[发明专利]用于电容性微机械超声换能器的接收和发射电路

说明书

在此描述了一种用于电容性微机械超声换能器(CMUT)的收发器电路，具有：发射器级，在发射阶段期间产生用于CMUT换能器的第一节点的激励脉冲，CMUT的第二节点耦合至偏置电压；接收器级，在接收阶段期间选择性地耦合至第一节点并且具有放大级；开关级，在接收阶段期间将接收器级耦合至第一节点，以及在发射阶段期间将接收器级从第一节点去耦。放大级具有电荷放大器，具有输入端子并且作为偏置电压而偏置；以及开关级耦合至相同偏置电压由此一旦从发射阶段切换至接收阶段减小了电荷注入输入端子。

技术领域

本公开涉及一种用于电容性微机械超声换能器(CMUT)的接收和发射电路。

背景技术

如已知的那样，在最近几年中，由于半导体材料特别是硅的制造领域的发展，已经扩展了对具有电容类型微机械超声换能器(CMUT)或压电类型微机械超声换能器(PMUT)阵列的探测器的使用。

以上换能器具有极低的能耗水平，并且在给定小尺寸下实现获得用于2D或3D成像的检测探测器，其是极端小型化的并且可以例如用于医疗诊断(在医疗超声图扫描仪或超声断层扫描仪中)，例如耦合至用于血管内诊断的探测器，在将要实现用途的便携性和灵活性方面提供了重要优点。

当然，可以存在大量其他用途，甚至在非临床领域，例如用于监控待测或待监控的机械元件的完整性条件或制造质量。

不论是一维、二维或三维，由有序排列构成的、多个超声换能器阵列的使用促进了对用于对应成像操作获取信号的处理。

CMUT换能器的使用与压电换能器使用相比可以具有某些优点，其中之一为与对应的发射和接收电路的完全集成的可能性。

可以实际上以集成方式在半导体材料的一个或多个裸片中获得单独的CMUT换能器，并且单独的CMUT换能器包括面向衬底的隔膜，其在发射阶段期间根据由发射电路所施加的激励信号而经受弯曲，因此产生了在周围环境中发射的声波；或者在接收阶段期间，根据检测到声波而弯曲，因此产生了所导致电容的改变，改变可以由读取电路所读取。

集成了CMUT换能器的裸片可以随后例如使用倒装芯片技术耦合至在单个封装内的集成了发射和接收电路的至少一个其他裸片(包括多个收发器信道，一个用于每个CMUT)，其是小型的并且占据了小空间。

可以例如以经济有利的方式采用BCD SOI技术获得发射和接收电路的集成，从而促进了相关能耗的减小。

作为备选例，每个发射电路以及对应的不同接收电路可以集成在半导体材料的相应裸片中，例如用于分离地优化两个电路的性能和制造技术。在任何情形中，有利地，两个裸片可以包裹在相同封装中。

更详细地，两个主要技术已知用于驱动CMUT换能器，并且因此用于设计相关换能器电路，根据换能器是否具有单独可访问的单个电极(从对应裸片外部)或者是否具有单独可访问的两个电极(同样从对应裸片的外部)。

在前者的情形中，在换能器的对应阵列中，CMUT换能器的底部电极在底部(裸片的非可访问下侧)连接在一起，而对于每个CMUT换能器顶部电极在正面(裸片的可访问上侧)处可应用。在后者情形中，两个电极对于裸片正面上每个换能器均是单独可应用，然而代价是相同换能器和对应电互连制造的复杂化。

发明内容