[发明专利]模拟超声波束形成器

说明书

本申请涉及模拟超声波束形成器。用于超声波波束形成的采样模拟波束形成器包括用于发送模拟信号和接收反射模拟信号的换能器阵列，以及用于对接收的反射模拟进行滤波的采样模拟滤波器。采样模拟滤波器包括用于向每个接收的反射模拟信号添加延迟的延迟线。在超声波波束系统中使用采样模拟滤波器以降低系统的功率使用并且使系统中的部件的数量最小化。

相关申请的交叉引用

本申请要求35U.S.C.§120下2015年11月19日提交的美国申请序列 No.62/257,706、发明名称为“模拟超声波束形成器”、发明人为Eric Nestler 的优先权。优先权申请的公开内容被认为是该申请的一部分，并且全部通过引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及超声波技术领域，特别涉及超声波束形成器。

背景技术

超声使用回声定位来检测和成像。超声器利用麦克风和扬声器的阵列来执行来自被研究的物品的回波的激励和记录。包括超声能量的信号通过超声换能器以短脉冲串传输。在每个脉冲之后，在与超声能量到达目标并反射回换能器的时间量相关的短时间段内，超声器接收反射信号。在短期内接收的信号经历其他的信号处理以确定反射信号的目标的源位置。

传统的超声系统具有非常高的功率要求。高功率需求的一个原因是这些系统通常具有以40Msps(每秒兆样本)或更多运行的128或更多个 12或14位模数转换器(ADC)。此外，在传统系统中，波束形成器处于数字域中并且消耗大量功率，因为它同时对于所有128个信道以ADC采样率运行。

发明内容

本文公开了用于在超声系统中使用采样模拟技术以降低系统的功率使用并且使系统中的部件的数量最小化的系统和方法。特别地，功率使用降低到约2和约4瓦之间。减少系统组件的一种方式是减少ADC的数量。减小系统部件，使得部件装配到超声探头中。

根据一个实施方式，用于超声波波束形成的采样模拟波束形成器包括用于发送模拟信号和接收反射模拟信号的换能器阵列，以及用于对接收的反射模拟信号进行滤波并输出采样的模拟超声波信号的采样模拟滤波器。采样模拟滤波器包括用于将延迟添加到每个接收的反射模拟信号的延迟线。延迟线向每个接收的反射模拟信号添加部分延迟和整数延迟。

在一些实施方式中，接收的反射模拟信号是压力波，并且换能器阵列将接收到的反射模拟信号转换成电压。在其他实施方式中，接收的反射模拟信号是压力波，并且换能器阵列将接收的反射模拟信号转换成电流。

根据一些实施方式，采样模拟波束形成器包括采样模拟滤波器中的 farrow滤波器，用于对接收的反射模拟信号进行滤波。在其它实施方式中，采样模拟波束形成器包括采样模拟滤波器中的有限脉冲响应滤波器，用于对接收的反射模拟信号进行滤波。在一些实施方式中，采样模拟波束形成器包括在采样模拟滤波器中的无限脉冲响应滤波器(IIR)以滤波反射的模拟信号。

在一些实施方式中，采样模拟波束形成器包括采样模拟滤波器中的部分延迟滤波器组，用于对接收的反射模拟信号进行滤波。在一些示例中，部分延迟滤波器组使用偏斜采样来选择用于与滤波的模拟超声信号一起发射的子采样。在一些示例中，采样模拟波束形成器包括部分延迟滤波器组中的数字偏斜生成器，用于生成通道之间的延迟的时间偏移。

在一些实施方式中，采样模拟波束形成器包括求和模块，用于对反射的采样模拟超声信号求和并生成波束形成器输出。在一些实施方式中，采样模拟波束形成器包括变迹电路，用于对传输的采样模拟超声信号的波形进行窗口化，以减少旁瓣。

根据一个实施方式，一种用于超声波波束成形的采样模拟波束形成器包括：采样模拟滤波器，用于对模拟信号进行滤波以形成采样模拟信号，以及波束形成采样模拟信号；以及求和节点，用于求和采样模拟信号与来自并行采样模拟波束形成器的并行采样模拟信号。