每个都包括圆形或正方形的断面形状以便于绕线。两个初级绕组22和24分别绕分离的磁通路14和18被缠绕。初级绕组22、24包括绕磁芯12的磁通路14、18被缠绕一或多匝的铜或其它导体。被施加给初级绕组22、24的电压控制磁通量Φ1和Φ2的方向和振幅。电压为相同或不同的电压电平和极性。在一个实施例中，用于初级绕组22、24的每个电压都是三态的(ternary)(+，-，0)，并且每个都响应于相同磁通路上的两个分离的绕组和四个开启-关闭开关。次级绕组20包括绕第三磁通路16被缠绕的铜或其它传导性材料。次级绕组20绕磁通路16被缠绕一或多匝。响应于通过磁通路16的磁通量Φ3，电压在次级绕组20处被产生。磁通路16的磁通量Φ3响应于磁通路14和18的磁通量Φ1和Φ2。例如，响应于初级绕组22和24的磁通量在磁通路16处被求和。次级绕组20处的电压近似于初级绕组22和24输入电压的匝数加权和。利用通过用于次级绕组20的磁通路16为初级绕组22、24提供分离的磁通路14、18，不同初级电压的叠加或组合提供了多电平输出电压。初级和次级绕组22、20、24的绕组比控制输出电压的叠加或求和加权函数。图2示出变压器10的可选实施例。铁氧体芯26具有五个磁通路28、30。可选地，4个、6个或更多的磁通路被提供。初级绕组32被缠绕在磁通路28的四个上。次级绕组34绕磁通路30的一个如中心磁通路而被缠绕。通过控制初级绕组32的电压，响应于初级绕组32的电压在次级绕组34上被产生。次级绕组34处的电压为初级绕组32上电压的匝数加权叠加。响应于其它磁通路28的磁通量，在磁通路30中产生磁通量。图1A的变压器10可操作以当给定两个不同的三态输入电压V1和V2时，提供四个正、四个负和一个零电平的输出电压V3。通过使用二态(binary)开关以在初级绕组22、24的每个处提供或正、或负或零电平的电压，多电平发送波形被以九个不同的电压电平而产生。例如，通过提供+Va、-Va或0给初级绕组22以及+Vb、-Vb或0给初级绕组24，输出绕组V3可实现如图1B中所示的九个截然不同的电平。通过以1∶3的比选取Va和Vb，九个输出电平被均匀地间隔。然而，Va∶Vb的其它选择可被用于有利于获得不均匀间隔的输出电平。例如，7电平均匀间隔的输出被提供了Va∶Vb＝1∶2，并且其中未利用减法模式。当图2的变压器10为每个初级绕组32使用不同的电压电平时，81个不同输出电压电平是可能的。一般而言，有N个初级绕组(每个在一个分离的磁通路上)的变压器可提供3N个输出电平，这是由于每个初级可假定三个可能的状态(+，-，和0)。图3示出使用变压器10的发送器和接收器电路40的一个实施例。电路40包括变压器10、超声变换器元件42、包括二极管46和接收放大器44的接收通路、两个电压源48、50以及多个开关52、54、56、58、64、66、68和70。另外，不同或较少的部件可被提供。在这个实施例中，附加绕组62和60被分别提供于与绕组22和24相同的磁通路上以提供每个初级的零电平状态。超声变换器元件42包括压电或静电元件。元件42为被单独使用的单个元件或作为元件阵列的一部分。可选地，元件42代表两个或多个变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于产生多电平发送波形的超声发送器，该发送器包括：变换器元件；以及变压器，具有有至少第一、第二和第三磁通路的磁芯、绕第三磁通路的次级绕组、分别绕第一和第二磁通路的第一和第二初级绕组，次级绕组被与变换器元件连接并且响应于来 自第一和第二初级绕组的发送电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DA彼得森，RN费尔普斯，
申请(专利权)人：美国西门子医疗解决公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]