[发明专利]超声装置，其形成方法及其控制方法

说明书

根据本发明的实施例，提供了一种超声装置。超声装置包括超声换能器和电耦合到超声换能器的谐振匹配电路，其中谐振匹配电路配置成与超声换能器配合从超声换能器的阻抗产生谐振条件下的超声换能器的有效阻抗，来为由超声换能器产生的电信号提供增益，并减小谐振条件下的超声装置的噪声系数。根据本发明的进一步实施例，还提供了一种用于形成超声装置的方法和一种用于控制超声装置的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年4月25日提交的新加坡专利申请No.10201603272U的优先权，其内容为了所有目的通过引用整体并入本文。

技术领域

各种实施例涉及超声装置、用于形成超声装置的方法和用于控制超声装置的方法。

背景技术

微机械超声换能器(MUT)广泛用于超声成像系统。它将电信号转换为超声波，反之亦然。根据不同的物理和机械本质，MUT有两大类。压电微机械超声换能器(pMUT)使用压电材料产生电压信号，而电容微机械超声换能器(cMUT)调制电容以输出电流信号。低噪声放大器(LNA)通常用于放大电信号，通常在MUT和LNA之间没有匹配网络，因此信号没有最大化或噪声性能没有最佳化。

存在称为无源放大匹配的已知匹配技术，其机制在图1和方程式(1)中示出。图1示出了示意图180，其说明了现有技术的无源放大匹配配置，其设置在具有电阻R_天线182的天线181和LNA 183之间，并且具有连接到LNA 183的输入的电感器L 184和电容器C 185。

工作频率ωs由方程式(1)定义：

当电感器184以工作频率ωs与电容器185谐振时，一阶低通滤波器提供电压放大和NF减小。该匹配技术用于射频(RF)系统和核磁共振(NMR)系统。在RF系统中，添加电感器以与LNA的寄生电容谐振，而在NMR系统中，为NMR线圈的内部电感器添加电容器。这些系统的一阶匹配网络仅包含两个组件，其中一个是固定的，从而产生固定的电压增益和NF。此外由于一阶网络仅在工作频率下产生尖锐的电压峰值，以这种方式匹配的带宽非常窄。

现有的已知技术不适用于pMUT。pMUT的电气模型290如图2所示。在工作频率下，L_m291和C_m 292互相抵消，并且模型290相当于与电容器C₀ 294并联的电阻器R_m 293。插入额外的电感器以形成不能提供任何电压放大或NF减小的一阶滤波器。

发明内容

根据一实施例，提供了一种超声装置。超声装置可包括超声换能器和电耦合到超声换能器的谐振匹配电路，其中谐振匹配电路配置成与超声换能器配合，以从超声换能器的阻抗在超声换能器处于谐振状态时产生有效阻抗，来为超声换能器产生的电信号提供增益，并减小谐振条件下超声装置的噪声系数。

根据一实施例，提供了一种用于形成超声装置的方法，该超声装置具有超声换能器和电耦合到超声换能器的谐振匹配电路。该方法可以包括确定超声换能器的阻抗，确定谐振条件下的超声换能器提供给由超声换能器产生的电信号的增益，设计基于阻抗的谐振匹配电路和增益，增益让谐振匹配电路配合超声换能器从阻抗产生适合于提供给增益的谐振条件下的有效阻抗。

根据一实施例，提供了一种用于控制具有超声换能器和电耦合到超声换能器的谐振匹配电路的超声装置的方法。该方法可包括在超声换能器处接收超声以响应于接收到的超声通过超声换能器产生电信号，并在超声换能器的谐振条件下操作超声装置，使得谐振匹配电路与超声波换能器配合从超声换能器的阻抗产生谐振条件下的有效阻抗，来为电信号提供增益并减小谐振条件下超声装置的噪声系数。

附图说明