一种超声波发射芯片的制作方法

1.本技术涉及超声波技术领域，特别是涉及一种超声波发射芯片。


背景技术：

2.医学超声成像是现代人体健康检查的重要手段。超声成像的工作原理为通过向人体发射超声波，然后接收并处理回波，从而产生探测范围内物体的图像，比如血液、器官组织的静态图和运动图，还能提供血流速度信息。
3.现有技术中超声波发射芯片，并不能实现芯片内部16通道发送。本发明通过mux切换开关后，能实现总共64个通道的输出输入，完成超声扫描发射和接收功能。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术的上述缺陷，提供了一种超声波发射芯片，能够实现总共64个通道的输出输入，完成超声扫描发射和接收功能。
5.为了实现上述目的，本技术实施例一提供了一种超声波发射芯片，其包括：脉冲发生器，所述脉冲发生器根据输入的低压数字波形信号，产生高压脉冲波形；发射/接收切换开关，所述发射/接收切换开关根据外部输入的控制信号，实现高压脉冲波形的发射或接收；mux切换开关，所述mux切换开关的输出端与外部的换能器连接，所述mux切换开关实现一个通道对应多个pzt通道分时复用；当发射/接收切换开关处于发送状态时，在所述脉冲发生器产生高压脉冲波形后，向外部的换能器发射高压脉冲波形。
6.优选地，还包括：iom模块，所述iom模块用于实现芯片pad的io管脚控制以及上下拉、驱动能力的控制；数据同步模块，所述数据同步模与脉冲发生器、发射/接收切换开关连接；所述fpga芯片输入的数字电平信号通过低抖动时钟bf_clk进行同步后，向脉冲发生器输入一个低抖动的低压数字波形信号。
7.优选地，还包括：数据配置模块，通过 spi总线配置相应的控制寄存器的数据；spis模块，所述spis模块用于接收外部的spim模块写入的数据，并对接收到的数据进行串并转换、解析处理后，转换成地址、读写使能数据后输出至数据配置模块；所述数据配置模块将spis模块发送的数据存入至寄存器当中，并发送至脉冲发生器、发射/接收切换开关等模块控制使用。
8.优选地，还包括功耗管理单元。
9.优选地，外部的fpga芯片通过16个通道向脉冲发生器输入一个低电压数字波形信号。
10.本技术实施例二提供了一种超声波发射芯片，其包括：脉冲发生器，所述脉冲发生器根据输入的低压数字波形信号，产生高压脉冲波形；发射/接收切换开关，所述发射/接收切换开关根据外部输入的控制信号，实现高压脉冲波形的发射或接收；mux切换开关，所述mux切换开关的输出端与外部的换能器连接，所述mux切换开关实现一个通道对应多个pzt通道分时复用；寄存器模块，所述寄存器模块的输出端与时序控制模块连接；时序控制模块，所述时序控制模块的输出端与发射波束形成器连接；发射波束形成器，所述发射波束形成器的输出端与脉冲发生器连接；所述时序控制模块根据spi总线发送的波形信息产生时序控制参数，所述发射波束形成器根据时序控制参数生成相应的低压数字波形信号，所述脉冲发生器在接收到低压数字波形信号后产生高压脉冲波形，当发射/接收切换开关处于发送状态时，向外部的换能器发射高压脉冲波形。
11.优选地，所述寄存器模块包括描述16个通道的延迟发射时间的8个32bit寄存器和/或描述16个通道的波形信息的4个32bit寄存器。
12.优选地，还包括：spis模块，所述spis模块用于接收外部的spim模块写入的数据，并对接收到的数据进行串并转换、解析处理后，转换成地址、读写使能数据后输出至寄存器模块。
13.优选地，所述spis模块包括spi burst连续读取/写入模式；当spi写入寄存器模块时，在写入地址addr后面跟n个32bit的数据，其中第1个数据写入地址addr，第2个数据写入地址addr+1，
…
，第n个数据写入地址addr+n-1，n《=32。
14.优选地，还包括：iom模块，所述iom模块用于实现数字pad的io管脚控制以及上下拉、驱动能力的控制，所述iom模块的管脚跟外部信号连接。
15.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：该芯片能够通过 mux切换开关分时切换操作，能实现总共64个通道的输出输入，完成超声扫描发射和接收功能；该芯片能够实现高速的b超图像信息传输，每个通道都能发射高压脉冲，连接到换能器即能实现b超扫描成像的功能。
附图说明
16.图1为本技术超声波发射芯片较佳实施例一离线模式的模块示意图；图2为本技术超声波发射芯片较佳实施例二在线模式的模块示意图；图3为实施例二中的pattern寄存器生成相应的脉冲波形过程图。；
实施方式
17.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的首选实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容更加透彻全面。
18.需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”以及类似的表述只是为了说明的目的。
19.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
20.在实施例一中，如图1所示，提供了一种超声波发射芯片，适用于离线模式下，其包括：脉冲发生器，所述脉冲发生器根据输入的低压数字波形信号，产生高压脉冲波形；发射/接收切换开关，所述发射/接收切换开关根据外部输入的控制信号，实现高压脉冲波形的发射或接收，当发射/接收切换开关开关打开0处于发送状态，闭合1处于接收状态；mux切换开关，所述mux切换开关的输出端与外部的换能器连接，所述mux切换开关实现一个通道对应多个pzt通道分时复用；在所述脉冲发生器产生高压脉冲波形后，当发射/接收切换开关处于发送状态时，向外部的换能器发射高压脉冲波形；iom模块，所述iom模块用于实现数字pad的io管脚控制以及上下拉、驱动能力的控制，上述iom模块即为input output pins multifunctional，多功能输入输出引脚。
21.数据同步模块，所述数据同步模块的输入端与iom模块连接，所述数据同步模块的输出端与脉冲发生器、发射/接收切换开关连接；所述fpga芯片输入的数字电平信号通过低抖动时钟bf_clk进行同步后，向脉冲发生器输入一个低抖动的低压数字波形信号；数据配置模块，通过 spi总线配置相应的控制寄存器的数据，spi即为serial peripheral interface串行外围设备接口；spis模块，所述spis模块用于接收外部的spim模块写入的数据，并对接收到的数据进行串并转换、解析处理后，转换成地址、读写使能数据后输出至数据配置模块；spis模块即为spi slave，spim即为spi master。
22.所述数据配置模块将spis模块发送的数据存入至存储模块中，并发送至脉冲发生器、发射/接收切换开关控制使用。
23.该芯片的in1_0/in1_1，
…
，in16_0/in16_1通过外部的fpga芯片输入相应的数字电平信号，接下来tx0，
…
，tx15会跟随in那里输入的信号输出类似的波形。其实这里只是电压做了变换，波形其它特征完全一样。如果in1_0/in1_1输入10，txn输出电压是avddm_hv（-70v），如果in1_0/in1_1输入01，txn输出电压是avddp_hv（70v）。如下表所示，这里其实就是把一个低压数字波形信号（差分双端输入），转换成了一个正负电压高压输出的波形。
[0024][0025]
tr_en_n就是发射/接收切换开关的输入控制电平，通过外部输入的tr_en来控制，外部的fpga芯片管脚那里其实只有一个tr_en控制管脚，因为一般情况下16个通道使用一样的tr_en控制就可以了。总共有16个tr_en开关，控制16个mux切换开关内侧的通道。如果是rx接收的话，接收到的信号rx0，
…
，rx15会深入到超声接收芯片那里。fpga芯片上的spim模块即spi master，这里通过spi总线设置相关的mux切换开关的控制寄存器，实现64个pzt通道分时切换发射高压脉冲波形，每次只能同时输出16个通道。pzt即为换能器那里的锆钛酸铅压电晶片。
[0026]
在实施例二中，如图2所示，提供了一种超声波发射芯片，适用于在线模式下，其包括：脉冲发生器，所述脉冲发生器根据输入的低压数字波形信号，产生高压脉冲波形；发射/接收切换开关，所述发射/接收切换开关根据外部输入的控制信号，实现高压脉冲波形的发射或接收；mux切换开关，所述mux切换开关一端与发射/接收切换开关连接、另一端与外部的换能器连接；在所述脉冲发生器产生高压脉冲波形后，当发射/接收切换开关处于发送状态时，在所述脉冲发生器产生高压脉冲波形后，向外部的换能器发射高压脉冲波形；寄存器模块，所述寄存器模块的输出端与时序控制模块连接，寄存器模块为sram寄存器模块；时序控制模块，所述时序控制模块的输出端与发射波束形成器连接；发射波束形成器，所述发射波束形成器的输出端与脉冲发生器连接；所述时序控制模块根据spi总线发送的数据，数据中包含的波形信息产生时序控制参数，所述发射波束形成器根据时序控制参数生成相应的低压数字波形信号；spis模块，所述spis模块用于接收外部的spim模块写入的数据，并对接收到的数据进行串并转换、解析处理后，转换成地址、读写使能数据后输出至寄存器模块；iom模块，所述iom模块用于实现数字pad的io管脚控制以及上下拉、驱动能力的控
制，所述iom模块的管脚跟外部信号连接。
[0027]
实施例二提供的芯片适用于在线模式下，在线模式下不需要使用外部的fpga芯片生成复杂的b超波形信号，因此也就不需要in1_0/in1_1，
…
，in16_0/in16_1这些波形输入。取而代之的是通过spi总线将这些波形的信息，包含在一系列的delay（延迟），pattern（模式，描述脉冲波形的样子）寄存器当中，在线模式的时候取代外部fpga输入的16路in信号。其中delay是8个32bit的寄存器，用来描述16个通道的延迟发射时间。pattern是4个32bit的寄存器，用来描述16个通道的波形信息：电平，持续时间。一共分成了16个台阶，也可以不用使用完整的16个台阶，当前波形只需要6个台阶就够了。
[0028]
具体实施时，所述寄存器模块包括描述16个通道的延迟发射时间的8个32bit寄存器和/或描述16个通道的波形信息的4个32bit寄存器。
[0029]
如图3及下表所示，通过pattern寄存器生成相应的脉冲波形的过程，lvl_x=0b111的时候波形终结，加上tail_count定义的尾部0电平输出，总共7个台阶的脉冲波形输出。这里per_x定义的时间要+2，tail_count定义的时间要+1。比如这里lvl_1=0，per_0=0一共输出了2个时钟clk_n周期的0电平接地脉冲信号，tail_count=0d3尾部0电平输出了4个clk_n周期。repeat_count定义了波形重复的次数，总共重复repeat_count+1次。即如果这里repeat_count=1，下面的这个脉冲波形就还要再输出1次，总共重复输出2次。
[0030][0031]
具体实施时，为了加快spi模块的写入和读取的效率及速度，所述spis模块加入了spi burst连续读取/写入模式。
[0032]
当spi写入寄存器模块时，在写入地址addr后面跟n个32bit的数据，其中第1个数据写入地址addr，第2个数据写入地址addr+1，
…
，第n个数据写入地址addr+n-1，n《=32。
[0033]
当然，上述两实施例的芯片还包括功耗管理单元。
[0034]
综上，本技术提供的一种超声波发射芯片，包括了在线模式和离线模式，两种模式都能在内部实现同时16通道的发送，通过mux切换开关分时切换操作，能够实现总共64个通道的输出输入，完成超声扫描发射和接收功能。
[0035]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0036]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护
范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种超声波发射芯片，其特征在于，包括：脉冲发生器，所述脉冲发生器根据输入的低压数字波形信号，产生高压脉冲波形；发射/接收切换开关，所述发射/接收切换开关根据外部输入或者内部产生的控制信号，实现高压脉冲波形的发射或接收；mux切换开关，所述mux切换开关的输出端与外部的换能器连接，所述mux切换开关实现一个通道对应多个pzt通道分时复用；当发射/接收切换开关处于发送状态时，在所述脉冲发生器产生高压脉冲波形后，向外部的换能器发射高压脉冲波形。2.根据权利要求1所述的超声波发射芯片，其特征在于，还包括：iom模块，所述iom模块用于实现芯片pad的io管脚控制以及上下拉、驱动能力的控制；数据同步模块，所述数据同步模与脉冲发生器、发射/接收切换开关连接；所述fpga芯片输入的数字电平信号通过低抖动时钟bf_clk进行同步后，向脉冲发生器输入一个低抖动的低压数字波形信号。3.根据权利要求2所述的超声波发射芯片，其特征在于，还包括：数据配置模块，通过 spi总线配置相应的寄存器数据；spis模块，所述spis模块用于接收外部的spim模块写入的数据，并对接收到的数据进行串并转换、解析处理后，转换成地址、读写使能数据后输出至数据配置模块；所述数据配置模块将spis模块发送的数据存入至寄存器当中，并发送至脉冲发生器、发射/接收切换开关控制使用。4.根据权利要求3所述的超声波发射芯片，其特征在于，还包括：功耗管理单元。5.根据权利要求4所述的超声波发射芯片，其特征在于，外部的fpga芯片通过16个通道向脉冲发生器输入低电压数字波形信号。6.一种超声波发射芯片，其特征在于，包括：脉冲发生器，所述脉冲发生器根据输入的低压数字波形信号，产生高压脉冲波形；发射/接收切换开关，所述发射/接收切换开关根据相关控制信号，实现高压脉冲波形的发射或接收；mux切换开关，所述mux切换开关的输出端与外部的换能器连接，所述mux切换开关实现一个通道对应多个pzt通道分时复用；寄存器模块，所述寄存器模块的输出端与时序控制模块连接；时序控制模块，所述时序控制模块的输出端与发射波束形成器连接，所述时序控制模块通过数据配置模块配置的寄存器数据控制；发射波束形成器，所述发射波束形成器的输出端与脉冲发生器连接；所述时序控制模块根据spi总线发送的波形信息产生时序控制参数，所述发射波束形成器根据时序控制参数内部生成相应的低压数字波形信号，所述脉冲发生器在发射/接收切换开关处于发送状态时，将接收到低压数字波形信号后产生高压脉冲波形，向外部的换能器发射高压脉冲波形。7.根据权利要求6所述的超声波发射芯片，其特征在于，所述寄存器模块包括描述16个通道的延迟发射时间的8个32bit寄存器和/或描述16个通道的波形信息的4个32bit寄存器。
8.根据权利要求7所述的超声波发射芯片，其特征在于，还包括：spis模块，所述spis模块用于接收外部的spim模块写入的数据，并对接收到的数据进行串并转换、解析处理后，转换成地址、读写使能数据后输出至寄存器模块。9.根据权利要求8所述的超声波发射芯片，其特征在于，所述spis模块包括spi burst连续读取/写入模式；当spi写入寄存器模块时，在写入地址addr后面跟n个32bit的数据，其中第1个数据写入地址addr，第2个数据写入地址addr+1，
…
，第n个数据写入地址addr+n-1，n<=32。10.根据权利要求9所述的超声波发射芯片，其特征在于，还包括：iom模块，所述iom模块用于实现数字pad的io管脚控制以及上下拉、驱动能力的控制，所述iom模块的管脚跟外部信号连接。

技术总结
本申请涉及一种超声波发射芯片，包括：脉冲发生器，所述脉冲发生器根据输入的低压数字波形信号，产生高压脉冲波形；发射/接收切换开关，所述发射/接收切换开关根据外部输入的控制信号，实现高压脉冲波形的发射或接收；MUX切换开关，所述MUX切换开关的输出端与外部的换能器连接，所述MUX切换开关实现一个通道对应多个PZT通道分时复用；当发射/接收切换开关处于发送状态时，在所述脉冲发生器产生高压脉冲波形后，向外部的换能器发射高压脉冲波形。本发明能够实现高速的B超图像信息传输，每个通道都能发射高压脉冲，连接到换能器即能实现B超扫描成像的功能。超扫描成像的功能。超扫描成像的功能。


技术研发人员：吴天准 贺传敏
受保护的技术使用者：深圳市勃望初芯半导体科技有限公司
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/9/7