[發明專利]用于電容性微機械超聲換能器的接收和發射電路

有效

• 申請號: 201510583881.9
• 申請日: 2015-09-14
• 公開（公告）號: CN105425227B
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: A·D·萊昂內;D·U·吉祖;F·夸利亞
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: G01S7/523
• 分類號: G01S7/523
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;張寧

在此描述了一種用于電容性微機械超聲換能器(CMUT)的收發器電路，具有：發射器級，在發射階段期間產生用于CMUT換能器的第一節點的激勵脈沖，CMUT的第二節點耦合至偏置電壓；接收器級，在接收階段期間選擇性地耦合至第一節點并且具有放大級；開關級，在接收階段期間將接收器級耦合至第一節點，以及在發射階段期間將接收器級從第一節點去耦。放大級具有電荷放大器，具有輸入端子并且作為偏置電壓而偏置；以及開關級耦合至相同偏置電壓由此一旦從發射階段切換至接收階段減小了電荷注入輸入端子。

技術領域

本公開涉及一種用于電容性微機械超聲換能器(CMUT)的接收和發射電路。

背景技術

如已知的那樣，在最近幾年中，由于半導體材料特別是硅的制造領域的發展，已經擴展了對具有電容類型微機械超聲換能器(CMUT)或壓電類型微機械超聲換能器(PMUT)陣列的探測器的使用。

以上換能器具有極低的能耗水平，并且在給定小尺寸下實現獲得用于2D或3D成像的檢測探測器，其是極端小型化的并且可以例如用于醫療診斷(在醫療超聲圖掃描儀或超聲斷層掃描儀中)，例如耦合至用于血管內診斷的探測器，在將要實現用途的便攜性和靈活性方面提供了重要優點。

當然，可以存在大量其他用途，甚至在非臨床領域，例如用于監控待測或待監控的機械元件的完整性條件或制造質量。

不論是一維、二維或三維，由有序排列構成的、多個超聲換能器陣列的使用促進了對用于對應成像操作獲取信號的處理。

CMUT換能器的使用與壓電換能器使用相比可以具有某些優點，其中之一為與對應的發射和接收電路的完全集成的可能性。

可以實際上以集成方式在半導體材料的一個或多個裸片中獲得單獨的CMUT換能器，并且單獨的CMUT換能器包括面向襯底的隔膜，其在發射階段期間根據由發射電路所施加的激勵信號而經受彎曲，因此產生了在周圍環境中發射的聲波；或者在接收階段期間，根據檢測到聲波而彎曲，因此產生了所導致電容的改變，改變可以由讀取電路所讀取。

集成了CMUT換能器的裸片可以隨后例如使用倒裝芯片技術耦合至在單個封裝內的集成了發射和接收電路的至少一個其他裸片(包括多個收發器信道，一個用于每個CMUT)，其是小型的并且占據了小空間。

可以例如以經濟有利的方式采用BCD SOI技術獲得發射和接收電路的集成，從而促進了相關能耗的減小。

作為備選例，每個發射電路以及對應的不同接收電路可以集成在半導體材料的相應裸片中，例如用于分離地優化兩個電路的性能和制造技術。在任何情形中，有利地，兩個裸片可以包裹在相同封裝中。

更詳細地，兩個主要技術已知用于驅動CMUT換能器，并且因此用于設計相關換能器電路，根據換能器是否具有單獨可訪問的單個電極(從對應裸片外部)或者是否具有單獨可訪問的兩個電極(同樣從對應裸片的外部)。

在前者的情形中，在換能器的對應陣列中，CMUT換能器的底部電極在底部(裸片的非可訪問下側)連接在一起，而對于每個CMUT換能器頂部電極在正面(裸片的可訪問上側)處可應用。在后者情形中，兩個電極對于裸片正面上每個換能器均是單獨可應用，然而代價是相同換能器和對應電互連制造的復雜化。

發明內容