[发明专利]用于驱动负载，尤其是驱动超声换能器的驱动器设备和驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于驱动具有多个独立电容性负载元件，尤其是驱动包括多个换能器元件的超声换能器的驱动器设备以及对应的驱动方法。此外，本发明涉及超声装置。

背景技术

在用于三维成像的超声换能器领域中，通过集成二维声学换能器元件阵列来设计换能器探头。所述换能器元件通常是由用于发射压力波的压电材料形成的。换能器元件常常也用于探测用于三维成像的超声反射。通常由具有用于独立地驱动换能器元件的集成的驱动器元件的ASIC来控制或驱动所述换能器元件。

已存在的3D超声换能器被用于经皮及经食道的成像并且提供在2MHz到10MHz的范围中的成像频率。在这一成像频率范围中，用于驱动换能器元件的ASIC被设计为具有用于控制、发送、并接收对应于单个换能器元件的阵列的阵列中的声学信号的电路。由特定应用的成像需求(即，超声换能器的视场和频率)确定换能器元件的尺寸。通常二维阵列中的换能器元件的间距在100μm和300μm之间。

对于基于导管的成像设备和系统而言，当前可利用的成像换能器探头和驱动器设备太大，并且以两个低的频率工作以提供器官之内(例如在心脏之内)的必要的二维和三维成像。尤其是对于用于检查心脏的应用而言，针对消融程序和结构性心脏修复，换能器探头必须提供引导和位置信息。这些应用需要较高的频率，例如15-60MHz，以提供所需要的成像特性。此外，为了获得基于导管的应用所需的频率和尺寸，能够采用电容性微机械超声换能器(CMUT)来代替所述压电换能器元件。CMUT能够以比压电材料更高的频率和更小的尺寸提供优异的声学性能，并且能够使用廉价的半导体加工技术来进行制造。

从US 2006/0264747 A1已知减小所述驱动器设备的尺寸的一种可能。这一驱动器设备的微型波束形成器结合到具有公共电压源或公共电流源的群集。然而，由于大量的高电压晶体管被集成在ASIC中，所以所述驱动器设备的尺寸仍然太大而不能被容纳在基于导管的换能器探头中。

US 4841492 A公开了一种变迹衰减电路，其用于当从线性阵列或相控阵列发送时，实现聚焦超声波形的选择的百分比的高斯变迹。所述电路使用电阻器串，在所述换能器阵列中的每个元件的驱动器之间安置一个电阻器。所述电阻器串的每个节点充当针对一个驱动器的参考电位输入。

US 3989963 A公开了一种用于循环地操作一个或多个压电换能器以发送及接收超声信号的控制电路。所述电路包括电源晶体管，所述电源晶体管与电感线圈串联并且由定时线圈来控制以在每个循环期间导通短的时间。

发明内容

因此本发明的目的是提供用于驱动具有多个独立电容性负载元件的负载的具有减小的尺寸的改进的驱动器设备以及对应的驱动方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于驱动具有多个独立电容性负载元件的负载，尤其是驱动具有多个换能器元件的超声换能器的驱动器设备，包括：

-输入端子，其用于将驱动器设备连接到电源；

-多个输出端子，其将所述驱动器设备连接到所述负载元件中的一个，

-第一可控开关，其连接到所述输入端子的第一输入端子，以及

-多个驱动元件，每个具有彼此串联连接的第二可控开关和电阻器，其中，所述驱动元件中的每个与所述第一可控开关串联连接并连接到所述输入端子中的第二输入端子，并且其中，所述输出端子中的每个连接到用于驱动所述负载元件的所述驱动元件中的一个。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于驱动具有多个独立电容性负载元件的负载，尤其是用于驱动具有多个换能器元件的超声换能器的驱动方法，其包括以下步骤：

-将所述负载元件连接到驱动器设备，

-经由单个可控开关将所述电容性负载元件连接到第一电压电平，并且

-经由多个可控开关将所述电容性负载元件个体地连接到第二电压电平，所述多个可控开关每个与所述电容性负载元件中的一个相关联。

根据本发明的又一方面提供了一种超声装置，所述超声装置包括：超声换能器，其具有多个换能器元件，尤其是具有换能器元件阵列；以及至少一个驱动器设备，其用于个体地驱动根据本发明所提供的所述超声换能器元件。

在从属权利要求中定义了本发明的优选实施例。应当理解，要求保护的方法具有如要求保护的设备并且如从属权利要求中定义的相似和/或相同的优选实施例。